测量位置（通用8篇）
测量位置 篇1
1 引言
位置测量、定位检测在诸如激光瞄准、生产控制和电子白板等领域应用广泛,意义重大。在大量非接触式定位测量检测系统中,CCD器件已经得到大量使用。面阵CCD可以直接进行二维的位置测量。但面阵CCD像元少,而且高分辨率面阵CCD价格昂贵,信号处理复杂,采样频率比较低。而线阵CCD很容易实现一维位置测量,同时电路驱动简单,精度高,因此对于要求高精度的实时位置测量系统,可以使用多个线阵CCD器件联合,实现多维的定位测量[1]。在使用线阵CCD进行非接触测量时,通常会和柱面镜头配合使用,因为柱面透镜使物点成线像比使用一般透镜汇聚成的点像更容易让CCD捕获[2]。但是单一使用一般柱面透镜,数值孔径小并且容易产生中间厚两边薄的“船型”光斑无法满足大范围定位系统中对光学系统提出的大视场角,短焦距,清晰成像等较高的成像要求[3]。本文设计了一款用于线阵CCD的柱面摄像镜头,使与CCD共轭的大范围平面内各点都能清晰成像,提出一种以球面镜作为前组柱面镜作为后组,前组像面作为后组物面的二级成像结构作为线阵CCD的摄像镜头,使具有相同一维坐标值的点成像为同一条直线,并且具有广角视场,畸变小,成像质量优良等性能特点。
2 设计原理
2.1 定位系统原理及光学系统设计要求
在不同的应用场合对光学系统的设计以及CCD器件有不同的要求,在这里我们对电子白板系统中线阵CCD探测器的成像镜头进行设计。电子白板由投影仪、光笔和光点位置探测器构成,光笔在投影屏幕上随机移动,产生的光点M由光点位置探测器捕捉到,并把位置信息输入到计算机,经计算机处理后,再由投影仪投影到屏幕[4,5]。系统结构如图1所示,3和4为配合线阵CCD的光学系统部分,1、2分别为光点M经过成像镜头后所成的线像,并被两个线阵CCD捕捉。
使用线阵CCD的光点探测器成像镜头的具体设计参数为:常见72英寸的投影屏幕,屏幕尺寸为1 463mm×1 097 mm,投影距离l为1 360 mm。探测器安装在投影镜头旁,因此探测器的探测距离等于投影距离。因为CCD摄像机的光轴与屏幕中心有偏移,所以实际设计探测光点范围1 574 mm×1 260 mm,视场角约为74°。测量精度要求优于1 mm,该距离足可以把相邻的两个投影图像的像素区分开(投影屏幕上的一个像素大约为1.42 mm×1.42 mm),为满足测量精度,CCD器件的像素数应该大于1 500(板面尺寸/测量精度),我们选择分辨力为2 048的线阵CCD探测器。再设镜头的焦距为f′,放大倍率为β,可以通过下式确定镜头的焦距:
一般线阵CCD像素大小14µm×14µm,根据探测精度可得到像高y′应大于21 mm,设计像高y′=22.4mm工作视场y=1 574 mm。所以镜头的焦距f′为20 mm左右。镜头口径可以通过像场的照度确定,可由下式计算镜头孔径D:
式中:γ为透过率,E为CCD像面照度,L为物面亮度(物为激光器光斑,亮度很大)。取γ为1,E/L为0.01,则D=2.4 mm[6]。
为避免屏幕上投影图像光强对光笔光点探测的影响,系统探测波长设置在红外波段,镜头需要安装滤光片,以滤去可见光,并考虑镜头安装及调焦的需要,后截距大些为宜,设计为大于13 mm,同时光学总长小于130 mm。
2.2 设计思想和方法
柱面镜头只在一维有光焦度,在无光焦度的方向,光点不成像而是以直线传播到线阵CCD探测面上的,所以在CCD探测平面上光点的像为一条直线,线阵CCD的探测器阵列方向和柱面镜头的无焦方向垂直,在探测区域内,直线像和探测器始终相交。
对于普通包含柱面镜的成像系统,当被测光点在光轴中心位置时,主光线和柱面镜片垂直。而对于轴外点,主光线和柱面镜片不垂直,由于柱面透镜在倾斜入射和垂直入射时光焦度不一样,导致成像系统无法对整个视场有同样好的成像质量从而影响探测精度。我们提出使用二级成像的方法,通过第一级远心球面成像镜头把探测面清晰的成像在第二级柱面镜头的前端形成中间像,则中间像上的各点的主光线均垂直柱面镜头且光线分布基本相同,从而使整个探测面的各点有相同的成像质量,提高探测精度。
为避免用在交互显示系统中可见光对探测的影响,工作波长选定在红外波段。CCD的波长响应曲线是越靠近短波响应越好并参考市面上提供的红外半导体激光器和红外LED的中心波长,系统的工作波长范围只需覆盖850 nm到890 nm,因此色差的影响比较小。
对于场曲的的校正,镜头在结构上采取了负、正分离的形式。它们的光焦度分别为Φ1、Φ2,相距d,组合系统的光焦度为Φ=Φ1+Φ2-dΦ1Φ2[7]。则系统的初级场曲系数为
假设两光组透镜玻璃折射率n相同,则组合系统初级场曲系数为
因为Φ1、Φ2一正一负,所以组合系统的场曲比光焦度为Φ的单透镜光祖的场曲要小,适当选取Φ1、Φ2、n1、n2可以使初级场曲为零[8]。
由于需要用于对大屏幕进行定位测量,而大视场将会带来比较大的垂轴误差。我们对摄像物镜的第一级球面镜系统拟采取光阑放在系统中间的类对称结构,产生符号相反的垂轴像差,以相互抵消。
3 光学优化设计及结果
根据设计思想和技术要求得到了最后的光学系统结构,如图2所示,其中从物方数起,第一级球面镜系统包括第一片至第六片透镜,第七到第十片均为柱面镜为第二级柱面镜系统,所有的柱面镜的无焦方向在同一个方向,线阵CCD的阵列方向和柱面镜的无焦方向垂直。其光学性能如表1所示。
图3为系统的像面图,其中3条线段分别为原点(0,0),屏幕中一点(551,441)以及边缘点(787,630)所成的直线像。所成线像线长为7 mm左右,被测光点位置变化时,像始终和线阵CCD探测器相交。
图4为光点在视场上移动时所成线像的宽度变化,因为视场相对于镜头的对称性只表示出了四分之一视场的成像情况。其中线宽最小为3µm,最大为24µm,线阵CCD的像素点大小为14µm×14µm,线像最宽只有两个像素大小,对定位精度基本没有影响。
图5为各视场场曲和畸变情况S代表弧矢方向,T代表子午方向,因为有柱面镜作用所以对弧矢方向不需要进行像差控制,全视场畸变小于1.6%且近似于线性变化。图6为各视场MTF曲线,在35 lp/mm处传递函数在0.4以上,各个视场像质一致,满足系统测试要求。
结束语
本文提出的以球面镜组作为前组采用远心结构,柱面镜组作为后组,前组像面作为后组物面的前后两级成像的柱面镜头设计是一种很有实用价值的结构,特别适合于用在大视场的系统中解决单纯使用柱面镜时,轴外物点像质不佳的情况。所提供的设计实例表明,这种镜头具有优良的成像质量,视场大,畸变小,像面像质一致,特别适合与线阵CCD配合使用,在测量定位领域发挥作用。在实际生产加工中,柱面镜的难度和成本比较大,为了降低成本和装配方便,将三片柱面透镜优化为平凸透镜,降低了加工难度和成本也避免了加工中柱面透镜的面形偏心公差对结果的影响。镜头的加工容差适中,采用普通的光学玻璃材料,易于制作。
摘要：针对使用线阵列电荷耦合器件(CCD)的二维位置定位系统中的光学系统的特殊要求,本文提出一种以球面镜作为前组柱面镜作为后组,前组像面作为后组物面的二级成像结构作为线阵CCD的摄像镜头。该镜头使具有相同一维坐标值的点成像为同一条直线,并且具有广角视场,畸变小,成像质量优良等性能特点。对其设计思想、像差特点进行了分析,并给出了f′=-20 mm,2ω=74°,畸变小于1.6%的柱面镜摄像镜头实例及其像差和传递函数计算曲线。
关键词：位置测量,线阵CCD,摄像镜头,柱面镜
参考文献
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测量位置 篇2
利用干涉测量相干性信息提取地震断层位置的方法
除了干涉相位外,InSAR数据处理中还提供了相干性信息.本文提出了利用相干性信息提取断层位置的阈值异或算法,并同时利用相干性信息提取了玛尼地震的断层位置,显示了相干性信息能够精确的反映断层位置.
作 者：王华 作者单位：广东工业大学建设学院测绘工程系刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(4)分类号：P3关键词：InSAR 相干性 断层位置
立磨磨辊位置测量的比较和选择 篇3
1 电涡流传感器加斜铁的测量装置
该装置的形式如图1所示。
该装置目前在矿渣立磨上均有采用。我公司较早期型号的JLM3 (4) -46.4立磨 (奇偶为同一代, 因左右对向布置, 部分原件为镜向) 采用的也是这种装置。该装置的测量原理为斜铁随磨辊摇臂运动, 在运动过程中斜铁与传感器的距离不断变化:当磨辊处于最低位时传感器与斜铁的距离最远, 输出信号最小;当磨辊处于最高位时传感器与斜铁的距离最近, 输出信号最大。由于磨辊绕轴做圆周运动, 其运动轨迹可分解为水平方向和竖直方向上的直线运动, 二者增减趋势相同。故理论上可用传感器与斜铁之间距离的线性关系来代换磨辊位置的线性变化。根据这个理论, 这套装置中斜铁的斜率被设计成了与磨辊垂直位移变化趋势相同。因此只要调节二者之间的相对距离, 可以调试出与磨辊位置变化趋势相同的线性关系来。
其优点是装置结构较为简单, 成本相对低廉。在一定程度上可以较为精确地反映磨辊的位置。
然而在实际应用中, 该装置也暴露出了相当多的缺点:
1) 调试过程中需要反复地调整传感器与斜铁之间的相对位置, 方能得出相对准确的数据。一旦螺丝松动导致传感器偏移就需要重新调整, 费时费力。
2) 由于立磨是人工安装, 难以保证斜铁的斜率与磨辊抬升行程一致。因此需要在斜铁与安装板之间增加垫片以调节斜率, 增加了调试人员的劳动强度。
3) 磨辊在磨机运行中除随料层变化而绕轴做圆周运动外, 在摩擦阻力的作用下会沿磨盘旋转方向带动摇臂相对轴承座做轴向摆动, 使得斜铁与传感器之间距离发生变化, 引起数据波动。
4) 电涡流位移传感器的最大量程仅为8mm, 而磨辊抬升行程平均约为200mm。二者相差约25倍, 使得数据误差被显著放大。
在早期立磨调试中, 调试磨辊位置测量传感器需要大约两天的时间, 其中大部分时间为调节斜铁斜率, 枯燥的调试过程极大地消耗了调试人员的精力。
2 超声波位移传感器加反射板的测量装置
该装置的形式如图2所示。
为了克服电涡流传感器加斜铁装置的缺点, 也为了减轻调试的劳动强度, 我们根据工程实践设计出了该装置。该装置用量程可达500mm的超声波位移传感器代替电涡流传感器;用一块约400mm×200mm的平面钢板焊在摇臂上, 以取代由螺栓固定的斜铁。传感器测量轴与平面钢板相垂直。其测量原理为反射板随摇臂运动, 超声波传感器测量自身与反射板的距离:当磨辊位置升高时, 距离缩短, 输出信号变小;当磨辊位置降低时, 距离增加, 输出信号变大。从基本原理上讲仍是用磨辊水平方向位移代换垂直方向位移。算法上则利用了线性插值法, 构造磨辊垂直位移关于水平位移的函数以求得磨辊位置。
与电涡流传感器加斜铁测量装置相比, 该装置有如下突出优点:
1) 超声波位移传感器的量程远超磨辊抬升行程, 不会造成误差被显著放大的后果;
2) 因为超声波位移传感器的测量轴垂直于磨辊摇臂摆动方向, 不受磨辊摆动干扰, 不会因磨辊摇臂的轴向摆动而对测量数值造成干扰。
3) 采用线性插值算法, 并在PLC中做了专用程序块, 标定磨辊位置时仅需将最低点和最高点磨辊位置的实测值和读数填入HMI触摸屏中对应的空格中, 即可完成标定, 大大缩减了标定时间, 减轻了调试人员的劳动强度。
4) 反射板和超声波传感器支架均为铆焊件, 如现场保管不善造成丢失可就地取材, 现场制作。而斜铁为机加件, 需要刨床加工, 如果丢失只能联系制造厂加工补发。
根据理论分析, 该装置可以获得较为准确的测量结果。因此该装置被应用在本公司生产的第三代JLM5 (6) -46.4立磨上。在调试过程中, 该装置免去了频繁调整斜铁斜率以及传感器与斜铁相对距离的繁琐步骤, 将原来需要近两天的调试时间缩短至2h, 大大减轻了调试人员的劳动强度。在投料调试中, 该装置也能反馈出较为准确的数据, 因此我们便将该装置的形式逐渐固定下来, 形成了制式。
然而随着第三代立磨投产数量的增多, 我们也收到了部分用户的反馈, 表示该装置在使用过程中出现了磨辊位置在一定范围内读数偏差较大的情况。
经过研究分析, 我们发现该装置在原理上存在一个重大缺陷:反射板随磨辊摇臂绕轴做圆周运动, 而超声波传感器则始终固定在摇臂轴承座上, 传感器的测量轴与反射板之间始终存在一个时变的夹角, 当二者不再垂直时测量结果便会发生偏差。
除了原理上的缺陷之外, 该装置仍有一些缺点:
1) 反射板是人工焊接在磨辊摇臂上的, 无法保证反射板与传感器测量轴始终保持垂直, 如在初始条件下二者即不垂直, 将加剧数据的劣化。
2) 如遇料层不稳, 磨辊剧烈振动, 有可能将传感器螺纹振松, 导致传感器与反射板之间的距离发生变化, 影响数值的准确性。
3) 超声波位移传感器价格较为昂贵 (超声波传感器因为是定制的加强型号, 价格稍有上浮, 采购价约8 000元, 电涡流传感器采购价约1 000元) , 增加立磨的总体成本。
3 在液压缸锁紧套上设置超声波位移传感器的测量装置
为了克服超声波传感器加反射板装置的缺点, 我们经过反复论证, 将超声波位移传感器从摇臂轴承座上取下, 安装在液压缸活塞杆与耳环之间的锁紧套上 (见图3) , 使其测量轴垂直于液压缸法兰, 以液压缸法兰为参考平面, 取消了反射板。
由于液压缸活塞杆与磨辊摇臂直接相连, 磨辊位置的变化将导致液压缸行程的变化, 故而测量液压缸行程即可推知磨辊的位置。
与反射板式的超声波位移测量系统相比, 该装置的参考平面与传感器的测量轴不随液压缸的运动而发生改变, 始终保持垂直, 故而能够较为精确地测量液压缸的行程, 进而推知磨辊的位置。同时传感器安装在液压缸活塞杆与耳环之间的锁紧套上, 由于液压的缓冲作用, 大大减小了振动的频率和力度, 减少了传感器螺纹松脱的可能性。
由于传感器支架仍为人工焊接固定, 可能导致测量轴不垂直, 影响测量精度。同时由于超声波位移传感器价格较高, 导致立磨整体成本增加, 这两项是本装置的缺点。
4 结束语
综上所述, 三种装置各有优缺点:第一代电涡流传感器与斜铁装置结构简单, 价格低廉, 但调试繁琐, 测量精度低, 同时斜铁为机加件, 需要机床加工, 因此并不理想;第二代超声波传感器加反射板装置调试简单, 支架和反射板为铆焊件, 钢板下料焊接即可, 加工简单, 但由于原理本身的重大缺陷导致了其在一定范围内会出现严重的偏差, 使得该装置的测量精确度大打折扣, 因此也并非理想的测量装置;截至目前, 第三代测量装置在本公司生产的第四代多种规格多种用途的立磨如JLM7 (8) -46.4、JLM-54.4、JLMKS1-46.4等中的应用均未收到测量不准确的报告, 虽然成本较高, 但增加的成本相对于价值数百万乃至上千万的立磨而言微乎其微, 而且取消了反射板, 进一步降低了加工难度。同时专业的安装工人有能力保证传感器的垂直度。并且由于液压缸的缓冲作用和使用了防松垫片, 传感器松脱的可能性极小。因此我们认为其效果较为理想。
测量位置 篇4
目前摄像机标定的方法有很多, 大致可分为传统标定法、自标定方法和基于主动视觉的标定法。文献[1]提出的两步法 (two-stage method) 使用直接线性变换 (DLT) 来计算出大部分参数, 而剩余的参数通过非线性搜索来得到。文献[2]给出了一种适合应用的一种新的、灵活的方法, 这种方法虽然也是使用针孔模型, 但是它的具体标定是在自标定与传统标定之间。文献[3]提出了一种针对可变焦距摄像机的自标定方法, 该方法需要预标定, 先确定出5个内参数的互相关模型, 从而将焦距变化时的自标定过程简化到只需计算一个内参数。文献[4]针对双目视觉, 提出一种基于投影直线相交和改进Open CV1.0标定算法相结合的双目立体视觉标定算法。文献[5]针对双目立体视觉的工业检测精度和实时性要求, 采用LENZ畸变模型建立基于面阵CCD的双目成像几何模型, 分析了成像模型的内外参数及针孔模型的局限性, 提出改进的双目立体视觉系统摄像机两步标定方法。文献[6]提出的基于两组三正交运动的线性方法后, 杨长江, 李华, 等提出了改进的方案, 分别基于4组平面正交以及5组平面正交运动, 利用图像中的极点信息来线性标定摄像机参数。
摄像机标定是从二维图像获取高精度三维信息的前提, 其标定精度和可靠程度将直接影响到测量结果的精度, 尽管目前摄像机的标定方法很多, 但这些研究都是基于摄像机光轴中心线垂直于景物面的双目摄像机的标定[7], 而对于车载摄像机的标定很少有文献研究。在现有的摄像机标定方法的基础上展开研究, 提出了针对车载摄像机进行标定的新方法。
1 车载摄像机标定原理
立体视觉是指能够对目标三维卡迪尔空间内位置进行测量的视觉系统, 立体视觉可分为:双目视觉[8]、多目视觉、结构光视觉系统, 现采用双目视觉系统进行对障碍的定位测量。
目前国内外研究的双目视觉系统大多是基于摄像机的光轴中心线垂直于景物面的情况, 如图1所示, 其中点O1、O2分别为左右摄像机光轴中心线与景物面的交点;O1'、O2'分别为左右摄像机的光心;A1、B1、C1、D1组成右摄像机拍摄到的景物面, A2、B2、C2、D2组成左摄像机拍摄到的景物面。从图1中可以看出, 景物面以摄像机光轴中心线与景物面的交点 (O1、O2) 成中心对称。
而车载双目视觉系统如图2所示, 从图中可以看出景物面并不以摄像机光轴中心线与景物面的交点 (O1、O2) 为中心对称, 这是与图1中摄像机光轴中心线垂直于景物面的不同之处, 也是载摄像机标定的难点所在。
经过分析比较以上2种摄像机光轴中心线与景物面之间的几何关系, 针对车载摄像机的标定, 提出了以标定点在图像上均匀分布成网格状进行标定, 利用网格插值建立图像坐标和实际坐标之间的映射关系, 即车载摄像机的标定模型。
2 车载摄像机标定模型
在双目视觉系统下, 以黑色棋子作为地面标定点, 地面标定点的图像坐标系以图像左上角为原点, 水平方向为U, 垂直方向为V, 图像坐标以pixel为单位。在左右摄像机视野公共区域下, 对左右摄像机进行标定, 由于采用linear双线性插值法, 因此地面标定点以在图像坐标系上均匀分布放置于地面上, 用来建立地面标定点图像坐标的网格, 如图3和图4所示。
从图3和图4可以看出, 地面标定点在图像上均匀分布成正方形的网格状, 因此可以用网格插值法, 对地面场景中任意一个景物点进行网格插值, 插出该点的实际坐标。
具体建立车载摄像机标定模型步骤如下。
(1) 首先找到地面景物点的图像坐标所在地面标定点的图像坐标网格位置。实验的地面标定点的图像坐标组成矩阵形的网格, 而网格的节点为m×n。假如地面标定点在图像上的4个区域点的图像坐标为 (umin, vmin) 、 (umax, vmin) 、 (umin, vmax) 、 (umax, vmax) , 地面标定点图像坐标点建的网格分布的区域则为umin≤u≤umax, vmin≤v≤vmax, 若地面景物点的图像坐标为 (u, v) , 则该点落在标定点的图像坐标形成网格的位置为
(2) 由于每个地面标定点的图像坐标都对应一个实际坐标, 因此根据地面景物点图像坐标所在网格的位置, 对地面景物点周围4个标定点的实际坐标进行双线性插值, 可插出该地面景物点的实际坐标。若地面标定点的图像坐标对应的实际坐标形成的网格分布区域为xmin≤x≤xmax, ymin≤y≤ymax, 则地面景物点的实际坐标 (xi, yj) 可表示为
3 实验及结果分析
实验采用USB摄像机, 左右2个摄像机高度为71.5 cm, 两摄像机间距为35.2 cm, 左右摄像机标定时分别采用25个地面标定点。以25个地面标定点的图像坐标为输入, 25个标定点的实际坐标为输出, 对车载摄像机标定模型进行训练。然后对训练好的模型进行测试, 采用10组数据进行测试, 其计算结果见表1, 由于实际位置的坐标x, y是用皮尺直接测量的, 因此测量的结果只能精确到mm。
从表1可以得出实际值与测量值之间没有显著性差异, 本实验测试样本点位置的偏差, 图5和图6为测试样本景物点位置的偏差图, 其中纵轴为偏差 (单位cm) , 横轴为测试样本的编号。从图中可以看出x的最大偏差为0.263 8 cm, 平均偏移了0.101 56 cm。y的最大偏差为0.273 1 cm, 平均偏移了0.108 32 cm。
4 结束语
车载摄像机的标定是视觉测量非常重要的环节, 也是汽车辅助驾驶系统研究的重要方面, 通过对测试样本点的偏差分析可以得出, 该标定方法精度很高, 而且模型简单, 不需要复杂的坐标转换, 可以准确地通过视觉测量出障碍的位置, 适用于对车载摄像头的标定, 为汽车辅助驾驶系统的研究提供了有效的参考方案。
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测量位置 篇5
1 高压测量仪后端接入试验接线方式
试验接线如图1所示。
其中:1—调压器;2—ZGF-200数显直流高压发生器;3—微安表;4—JGY-200高压测量仪;5—Y10W-100/260金属氧化物避雷器。
如图1所示, 把高压测量仪接在微安表的后面进行试验, 试验结果表明:避雷器型号为Y10W-100/260, 为两节组合式, 单节75%UDC1mA为8μA, 而两节组合时75%UDC1mA为60μA, 远远超过规程标准 (不大于50μA) 。单节的75%UDC1mA合格而组合后的泄漏电流为什么比单节的大得多?笔者分析认为很有可能是高压测量仪中的泄漏电流引起的。如图1所示, 流过微安表的电流为I=Ib+Ic (Ib为避雷器泄漏电流, Ic为高压测量仪电流) , 高压测量仪为阻容分压结构, 直流泄漏试验时有一定的泄漏电流, 并且随着试验电压的升高而增大, 应该把高压测量仪接在微安表的前面, 这样流过微安表的电流才是实际通过避雷器的泄漏电流。
2 高压测量仪前端接入试验接线方式
试验接线如图2所示。
其中:1—调压器;2—ZGF-200数显直流高压发生器;3—微安表;4—JGY-200高压测量仪;5—Y10W-100260金属氧化物避雷器。
如图2所示, 把高压测量仪接在微安表的前面, 重新做试验, 流过微安表的电流为I=Ib (Ib为避雷器泄漏电流) , 试验结果为:单节避雷器75%UDC1mA=3μA, 双节组合后为8μA, 试验结果正常。
3 高压测量仪直流泄漏试验接线
笔者还专门对高压测量仪进行了直流泄漏试验, 试验接线如图3所示。
其中:1—调压器;2—ZGF-200数显直流高压发生器;3—微安表;4—JGY-200高压测量仪。
测量10～120kV直流电压下的高压测量仪泄漏电流, 流过微安表的电流为I=Ic (Ic为高压测量仪泄漏电流) , 试验结果见表1。
测量位置 篇6
桥梁工程测量放样工作是随着工程平面位置控制精细化要求发展而来,工程平面位置精细化要求必然要对工程平面位置偏差提出要求,因此随着施工工艺水平的提高而产生了不同年代版本的《公路工程质量检验评定标准》。在该标准中,对桥梁各分项工程的基本要求、实测项目、外观鉴定都提出了很明确的要求细目,特别是实测项目中对桥梁实体工程的桩位偏差,以及承台、系梁、墩台身、立柱、盖梁、墩台帽的轴线位置偏差提出了很详细的误差要求与标准值,这无疑对工程的规范化施工及验收评定的规范化起到了很强的指导与约束作用,同时也对工程测量技术人员的规范化测量放样与验收理解、掌握提出了更高的要求,否则验收评定标准再科学,也难得到很好的推广与运用,“加强公路工程质量管理,统一公路工程质量检验标准和评定标准,保证工程质量”这一制定《公路工程质量检验评定标准》的目的很难达到。
1 《公路工程质量检验评定标准》中平面位置验收标准
1.1 验收标准、频率、方法
在该标准中,对桥梁各分项工程平面位置偏差的验收标准、方法、频率提出了具体要求。钻孔灌注桩桩位要求:群桩平面位置允许偏差不大于100 mm,排架桩不大于50 mm(极值100 mm),检查方法与频率要求:经纬仪或全站仪逐桩检查;对承台要求:轴线偏位允许误差为15 mm,检查方法与频率要求:全站仪或经纬仪纵横轴线各测量2个点;对墩台身、立柱、墩台帽或盖梁要求:轴线允许偏差10 mm,检查方法与频率要求:全站仪或经纬仪纵横轴线各测量2个点;对梁板安装要求:梁支座中心允许偏位5 mm,板10 mm,检查方法与频率要求:尺量,每孔检查4个～6个支座;对就地浇筑梁板轴线偏差要求:允许偏差10 mm,检查方法与频率要求:全站仪或经纬仪测量3处。
1.2 验收及评定方法的不明确
1)钻孔灌注桩中心偏位误差是指灌注桩混凝土桩顶平面中心误差,还是指灌注桩桩顶钢筋笼几何中心误差,如果是以钢筋笼几何中心误差为准,而且这个中心因施工造成的灌注桩桩顶的不规则很难找准。
2)对承台,以及墩台身、立柱、墩台帽或盖梁的轴线偏位误差要求是使用经纬仪或全站仪对纵横轴线各测2个点,允许误差是15 mm/10 mm,纵横轴线各测量的2个点的位置在哪里,如果承台等平面位置较设计位置前后左右0°平移,则纵轴线或横轴线上任何位置偏差值相等,如果承台等平面位置较设计位置旋转平移,那纵横轴线偏差测量点必须加以明确,否则难以统一质量验收标准。另外,立柱的轴线偏差是指单根立柱轴线偏差,还是指一排立柱轴线偏差为控制对象。
3)梁板安装平面偏位控制是由支座中心偏位控制来实现的,具体要求是尺量每孔检查4个～6个支座。支座中心很容易确定,为什么要拿尺量而不使用更先进的全站仪,用尺量支座中心偏位,现场怎么操作,另外每孔检查4个～6个支座,检查的支座现场怎么选择,对于双幅桥梁的每孔是指单幅还是双幅的每孔。
4)就地浇筑梁板轴线偏差要求是全站仪或经纬仪测量3处,这测量检测的3处位置如何定,是一联检查3处,一孔检查3处,还是整座桥梁检查3处,双幅桥梁是单幅轴线检查,还是双幅轴线检查。
2 平面位置偏差检查验收方法、频率的建议
2.1 钻孔灌注桩中心位置偏差检查验收
1)中心偏位控制对象。
钻孔灌注桩中心是否偏位,必须以灌注桩钢筋笼平面几何中心是否偏位为控制对象,理由:a.灌注桩的承载力固然非常重要,但是在灌注桩上端必须考虑其横向抗剪、抗弯拉能力,而这两种抵抗力的重要贡献是钢筋,而不是混凝土;b.灌注桩钻孔因为施工工艺,或是地质条件等原因造成扩孔变形,进而造成灌注桩桩顶混凝土几何平面不规则的现象经常发生,在不规则的桩顶找到其平面几何中心难度很大;c.钢筋笼在浇灌混凝土过程中,完全可以采取技术措施,使其规则保持设计形状,找出其平面中心位置非常容易,比如在桩顶位置增设加强箍筋与纵向受力主筋;d.灌注桩混凝土中心偏位完全可以通过钢筋笼及其外侧的混凝土保护层垫块加以控制。因此,钻孔灌注桩中心偏位应该以钢筋笼中心为控制偏差对象。
2)偏差允许值。
验收评定标准中,给出的群桩偏差标准和单排桩中心偏差极值标准是100 mm,一般来说,钻孔灌注桩的钢筋保护层厚度设计为100 mm,假设孔位不偏差,钢筋笼限位耳朵筋(保护层厚度控制)完全刺入孔壁造成钢筋笼偏位100 mm,致使灌注桩主筋保护层厚度严重不足,或者是露筋(在软土层容易发生),按现行验收评定标准是合格的,但其实是严重的质量问题。因此,在桩位控制中,除了按中心偏差允许值来控制,还要控制钢筋笼保护层厚度控制指标,但现行验收评定标准中没有相应规定与要求。
2.2 承台、墩台身、墩台帽、盖梁轴线偏位验收
2.2.1 可以在实体上标出纵横轴线
在验收评定标准中,已经明确在纵横轴线上各检查2处,但这2处位置必须加以明确。承台、墩台身、墩台帽、盖梁的设计形状基本规则,浇筑的钢筋混凝土实体纵横向轴线容易定位,纵横轴线偏位测量点应该设在纵横轴线与实体混凝土外边线交接点处,这样位置统一,标准统一,且实体混凝土如果在平面上既旋转又偏位,在轴线与混凝土外边线交接点处偏差值应该是最大(在一定的偏位范围内,如图1所示),将此控制在验收评定轴线偏差允许值范围内完全符合要求。
2.2.2 无法在实体上标出纵横轴线
有的混凝土实体上因预埋钢筋骨架,或是一些障碍物等原因致使无法在实体上标出纵横轴线,或者即使可以标出,也不需要找出纵横轴线,同样可以对其偏位进行测量,见图2,表1。
2.2.3 立柱轴线偏位测量
关于立柱轴线偏位误差测量,在检验评定标准中要求纵横轴线各测量2处,这2处位置在什么地方,如果等立柱浇筑好,在立柱顶面标出纵横轴线,然后进行轴线偏位测量,似乎合理,但难以操作,原因是立柱顶面平面操作位置有限,且较高,柱顶操作危险性大。考虑到立柱分项工程评定标准中已经有立柱倾斜度控制指标,因此,立柱的纵横轴线偏差控制应该在立柱浇筑之前,放样之后进行纵横轴线偏位尺量。另外,验收评定标准上要求纵横轴线上检测2处的规定不尽合理,如果一排立柱有3根或更多,将其作为一整体进行验收,很显然,这个横向轴线理论上无法准确标出,除非3根或更多立柱纵向偏位相同,且方向相同。
因此,立柱的纵横轴线偏差,应该在立柱混凝土浇筑立模之前进行放样点偏差测量,且可以逐根立柱独立地进行中心位置x,y方向偏差测量验收,至于立柱顶面混凝土位置偏差测量,可以通过立柱的倾斜度进行控制。
2.2.4 梁板安装轴线偏位测量
验收评定标准中要求通过支座偏位来进行控制,用尺量,每孔检查4个～6个支座,偏差允许5 mm(梁)/10 mm(板)。具体检查要求应该是:对每个支座逐个检查,使用经纬仪或全站仪,允许偏差控制在5 mm之内,完全没有必要对板的安装偏差放宽到10 mm。主要原因:1)每孔检查4个～6个支座,在实际施工控制与验收过程中,基本是抽出4个支座进行控制与验收,而不是6个支座;2)目前梁板安装可以采用液压一泵多顶、单顶千斤顶配合,同时在安装前使用全站仪对每个支座位置进行精确放样(边缘线放样),完全可以对每个支座进行精准安装,支座偏差控制在5 mm范围内应该是件容易的事情。
2.2.5 现浇梁轴线偏位验收
鉴于目前桥型复杂多变,左右幅不对称的弯曲桥梁经常遇见,因此现浇梁轴线偏差应该按单幅分别控制,曲线段轴线偏位按每5 m控制与验收,直线段按每10 m进行轴线偏位控制与验收。现行验收评定标准中偏位测量的点位不够明确,频率对于弯桥来讲偏少。
3 结语
测量本来是一项精确的工作,因此对于桥梁施工位置的偏差控制必须做到标准统一,偏差控制对象(点位或轴线)明确,测量方法科学先进且尽量统一要求,方可达到验收评定制定与实施的目的。但目前桥梁施工过程中,测量工作还没有引起施工承包人、监理、业主和建设主管部门的足够重视,具体表现在对测量专业人员的培养与补充不够重视,专业考试引导力度不足,比如交通运输部有道桥、隧道、工程经济、机电等专业监理工程师考试,却没有测量专业监理工程师考试;一些省市使用的工程管理与质量验收表格中,测量专业工程师的签字仅在开工报告等很少管理表格中留了位置,在工程实施过程中,测量专业工程师基本没有签字位置。施工现场从事测量的人员往往是刚毕业的学生,实践经验缺乏,业务钻研不够,对验收评定标准中的要求理解不透,操作起来马马虎虎,造成测量验收标准经常性被降低要求执行,或者是错误执行。因此,一些专家或建设主管部门很有必要组织人员针对标准中的那些看似简单,其实真正操作起来很难统一把控的检查项目进行逐一详细说明、规定,想必这对工程建设质量管理及验收标准的掌握很有帮助。
摘要：对JTG F80/1-2004公路工程质量检验评定标准中桥梁工程测量验收的要求进行了深入的分析,提出了桥梁施工各分项工程验收的方法与注意事项,对桥梁施工测量验收工作具有借鉴作用。
关键词：桥梁,平面位置,测量验收
参考文献
[1]JTG F801-2004,公路工程质量检验评定标准[S].
[2]JTG/T F50-2011,公路桥涵施工技术规范[S].
[3]宋永娟.浅谈公路工程测量中常见问题及成因与质量控制[J].科技创新导报,2012(32):32-33.
测量位置 篇7
里程计模型是近年来人们争相研究的热点,在许多工业,军用场合内,里程计发挥着重要的作用。全向移动式里程计是公认运动最灵活的里程计模型之一。文章从运动学和定位方式上分析了全向移动式里程计的基本模型,并提出了一种新的里程计定位方法,具有很强的实践和使用价值。
一、里程计的定位方法
里程计是研究移动机器人定位导航的重要模型,在工控、民用、安防领域都有广泛的使用,其难点内容在于里程计精确定位的实现。一般情况下采用多种传感器融合的技术方法定位[1]。如果在地图已知的情况下,还可以采用全景摄像机,通过图像算法完成里程计的定位。但是这些方法在局部使用时,往往显得精度不高,并且一致性较差。因此,本论文提出的辅助定位方法有利于提高里程计的定位效果。
1计算定位法
通过采用旋转编码器测量里程计走过的距离,并根据单位时间内里程计走过的距离来计算里程计的位置,速度,加速度等信息。
2测距定位法
在已知地图的环境下根据环境信息和一些人为预先标记的特征点来确定自己的方位和距离[2]。
3感应定位法
多是采用引导线来实现里程计的运动里程计通过电磁感应的方式获得自己的运动坐标。
二、局部高精度定位的研究
论文研究的里程计模型为全向艳模型。为了解决全向轮的位姿测量,论文创新性的提出了正交式编码器的测量方法,并根据此种结构总结出了定位公式,具有很强的参考价值。
1三轮全向轮模型结构
全向轮里程计模型是业内公认的运动方式最灵活的里程计机构模型。其多采用麦克纳姆轮或其他全向轮部件,可以完全控制里程计在平面运动的三个自由度,其基本结构如图1所示。
2三轮全向运动控制算法
典型的三轮全向轮里程计运动模型如图2所示。三个麦克纳姆轮互相以120°分布。设三个轮子的速度分别为V1,V2,V3,全向轮的半径为R,轮子距旋转中心的距离为L,里程计在参考系内的整体速度为Vx,Vy,w。由全向里程计的结构可以得出公式(1):
将速度信息转换为作保位置信息,得到公式(2)
三、位置测量与运动控制的实现
里程计位置、姿态的测量是关键,目前一般通过编码器测量的距离信息具有较高的精确度,但容易产生累计误差。但累计误差可以通过GPS,电子罗盘,或者是地图内的一些特征物的坐标来矫正[4]。因此,做到局部的精确定位便成了里程计定位的最关键因素。
1位置测量传感器布置
论文设计出一种全向式编码器,即能同时测量出X,Y轴的运动距离,累加便可以得出里程计在X,Y轴上所走过的距离。通过角速度传感器的输出可以计算出里程计的方位角。传感器的位置布置如图3所示。
2位置测量算法
为了验证论文中定位方法的精度在局部的范围内是可靠的。用两个QEP单元对两个编码器的输出脉冲进行计数,并对角速度传感器的输出(SPI接口输出)进行采集并进行积分运算。
四、结论
文章介绍了一种全向移动式里程计在局部高精度定位的方法。在定期消除累计误差的情况下,具有很高的精度。在特定的应用背景下,需要利用不同的多传感器融合的方法来消除累计误差。试验证明,在有电子罗盘,摄像机定标的情况下,里程计的定位输出精度能够达到5mm,这是一般的定位方法无法达到的精度。对于需要高精度定位的情况下,此种方法具有很重要的参考价值。
参考文献
[1]韩冰,林玉荣,邓正隆.光纤陀螺温度漂移误差的建模与补偿综述[J].中国惯性技术学报,2009,(02).
测量位置 篇8
1 激光干涉仪在调整机床精度中的实例分析
激光干涉仪在调整机床精度过程中的作用主要有三个方面:检验机床运动轴的误差, 协助调整机床机械结构和对误差进行补偿。巧妙正确地使用激光干涉仪能够很好地解决机床定位精度差的问题。下面就以一套加工中心的全闭环改造实例介绍具体调整方法。该机床是沈阳机床厂生产的VMC1410型立式加工中心, 用于小型精密零件的加工, 是沈阳机床的关键设备。数控系统为FANUC-0i, 半闭环控制。由于使用时间较长, 近期加工出的零件经常超差, 因此采购了数字式球栅尺, 用做直接测量系统实现全闭环控制。安装好球栅尺, 经过联机调试, 机床可以正常动作。
1.1 检验机床运动轴的误差
在配备了合适的玻璃镜组件后, 1台激光干涉仪可以检测出1个线性轴6个自由度中的5个, 分别是水平和垂直方向的直线度、偏摆角度、俯仰角度以及线性位移 (第6个自由度为滚动, 需两台激光干涉仪配合才能检测) 。检验发现, y轴最大误差为±7μm, 满足精度要求;x轴误差较大, 最大误差超过了150μm;同时, 定性来看, 该轴在运动过程中存在俯仰, 因此该机床在机械结构 (丝杠、导轨) 上存在问题, 需要调整。
1.2 借助干涉仪调整机床的机械结构
经过检测发现, 机床工作台在全行程运动时直线度较差, 尤其在距参考点约500mm处俯仰情况最为严重, 最大俯仰角度超过0.1°。需要将两条导轨重新刮研、校平、校直。同时, 在检测中还发现, 当机床运动到某处静止时, 激光干涉仪读数在±15μm范围内不停来回变化, 说明工作台肯定在摆动。此时进入数控系统的诊断界面查看系统检测的电机工作情况, 发现电机电流一直在额定电流的40%范围内变化 (因为机床此时静止, 正常情况电机工作电流应该在额定值的10%以内) , 根据电机拖动原理, 电流值跟电机的输出力矩成正比, 这就说明电机一直在工作, 整个系统处于不稳定状态, 从而印证了上述结论。用户参考激光干涉仪测定的位置, 重新刮研、校平了导轨, 并调整了滚珠丝杠与丝母间的预紧力, 然后重新将机床装配好。检测发现, 电机电流处于正常状态, 运动系统工作稳定。
1.3 重新检验该坐标轴的线性误差
用激光干涉仪软件可以直接对检测结果进行分析, 并生成误差补偿数据表。将补偿数据输入数控系统一般有两种方式, 手动输入或者通过数据线自动下载到数控系统中。将补偿值输入到该系统后重新检测, 机床工作稳定, 精度完全满足厂家生产要求。通过ISO 230-2标准分析, 其定位精度为11.743μm, 重复定位精度为7.657μm, 反向间隙为5μm。进行精度检测时, 机床往复运动两个循环。试加工工件经过检验也满足该厂设计要求。至此, 这个改造维修项目全部完成, 目前该机床工作正常。
2 激光干涉仪组成与原理分析
沈阳机床的激光干涉仪主要由激光头、环境补偿系统、玻璃镜组件、机械支撑件及配套软件组成。其中激光头是一种He-Ne激光器, 可以发出波长约为0.633μm (设为λ) 、并且波长稳定的激光;玻璃组件包括分光镜 (即折射镜) 和反射镜;机械支撑件可以自由调整, 确保光路进入测量路径;补偿单元可以采集现场环境的大气压力和湿度以及机床本体的温度, 以便将环境的影响计入检验结果, 提高检验结果的准确性。
在检测过程中有两束光返回到激光头的回光孔中, 当位于机床的运动部件上的反射镜随机床从点A移动到点B时 (假设距离为L) , 根据光的干涉原理, 回光孔接收到的光线会不断明暗交替 (两束光相位差为零时, 两束光相长干涉, 此时最亮;相位差为180°时, 两束光相消干涉, 此时最暗) 。在这个过程中激光干涉仪能够不断记录明暗交替的次数 (设为n) 。明暗状态每变化一次, 就说明光走过了一个波长的距离, 可知光移动的距离
Δl=n×λ
机床从点A到点B移动的距离为光路移动距离的1/2
L=Δl/2=n×λ/2
这样, 激光干涉仪软件就能结合环境补偿系数精确实时计算出机床的移动距离。经环境补偿后, ML10激光干涉仪的测量精度可达±0.7×10-6, 即在1m距离内误差不超过±0.7μm, 完全满足数控机床的精度检验要求。
3 结论