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摘要：工业测量具有精度高，范围广，以及处理能力迅速准确等特点，使其在航天电子等行业内得到普遍应用。伴随着工业的发展，如今可供选择的工业测量的设备仪器不仅愈来愈多，而且更加人性化，制造，科研，安装等很多领域都离不开工业测量技术的应用。本文以安装大型射电望远镜的天线为例，论述分析了工业测量及仪器在大尺寸，高精度定位工装中的应用。
关键词：工业测量；大尺寸测量；高精度定位
大型射电望远镜天线的安装中，需要进行大尺寸的测量，以及严丝合缝高精度的定位，如果此工装用传统的测量手法和机械加工则无法完成，为了使其达到使用要求的精度，因此需要用到现代工业测量的方法及设备仪器。
1具体任务
若想保证大型射电望远镜天线接口的精准无误，保证接口的安装准确，则需要用到一组定位工装将其接口牢牢固定。以钢法兰作为定位工装，法兰厚度为30mm，将12个钢法兰平均分布在一个水平圆周上面，圆周的直径为25.6米。如图1所示。
同时，12个法兰面的平面度要在1mm以内，ф30mm孔位置度不要超过2mm。如图二所示。
2现场已经具备的条件
预先定做好了12个混凝土基础，按照基础的位置图进行布置，混凝土高度为500mm。混凝土基础的顶层是一个正方形的钢板，长宽各为1000mm，厚度为30mm。正方形钢板的顶部平面度小于15mm，位置精度在15mm以内，在接近混凝土基础圆心的位置，有一块水泥地面，已硬化。
12个钢法兰的加工全部达到了设计要求的尺寸，并且对上表面和下表面分别进行了精车。为了确保钢法兰的平面度和ф30mm孔的位置度的准确性，用数控镗铣床对ф30mm孔进行了加工。并且准备了很多不同厚度的垫片用来调整平面度，这些垫片最薄的可达到0.5mm。为了更好地测量孔位，加工了各种工装，这些工装的上部可以与球棱镜接触，下部与孔位接触，并且接触效果良好。
3现场的工业测量仪器设备
现场配置的工业测量仪器分别是：1台TDA5005全站仪，1部N3标准配置的三脚架，1组N3标准配置的基准尺，以及1台N3水准仪。以上仪器均由莱卡公司生产制造。其中全站仪在近距离的测距精度，可以达到0.2mm，无论是对工装位置的测量，还是水平度的调整，以这样的测距精度，完全够用了。然而由于现场需要用到全站仪的地方比较多，所以需要用N3水准仪来测量和调整平面度，N3水准仪的测量精度可达到0.1mm，往返10km的误差不超过3mm，测量直径是25.6m，因此，和全站仪一样，N3水准仪同样能够达到工装平面度的测量和调整的要求。
4进行平面度的测量及调整
4.1首先，需要用到的仪器是N3水准仪，以及与其标配的三脚架和基准尺。同时还要用到一把大号的太阳伞，因为在阳光的照耀下，会对仪器产生一定程度的温差影响，为了尽量避免这种误差，因此需要在N3水准仪的上面树立一把太阳伞。
准备工作做好后，然后以地面作为基准，用基准尺量出钢法兰选定点的高度差，通过高度差来调整法兰面的平面度。在所有的12个法兰面上，选出4个测量点，这4个测量点之间的距离要平均，将每个测量点都作为一个调整点，通过在调整点下面垫片的方法来调整法兰面的高度，直至测量点的高度差达到设计的要求。
4.2将预先制作好的混凝土基础进行编号，编号的顺序按照顺时针的方向。然后用钢卷尺在混凝土基础的最上面顶部位置进行粗放样，分别画出钢法兰和4个测量点的位置，用记号笔写上A，B，C，D的编号。水准仪设站的位置，在某种程度上会影响水准仪I角的测量精准度，因此，为了尽可能地减小这种影响，水准仪设站的位置，最好是放在混凝土基础的圆心点上，因为这个点上是预先准备的硬化的水泥地面，负责测量的工作人员走在上面时，给三脚架带来的影响不大，可以最大限度地保证测量的精准度。
4.3在混凝土基础的圆心上架起三脚架，工作人员用脚把三脚架踩好固定，用目测的方法调整三脚架，让它的支盘和地面保持平行。然后用连接螺栓把N3水准仪稳固在三脚架最上方的顶盘上。要注意把握好固定N3水准仪时的力度，如果用力过大，会导致水准仪的连接盘扭曲变形，调整高度的螺母会因此失灵，所以力度要适中。将水准仪稳固在三脚架上之后，就可以调整高度螺母了，依然用目测的方式，看到仪表座上圆形水泡的位置到达中间的时候，马上把水准仪的镜筒旋转90度，再进一步把圆形水泡调到居中的位置。
4.4进行操作时，测量人员最好正对测量区域，轻轻转动水平仪的镜筒，直至镜筒和三脚架的其中任意两支脚保持平行，锁好方位按钮，再轻轻转动螺旋微调按钮，直至和两边的长水泡对在一起，然后记录微调旋钮的读数。
第一次记录完毕后，把方位按钮打开，旋转水准仪镜头180度，锁定方位按钮，再一次转动螺旋微调按钮，和上次一样，转到和两边的长水泡对齐的位置，记下微调旋钮的读数。第二次记录完毕后，取两次读数的平均值，然后把微调旋钮的读数调到这个平均值上，再调整和水准仪镜筒平行的高度螺丝母，直至两边的长水泡对齐。打开方位按钮，轻轻转动镜筒90度，再锁下方位按钮，调整和镜筒在平行位置的高度螺母，让两边的长水泡对齐。
再次打开方位按钮，把镜筒转动90度，锁上方位按钮，再次旋转微调按钮，直至两边的长水泡对齐。假如在调整前后微调按钮的刻度差大于3，那么就再次重复以上调整步骤，直到微调按钮的刻度差小于3为止。需要注意的是，水准仪一共有3个高度螺母，只需要调整2个就可以，另一个固定好，不需要去调整。
最后，将一张白色的纸放在水准仪的物镜前面，不断调整焦距，直到能清晰地看见楔形丝为止。
4.5辅助测量的工作人员需要做的是，在放样处的测量点上放上基准尺，在测量之前，要用干净的棉丝纱布等把基准尺的底部擦洗干净。测量正式开始后，要把基准尺上数值大的那一头放在上面，工作人员双手扶着基准尺，把尺子的指示水泡对齐。拧开方位按钮，将水准仪的镜筒转向基准尺的方向，然后锁定方位按钮。等到长水泡静止不动的时候，观察两边的长水泡是否在一条线上，如果不在一条线上，则继续调整微调旋钮，直到水泡对齐为止。
旋转方位按钮，基准尺上的刻度线要用楔形丝卡上，基准尺的读数单位为厘米，在读数窗口中的读数单位为毫米。最终读数=基准尺读数×10+读数窗口的读数值。在事先准备好的表格上记下最终读数值之后，再重复测出12组钢法兰的总共48个读数，全部测量记录完之后，从中找出一个最高点，然后再计算出其它所有点和这个最高点之间的高度差。
4.6把不同厚度的垫片，放在不同的放样点上，以调整放样点之间的高度差，用吊车把工装法兰吊到混凝土基础上面，按照粗放样的位置把法兰放好，12组总共48个法兰都做上测量记号，再把基准尺放到法兰的测量记号上测量它们的高度，并仔细记录数值。全部测量完毕后，核对是不是有大于1mm的高度差，如果有，则重新调整垫片的厚度后，进行复测，直到高度差小于1mm为止。最后经过重复多次的调整和测量，各个点的高度差不大于0.75mm，则基本上达到了设计的要求。
5工业测量中位置度的测量和调整
5.1需要用到的工业测量仪器有TDA5005全站仪，以及N3三脚架。在三脚架上安装好全站仪，再通过通讯技术与计算机之间进行联机。调整全站仪，让其处在一个操作起来相对舒适的高度，然后旋转按钮把电子水泡的位置调至居中，再打开全站仪的水平补偿功能，全站仪会自动进行调整，直至达到水平状态。在测出温度和压力等数值后，最后对系统做参数补偿。
5.2辅助测量的工作人员需要把球棱镜放在测量工装的顶部，把工装底部放进孔里面，再从每组法兰上取2个相对平行的180°的孔，作为测量的标准点，然后旋转全站仪。在测量孔的坐标时，要以球棱镜作为合作的目标，记录完测量结果之后，再用相应的软件对测量数据进行分析和计算，反复检查比对测量坐标系和设计坐标系之间的数值，经过计算之后，得出测量坐标和设计坐标两者间的差值，然后进行调整，当差值大于2mm时，根据差值再一次调整法兰的位置。
5.3法兰位置调整完毕后，再测量孔位坐标，测量完毕后，与设计坐标做比较。以上工作的步骤需要不断地重复多次，直到坐标的差值小于2mm为止。一般情况下，通过几次的测量调整，差值在1.88mm，已经可以满足设计的要求了。
6工业测量技术中平面度的复测
在不断的调整位置的过程中，法兰与混凝土基础不可能完全静止，而是会出于一种相对运动的状态，在这种状态下，它们的高度会受到影响，进而随之出现改变，最后会影响法兰的平面度。为了达到高精准的技术要求，因此必须要进行反复多次的测量，也就是对12组法兰的48个点全部进行复测。最终的测量结果如果高度差不大于0.85mm，那么基本可以达到设计的要求了。
结束语
在大尺寸的工业测量技术中，通常都会伴随着高精度的定位调整，要想快捷并且精确地达到预期的设计目的，离不开各种先进科学的工业测量仪器。正所谓“失之毫厘，差之千里”，在大尺寸，高精度定位工装中，除了专业的仪器设备，更关键的是耐心，细心以及精益求精的工作态度。
参考文献：
[1]宋金龙.工业测量技术在大尺寸、高精度定位工装中的应用[J].新技术新工艺，2012，（8）：105-106.
论文作者:李勇
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/8
标签：测量论文; 水准仪论文; 法兰论文; 读数论文; 工装论文; 位置论文; 高度论文; 《基层建设》2016年7期论文;