CN202216692U

CN202216692U - 一种基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置

Info

Publication number: CN202216692U
Application number: CN2011202791610U
Authority: CN
Inventors: 付仁义; 师景森; 唐彬; 车春蓉
Original assignee: MCC5 Group Shanghai Corp Ltd
Current assignee: MCC5 Group Shanghai Corp Ltd
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2021-08-03

Abstract

一种基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置，用于测量金属或非金属辊道，包括磁性基座和测杆，其特征在于：所述磁性基座（6），底部为圆弧形的矩形磁座，磁座外壳为两块上下布置的导磁体，中间用不导磁的铜板隔开，磁座内设有一个圆柱形的磁铁，磁座正面装有磁力开关（7）；基座侧面设有用紧固螺旋（5）调节松紧度的张力环；所述测杆（1），用铟钢杆制作，***所述基座侧面的张力环中，所述测杆（1）上部为可前后旋转的目标杆，安置在的测杆（1）的杆套内，目标杆设二个标靶反射片（2），测杆底部设有圆锥形测头（3）。本实用新型的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置具有提高检测精度1.5倍和提高工效三至四倍的优点。

Description

一种基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置

技术领域

本实用新型涉及一种属于检测领域的三维坐标测量，具体地说，是一种基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置。

背景技术

轧钢车间的辊道种类多，如连轧带钢轧机和其它工艺机组中的支承、导向、辊道压紧、纠偏、控制、夹送、导电绝缘和活套等导辊。某些需对带钢表面加以保护的机组如镀锌等采用衬胶辊。轧钢车间的辊道和导辊的数量多且分布空间范围大，轧机轴系空间位置要求精度高。

轧机辊道与导辊的轴线对轧机中心线的垂直度至关重要，它对钢带正常运行不跑偏起关键作用，安装时一般采用摆杆找正和测量相邻两辊道平行度方法检测，如果连续的辊子数量较多，也可每隔数个辊子用摆杆测量一个辊子，其余相邻辊子用测量内径千分尺平行度的方法测量，辊道与导辊的标高用精密水准仪配合因钢水准尺测量。

常规的检测方法是在平行于轧机纵向中心线部位，拉一条细钢线，将摆杆固定在被检测辊轴身上，转动辊轴通过百分表检测摆杆二次经过细钢线的水平距离计算出。但是已知的采用摆杆找正和测量相邻两辊道平行度方法存在以下缺点:

1、环境条件要求较高，必须保证有足够的空间及操作面。要保证钢丝的固定和准确对点，还要保证摆杆固定的位置与钢丝间的关系适当，降低了检测效率;

2、钢丝对点的依据为安装时埋设的轴线基准点，当基准点锈蚀无法辨认时，则只能获取局部数据，无法满足了解整条工艺段辊系三维坐标关系;

3、检测费时费力，整体精度较低，只能满足相对关系的精度要求。

发明内容

本实用新型的目的，在于提出一种将辊轴旋转中心三维坐标（平面及高程）移至观测目标上的基于电子全站仪的辊道三维坐标测量的目标协作装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置，用于测量金属或非金属辊道，包括磁性基座和测杆，其特征在于：

所述磁性基座，底部为圆弧形的矩形磁座，磁座外壳为两块上下布置的导磁体，中间用不导磁的铜板隔开，磁座内设有一个圆柱形的磁铁，磁座正面装有磁力开关，合上开关，基座可吸附在钢辊上，打开后基座磁力消失，可从辊道上取下；基座侧面设有用紧固螺旋调节松紧度的张力环；

所述测杆，系用铟钢杆制作的金属测杆，***所述基座侧面的张力环中，所述测杆上部为可前后旋转的目标杆，安置在测杆的杆套内，目标杆设二个标靶反射片，旋转紧固螺旋可松开或固定测杆，测杆底部设有圆锥形测头，当松开紧固螺旋，测杆可上下移动，使接触圆锥形测头对准辊面。

本实用新型的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置，其中所述测杆上部的二个标靶反射片相互之间有一固定间距。

前述的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置，其中所述磁性基座两侧设有钩挂环固定装置。

前述的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置，其中所述测头的上方设置测头活动保护装置，所述保护装置的固定端固定于测杆。

采用上述技术方案后，本实用新型的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置具有以下优点：

1、解决了辊道检测时工作效率低的问题，实践证明，采用本实用新型可提高工效三至四倍，对缩短设备检修时间起到关键作用；

2、提高了检测精度，常规检测方法或单点旋转法测量精度一般为0.3mm，采用两点式目标协作装置可达到0.2mm，提高测量精度1.5倍，给辊道调整提供更可靠的实测数据；

3、在一个旋转部位可测量出辊道表面与圆锥头接触部位坐标，给辊面旋转过程中轨迹提供数据。

4、除能对金属面辊道测量外，也适用干对采用衬胶辊的非金属面辊道测量。

5、可测量出整条工艺段辊系的空间位置关系，满足设备维护的需要。

附图说明

图1为本实用新型实施例的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置的正、侧面结构示意图；

图2为本实用新型实施例的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置在旋转状态下的工作示意图；

图3为本实用新型实施例的辊道旋转面坐标系转换示意图。

图中：1测杆，2标靶反射片，3圆锥测头，4测头保护装置，5紧固螺旋，6磁性基座，7磁力开关，8铆钉，9松紧带，10辊筒。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本实用新型作更进一步说明。

现请参阅图1，图1为本实用新型实施例的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置的正、侧面结构示意图，图2为本实用新型实施例的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置在旋转状态下的工作示意图。如图所示，所述磁性基座6，底部为圆弧形的矩形磁座，磁座外壳为两块上下布置的导磁体，中间用不导磁的铜板隔开，磁座内设有一个可以旋转的圆柱形的磁铁，内部有一个磁体，此磁体沿直径方向为n、s极。通过转动手柄，来转动里面的磁铁。当磁铁的两极（N或S）呈上下方向时，软铁底座就被磁化了，这个方向上具有强磁，所以能够用于吸住钢辊表面。而当磁铁的两极处于水平方向时，因为软铁底座接近于磁铁的中间位置，所以此时底座上几乎没有磁力，磁力座就很容易地从钢辊表面取下来了。旋转90度后，ns极分别对着两块导磁体，此时从n极到导磁体到导轨到另一块导磁体到s极，形成磁力线闭合，可以牢牢的附着在钢辊上；磁座正面装有磁力开关7，合上开关，基座可吸附在钢辊上，打开后基座磁力消失，可从辊道上取下；基座侧面设有用紧固螺旋5调节松紧度的张力环；

所述测杆1，系用铟钢杆制作的金属测杆，***所述基座侧面的张力环中，所述测杆1上部为可前后旋转的目标杆，安置在测杆1的杆套内，目标杆设二个标靶反射片2，旋转紧固螺旋5可松开或固定测杆1，测杆底部设有圆锥形测头3，当松开紧固螺旋，测杆可上下移动，使接触圆锥形测头3对准辊面；所述测头3的上方设置测头活动保护装置4，所述保护装置的固定端固定于测杆1；本实用新型的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置在使用时，用电子全站仪测量测杆上部的目标杆的二个标靶反射片2的三维坐标可计算出辊面的三维坐标，转动辊轴，通过全站仪检测辊轴3个不同旋转位置反射片的空间坐标，通过坐标系的旋转，可求出目标杆延长线与辊道旋转中心的空间坐标。将目标装置移至辊道另一端，再测量目标旋转三个位置坐标，可得出另一端的辊道旋转中心的空间坐标，两端旋转中坐标连线即为该辊空间旋转中心线。与不同辊系空间中心线相比较，即可得出辊系的平行度、高低差和正交度。

本实用新型的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置还可用于非金属辊道检测，所述磁性基座6两侧设有钩挂环固定装置，即弹性松紧带9。在当辊道为胶辊时，利用磁力座两侧的紧固环，挂长度合适的上松紧带，使磁性基座固定在胶辊上。

图3为本实用新型实施例的辊道旋转面坐标系转换示意图，为空间三点坐标计算外接圆圆心坐标的数学模型，通过该数学模型可根据测量值，计算出被测辊轴中心的空间坐标。

如图3所示，辊道为空间结构，因此需要测定空间圆周上三点三维坐标以计算外接圆圆心的三维坐标。辊道测量时一般在辊道附近建立独立的工程控制网，以极坐标法测定辊道圆周上A，B，C三点的大地坐标(GCS);通过坐标变换，将大地坐标变换为以ABC平面为XOY平面、以A点为坐标原点的轧机坐标系(UCS)坐标，其示意图如所示。具体的计算方法和计算公式如下：

A. 设A，B，C三点的坐标为X_A，Y_A，X_B，Y_B，X_C，Y_C，并假定A，B，C三点的高程(Z坐标值)由小到大，按B，C点的平面坐标计算CB边水平长度D₁和方位角A₁；延长CB边使与通过A点的水平面相交，得到D点。按下式计算BD的水平距离D₂和D点的平面坐标：

X_D = X_B+D₂cosA₁

Y_D = Y_B=D₂sinA₁

B. 按A，D点的平面坐标计算DA边的方位角A₃，再计算DA，DB的水平夹角γ，DA的水平距离D₃。

C. 通过A点作DA边的垂直平面，与CD边相交于E点，与C′D边相交于E′点。用下式计算AE边的方位角A₄、水平距离D₄和E点的平面坐标。

A₄= A₃+90°

D₄= D₃tanγ

X_E=X_A+D₄cosA₄

Y_E=X_A+D₄cosA₄

计算DE的水平距离D₅和E点的Z坐标：

D₅=D₄÷sinγ

D. 计算AE边的倾角

E. 通过A点的ABC平面的法线为轧机坐标系UCS的Z′轴，用下式计算Z′轴在任意坐标系中的方位角α和天顶距Z。

α= A₄-90°

Z= H

F. A点的坐标为USC原点的位置，α和Z角确定Z′轴在空间的姿态，因此可以用下式将B，C点的GCS坐标X_i，Y_i，Z_i转换成UCS坐标X_i′，Y_i′，Z_i′。

X_i′=(x_i-X_a)cosαcosZ+(y_i-y_a)sinαcosZ-(z_i-z_a)sinZ

y_i′=(x_i-X_a)sinsα+(y_i-y_a)cosα

Z_i′=(x_i-X_a)cosαsinZ+(y_i-y_a)sinαsinZ-(z_i-z_a)cosZ

G. 根据ABC点在USC中的坐标值，按式和式求三点外接圆圆心的公式计算。由于A为原点，计算圆心平面坐标的公式可简化为：

b=x2b+y2b

c=x2c+y2c

g=-xbyc+ybxc

ABC外接圆心在UCS中的平面坐标转换为GCS中的三维坐标的计算公式为：

Xo=xa+x

建立以上数学模型后，可以用全站仪三维坐标法进行辊系中心空间坐标测量。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求限定。

Claims

1.一种基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置，用于测量金属或非金属辊道，包括磁性基座和测杆，其特征在于：

所述磁性基座（6），底部为圆弧形的矩形磁座，磁座外壳为两块上下布置的导磁体，中间用不导磁的铜板隔开，磁座内设有一个圆柱形的磁铁，磁座正面装有磁力开关（7）；基座侧面设有用紧固螺旋（5）调节松紧度的张力环；

所述测杆（1），系用铟钢杆制作的金属测杆，***所述基座侧面的张力环中，所述测杆（1）上部为可前后旋转的目标杆，安置在测杆（1）的杆套内，目标杆设二个标靶反射片（2），旋转紧固螺旋（5）可松开或固定测杆（1），测杆底部设有圆锥形测头（3），当松开紧固螺旋，测杆可上下移动，使接触圆锥形测头（3）对准辊面。

2.如权利要求1所述的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置，其特征在于，所述测杆上部的二个标靶反射片（2）相互之间有一固定间距。

3.如权利要求1所述的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置，其特征在于，所述磁性基座（6）两侧设有钩挂环固定装置（9）。

4.如权利要求1所述的基于全站仪辊道三维坐标测量的目标协作装置，其特征在于，所述测头（3）的上方设置测头活动保护装置（4），所述保护装置的固定端固定于测杆（1）。