一种基于CMM光笔的钢桥面板单元矫正偏差测量方法与流程

一种基于cmm光笔的钢桥面板单元矫正偏差测量方法
技术领域
1.本发明涉及钢结构检测领域。更具体地说，本发明涉及一种基于cmm光笔的钢桥面板单元矫正偏差测量方法。


背景技术：

2.焊缝连接是目前桥梁钢结构的主要连接方式之一，具有强度高、构造简单、外型美观等显著优势，被广泛应用钢结构桥梁各个连接部位。然而，在实际工程应用时，由于一些钢结构制造单位对焊接工艺不够重视，且焊接水平参差不齐，导致钢结构在焊接后常存在较大的焊接变形，严重影响钢结构工件的稳定性和安装精度。钢桥面板单元作为桥梁钢结构中的重要受力构件，对焊接变形的控制有着极高的要求，焊接变形发生后需要对钢桥面板单元进行矫正，在矫正完毕后需及时偏差测量以保证焊接质量。
3.目前工程上常采用原始的人工方式测量钢桥面板单元的矫正偏差，即采用拉线或卷尺的形式进行人工测量，该方法费时费力，效率较低，且精度较差，目前亟需一种更高效、更精确的偏差测量方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于cmm光笔的钢桥面板单元矫正偏差测量方法，测量结果准确，本发明提出的钢桥面板单元矫正偏差测量方法的基本原理基于cmm光笔设备，测量设备精度高，具有较高的可靠性。
5.本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种基于cmm光笔的钢桥面板单元矫正偏差测量方法，钢桥面板单元包括若干u肋、若干横隔板以及一个顶板，包括以下步骤：
6.步骤一、板单元参数统计编号：待测钢桥面板单元焊接完毕后，统计钢桥面板单元的u肋和横隔板的数量；
7.步骤二、纵向测点测区编排：包括纵截面的确定、纵向测点的确定、纵向测区的确定、纵向测点测区匹配等步骤；
8.步骤三、横向测点测区编排：包括横截面的确定、横向测点的确定、横向测区的确定、横向测点测区匹配等步骤；
9.步骤四、测量准备：将cmm光笔配套的专用标靶放置在待测钢桥面板单元旁边，确保cmm光笔在测量所有纵向测点和横向测点时都能扫描到专用标靶，将cmm光笔进行校准并以专用标靶的其中一点作为坐标原点；
10.步骤五、三维坐标测量：采用cmm光笔测量所有纵向测点和横向测点的三维坐标并记录坐标数据，并将三维坐标按测区分组进行记录，每个测区内a端点、b端点、中点的三维坐标分别记为(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xm,ym,zm)。
11.步骤六、顶板平面法向量计算：在所有测区的a端点和b端点中任取3个不共线测点，3个测点之间距离应尽可能远，3个测点的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)，用3点坐标计算出顶板平面法向量为
12.步骤七、直线度计算：通过所有纵向测区和横向测区内的3个点的三维坐标计算该测区的直线度δ；
13.步骤八、合格判定：对各测区的矫正偏差是否合格进行判定，若δ≤δ
l
，则判定该测区矫正偏差合格；若δ》δ
l
，则判定该测区矫正偏差不合格，δ
l
为直线度限值。
14.本步骤中，所述直线度限值δ
l
可通过《公路钢结构桥梁制造和安装施工规范要求》(jtg/t 3651-2022)和《铁路钢桥制造规范》(q/cr 9211-2015)等技术标准进行确定。
15.优选的是，所述步骤二中，
16.所述纵截面的确定是将每2条u肋之间的中心平面作为纵向截面并对纵向截面进行编号；
17.所述纵向测点的确定是在每个纵向截面与顶板上表面形成的交线中，将各横隔板处以及每2个横隔板间中心点认定为纵向测点；
18.所述纵向测区的确定是在每个纵向截面与顶板上表面形成的交线中，将每2个横隔板之间的区间认定为1个纵向测区，并对纵向测区进行编号；
19.所述纵向测点测区匹配是将每个纵向测区范围内的3个纵向测点编为一组与该纵向测区匹配，每个纵向测区的3个纵向测点包括a端点、b端点和中点。
20.优选的是，所述步骤三中，
21.所述横截面的确定是将每相邻2块横隔板之间的中心平面作为横向截面并对横向截面进行编号；
22.所述横向测点的确定是在每个横向截面中，将各u肋-顶板交点处以及各相邻2个u肋-顶板交点的连线中点认定为横向测点；
23.所述横向测区的确定是在每个横向截面与顶板上表面形成的交线中，将每相邻2个u肋-顶板交点之间的区间认定为1个横向测区，并对横向测区进行编号；
24.所述横向测点测区匹配是将每个横向测区范围内的3个横向测点编为一组与该横向测区匹配，每个横向测区的3个横向测点包括a端点、b端点和中点。
25.优选的是，所述步骤六中，顶板平面法向量为具体计算公式为：
26.a＝(y
2-y1)(z
3-z1)-(y
3-y1)(z
2-z1)
27.b＝(z
2-z1)(x
3-x1)-(z
3-z1)(x
2-x1)
28.c＝(x
2-x1)(y
3-y1)-(x
3-x1)(y
2-y1)。
[0029][0030]
优选的是，所述步骤七中，测区直线度δ的计算公式为：
[0031][0032]
本发明至少包括以下有益效果：
[0033]
1、测量结果准确，本发明提出的钢桥面板单元矫正偏差测量方法的基本原理基于cmm光笔设备，测量设备精度高，具有较高的可靠性。
[0034]
2、测量效率高，本发明提出的钢桥面板单元矫正偏差测量方法仅需对钢桥面板单元上的一些特征点进行三坐标测量即可快速计算并判定矫正偏差是否合格，大幅缩短测量时间。
[0035]
3、操作简便，本发明提出的钢桥面板单元矫正偏差测量方法准备工作较少，设备操作简单，检测人员可快速上手，学习成本低。
[0036]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0037]
图1是本发明的方法总体流程框图；
[0038]
图2是本发明所述钢桥面板单元构造示意图；
[0039]
图3是本发明所述纵向测点测区编排流程框图；
[0040]
图4是本发明所述纵截面和横截面划分俯视示意图；
[0041]
图5本发明所述纵向测区位置示意图；
[0042]
图6本发明所述单个测区各测点位置关系图；
[0043]
图7本发明所述横向测点测区编排流程框图；
[0044]
图8本发明所述横向测区位置示意图；
[0045]
图9本发明所述测量场景示意图；
[0046]
图10本发明所述顶板平面法向量计算时选取的不共线测点位置示意图。
[0047]
1-钢桥面板单元，2-u肋，3-横隔板，4-cmm光笔，5-专用标靶。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图对本发明进行详细、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
[0049]
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0050]
以下结合附图及实施对本发明作进一步的详细说明，其具体实施过程如下：
[0051]
本发明提供如图1所示的一种基于cmm光笔的钢桥面板单元矫正偏差测量方法，包括以下步骤：
[0052]
步骤一、板单元参数统计编号：如图2所示，待测钢桥面板单元1焊接完毕后，统计钢桥面板单元的u肋2和横隔板3的数量；
[0053]
本实施例中，所测量钢桥面板单元共包含4个u肋、3个横隔板以及一个顶板。在其他实施例中钢桥面板单元不限于4个u肋、3个横隔板，可以根据实际工况进行调整。
[0054]
步骤二、纵向测点测区编排：如图3所示，包括纵截面的确定、纵向测点的确定、纵向测区的确定、纵向测点测区匹配等步骤；
[0055]
本步骤中，所述纵截面的确定是将每2条u肋之间的中心平面作为纵向截面并对纵向截面进行编号；
[0056]
本实施例中，如图4所示，纵截面共有3个，编号分别为l1、l2、l3；
[0057]
本步骤中，所述纵向测点的确定是在每个纵向截面与顶板上表面形成的交线中，
将各横隔板处以及每2个横隔板间中心点认定为纵向测点；
[0058]
本实施例中，共有纵向测点15个；
[0059]
本步骤中，所述纵向测区的确定是在每个纵向截面与顶板上表面形成的交线中，将每2个横隔板之间的区间认定为1个纵向测区，并对纵向测区进行编号；
[0060]
本实施例中，如图5所示，每个纵向截面有纵向测区2个，共有纵向测区6个，编号分别为l1-1、l1-2、l2-1、l2-2、l3-1、l3-2；
[0061]
本步骤中，如图6所示，所述纵向测点测区匹配是将每个纵向测区范围内的3个纵向测点编为一组与该纵向测区匹配，每个纵向测区的3个纵向测点包括a端点、b端点、中点。
[0062]
步骤三、横向测点测区编排：如图7所示，包括横截面的确定、横向测点的确定、横向测区的确定、横向测点测区匹配等步骤；
[0063]
本步骤中，所述横截面的确定是将每相邻2块横隔板之间的中心平面作为横向截面并对横向截面进行编号；
[0064]
本实施例中，如图4所示，横截面共有2个，编号分别为t1、t2；
[0065]
本步骤中，本步骤中，所述横向测点的确定是在每个横向截面中，将各u肋-顶板交点处以及各相邻2个u肋-顶板交点的连线中点认定为横向测点；
[0066]
本步骤中，共有横向测点30个。
[0067]
本实施例中，如图8所示，每个横向截面有横向测区7个，共有横向测区14个，编号分别为t1-1、t1-2、t1-3、t1-4、t1-5、t1-6、t1-7、t2-1、t2-2、t2-3、t2-4、t2-5、t2-6、t2-7。
[0068]
本步骤中，如图6所示，所述横向测点测区匹配是将每个横向测区范围内的3个横向测点编为一组与该横向测区匹配，每个横向测区的3个横向测点包括a端点、b端点、中点。
[0069]
步骤四、测量准备：如图9所示，将cmm光笔4配套的专用标靶5放置在待测钢桥面板单元1旁边，确保cmm光笔4在测量所有纵向测点和横向测点时都能扫描到专用标靶5，将cmm光笔4进行校准并以专用标靶5上某点作为坐标原点；
[0070]
本实施例中，cmm光笔的测量单位为mm，测量精度为0.01mm。
[0071]
步骤五、三维坐标测量：如图9所示，采用cmm光笔4测量所有纵向测点和横向测点的三维坐标并记录坐标数据，并将三维坐标按测区分组进行记录，如图6所示，每个测区内a端点、b端点、中点的三维坐标分别记为(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xm,ym,zm)，三维坐标测量数据记录见表1。
[0072]
表1三维坐标测量数据记录
[0073][0074]
步骤六、顶板平面法向量计算：在所有测区的a端点和b端点中任取3个不共线测点，3个测点之间距离应尽可能远，3个测点的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)，用3点坐标计算出顶板平面法向量为具体计算公式为：
[0075]
a＝(y
2-y1)(z
3-z1)-(y
3-y1)(z
2-z1)
[0076]
b＝(z
2-z1)(x
3-x1)-(z
3-z1)(x
2-x1)
[0077]
c＝(x
2-x1)(y
3-y1)-(x
3-x1)(y
2-y1)
[0078]
本实施例中，如图10所示，选取的3个不共线测点为测区l3-1的a端点、测区l3-2的b端点、测区t1-1的a端点，坐标分别为(3395.54,3966.02,155.50)、(2977.11,-4018.15,-123.69)、(4938.67,1883.62,85.71)，计算出顶板平面法向量为123.69)、(4938.67,1883.62,85.71)，计算出顶板平面法向量为
[0079][0080]
步骤七、直线度计算：通过所有纵向测区和横向测区内的3个点的三维坐标计算该测区的直线度。测区直线度δ的计算公式为：
[0081][0082]
本实施例中，各测区直线度计算结果见表2。
[0083]
表2直线度计算结果
[0084]
测区编号直线度δ测区编号直线度δ
l1-14.86t1-50.65l1-23.05t1-61.00l2-12.00t1-70.41l2-25.26t2-11.41l3-10.44t2-21.46l3-23.42t2-30.72t1-10.39t2-41.25t1-20.76t2-50.37t1-30.22t2-61.07t1-41.43t2-70.23
[0085]
步骤八、合格判定：对各测区的矫正偏差是否合格进行判定，若δ≤δ
l
，则判定该测区矫正偏差合格；若δ》δ
l
，则判定该测区矫正偏差不合格，δ
l
为直线度限值；
[0086]
本实施例中，所述直线度限值δ
l
通过《铁路钢桥制造规范》(q/cr 9211-2015)进行确定，对于所有纵向测区，δ
l
＝4.00mm；对于所有横向测区，δ
l
＝1.20mm。经过判定得到各测区矫正偏差合格情况见表3。
[0087]
表3矫正偏差合格情况表
[0088]
测区编号是否合格测区编号是否合格l1-1不合格t1-5合格l1-2合格t1-6合格l2-1合格t1-7合格l2-2不合格t2-1不合格l3-1合格t2-2不合格l3-2合格t2-3合格t1-1合格t2-4不合格t1-2合格t2-5合格t1-3合格t2-6合格t1-4不合格t2-7合格
[0089]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。