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摘要：采用激光跟踪仪与全站仪组成的空间大尺寸三维测量联合作业系统，可实现大型机组产线式设备制造、安装时空间位置关系的高精度检测与调整。本文通过具体应用案例，验证该空间大尺寸三维测量系统满足国家相关技术标准。
关键词：空间，大尺寸，三维，激光跟踪仪
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）05-01-01
1. 前言
随着科学技术和现代工业技术的发展，空间大尺寸三维测量技术在几何量测量领域中占有越来越重要的地位。空间大尺寸三维测量有两方面的含义，一是大尺寸关键零部件空间位置检测，二则检测空间范围超过20m，甚至更为宽阔的检测范围内的空间位置检测。大型机组产线式设备在制造、安装过程中，通过采用空间大尺寸三维测量技术，可以确保大尺寸机械设备及大范围内机组设备关键零部件的空间几何尺寸、形状误差及空间位置关系与质量控制，是保证整套设备质量的关键因素之一。
2. 测试系统构成
上海宝钢工业技术服务有限公司空间精度实验室从美国API引进激光跟踪仪（T3）与莱卡全站仪，构成空间大尺寸三维测量系统，是近几年发展起来的一项新的测量技术。该测量系统结合激光跟踪仪精度高、全站仪测试范围广、便携，对环境条件要求低，实现空间大尺寸的高精度测量，检测范围60m，现场测量不确定度达到了0.02mm/m。是目前国际上大尺寸工程测量的发展方向。
3. 应用领域
激光跟踪仪、全站仪可实现坐标系的建立和转换、几何测量、外形拟合、分析以及图象显示等功能，目前广泛应用于冶金、制造、飞机、轮船等大型机械设备的制造和安裝过程中。其主要应用领域如：
a. 大型冶金机械设备的安装调试。
b. 飞机，汽车、轮船，水轮机等的外形测量。
c. 飞机装配型架及各种设备的安装与检测。
d. 各种大型焊接件的尺寸检测。
e. 卫星天线的检测与安装。
f. 各种大型精密工程的安装测量。
4. 技术应用
以激光跟踪仪与全站仪组成的空间大尺寸三维测量系统在冶金机械设备应用为例，介绍在空间大尺寸测量技术在大型机械设备安装中的实际应用
4.1 轧机牌坊检修、调整的应用
轧机在运行一段时间后（3～5年），轧机牌坊、辊系的空间位置会出现异常偏离，这将导致轧辊所承受的轴向力逐渐增大，致使轧辊异常磨损、甚至造成轧辊轴承烧损、锁紧装置失效等设备事故，使轧制中的带钢产生跑偏、边浪以及断带现象。运用空间大尺寸三维测量系统，对轧机牌坊、机组工作辊、支撑辊、中间辊及机组中心线空间相互位置及运行精度进行检测与调整，可很好地控制这些问题的产生。
国内某冷轧厂酸轧机连轧机组，2#轧机下中间辊频繁发生轴承烧损（5次/月）现象。经检查，该中间辊轴承装配、润滑无异常。
使用空间大尺寸三维测量系统对该中間辊测试后发现，当轧制力为10000kN时，中间辊将承受500kN～700kN的轴向力。这么大的轴向力，只可能是因为设备空间位置精度有问题。对其进行运行精度测试。
测试发现，压下系统斜楔装置操作侧与传动侧高度差2mm；该中间辊窗口对称度（中间辊与工作辊角度）1.03mm/m。根据测试结果，对斜楔装置和中间辊衬板进行了调整，调整后轴向力下降到50～80kN，轴承烧损现象消失。
4.2 连铸设备安装工程应用
某连铸机扇形段（30m×30m×5m）属于典型的大尺寸构件，安装精度要求达到0.05mm/m，传统设备无法完成。使用空间大尺寸三维测量系统进行安装检测，确保设备安装精度达到设计要求。
安装过程中，采用空间大尺寸三维测量技术，连铸机组安装精度达到0.05mm/m，属国内领先水平。机组验收一次成功，顺利运行生产。
4.3 冷轧辊系中应用
国内某钢厂冷连轧机组如图1所示，安装过程中，需要对轧机内及入口、出口的测张辊、板型辊等辊系的空间位置（平行度、水平度）进行检测和调整。机组辊系安装精度为0.005mm/m，辊系长度即检测领域为20-30m。传统的测量方式无法满足20-30m的检测长度，常规的全站仪辊系检测方法，在检测精度上也无法达到要求。
使用空间大尺寸三维测量系统联合作业，由全站仪建立机组中心线，由激光跟踪仪建立工作辊轴心线，建立统一坐标系进行比较，不仅实现了大尺寸空间范围内辊系空间位置检测，检测精度与稳定性也得到保证，确保设备检测精度满足设计要求。
5. 结论
根据《冶金机械设备安装工程施工及验收规范轧钢设备》YB9249-93[2]要求，轧机机内设备的安装精度为0.10mm/m。采用激光跟踪仪与全站仪组成的空间大尺寸三维测量系统联合作业，可实现大型冶金机械机组设备在制造、安装过程中空间位置关系的高精度检测与调整，通过现场检测不确定度测定，测量系统检测不确定度可达到0.05mm/m，满足用户及设计要求。
参考文献：
[1] 吴晓峰，张国雄.现代大尺寸空间测量方法[J].航空制造技术，2006，10：68—7O.
[2] LeicaGeosystemsAG.Axyz LTM Laser Tracker Module.Leica2005 and Training Manual Metrolog XG for Leiea 2005[z].2005.
[3] 张福民，曲兴华，戴建芳等.现场大尺寸测量量值溯源[J].天津大学学报，2008，41（10）：1167～1171
[4] ISO/TS 14253—2：1999.几何产品规范（GPs）—— 工件和测量设备测量的检验.第2部分：GPS测量中不确定度评价指南和在产品检验中测量设备的校正.[S]1999.
[5]张春富，张 军，唐文彦等.激光跟踪仪在大尺寸工件几何参数测量中的应用.工具技术，2002，36（5）：26～28
关键词：空间，大尺寸，三维，激光跟踪仪
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）05-01-01
1. 前言
随着科学技术和现代工业技术的发展，空间大尺寸三维测量技术在几何量测量领域中占有越来越重要的地位。空间大尺寸三维测量有两方面的含义，一是大尺寸关键零部件空间位置检测，二则检测空间范围超过20m，甚至更为宽阔的检测范围内的空间位置检测。大型机组产线式设备在制造、安装过程中，通过采用空间大尺寸三维测量技术，可以确保大尺寸机械设备及大范围内机组设备关键零部件的空间几何尺寸、形状误差及空间位置关系与质量控制，是保证整套设备质量的关键因素之一。
2. 测试系统构成
上海宝钢工业技术服务有限公司空间精度实验室从美国API引进激光跟踪仪（T3）与莱卡全站仪，构成空间大尺寸三维测量系统，是近几年发展起来的一项新的测量技术。该测量系统结合激光跟踪仪精度高、全站仪测试范围广、便携，对环境条件要求低，实现空间大尺寸的高精度测量，检测范围60m，现场测量不确定度达到了0.02mm/m。是目前国际上大尺寸工程测量的发展方向。
3. 应用领域
激光跟踪仪、全站仪可实现坐标系的建立和转换、几何测量、外形拟合、分析以及图象显示等功能，目前广泛应用于冶金、制造、飞机、轮船等大型机械设备的制造和安裝过程中。其主要应用领域如：
a. 大型冶金机械设备的安装调试。
b. 飞机，汽车、轮船，水轮机等的外形测量。
c. 飞机装配型架及各种设备的安装与检测。
d. 各种大型焊接件的尺寸检测。
e. 卫星天线的检测与安装。
f. 各种大型精密工程的安装测量。
4. 技术应用
以激光跟踪仪与全站仪组成的空间大尺寸三维测量系统在冶金机械设备应用为例，介绍在空间大尺寸测量技术在大型机械设备安装中的实际应用
4.1 轧机牌坊检修、调整的应用
轧机在运行一段时间后（3～5年），轧机牌坊、辊系的空间位置会出现异常偏离，这将导致轧辊所承受的轴向力逐渐增大，致使轧辊异常磨损、甚至造成轧辊轴承烧损、锁紧装置失效等设备事故，使轧制中的带钢产生跑偏、边浪以及断带现象。运用空间大尺寸三维测量系统，对轧机牌坊、机组工作辊、支撑辊、中间辊及机组中心线空间相互位置及运行精度进行检测与调整，可很好地控制这些问题的产生。
国内某冷轧厂酸轧机连轧机组，2#轧机下中间辊频繁发生轴承烧损（5次/月）现象。经检查，该中间辊轴承装配、润滑无异常。
使用空间大尺寸三维测量系统对该中間辊测试后发现，当轧制力为10000kN时，中间辊将承受500kN～700kN的轴向力。这么大的轴向力，只可能是因为设备空间位置精度有问题。对其进行运行精度测试。
测试发现，压下系统斜楔装置操作侧与传动侧高度差2mm；该中间辊窗口对称度（中间辊与工作辊角度）1.03mm/m。根据测试结果，对斜楔装置和中间辊衬板进行了调整，调整后轴向力下降到50～80kN，轴承烧损现象消失。
4.2 连铸设备安装工程应用
某连铸机扇形段（30m×30m×5m）属于典型的大尺寸构件，安装精度要求达到0.05mm/m，传统设备无法完成。使用空间大尺寸三维测量系统进行安装检测，确保设备安装精度达到设计要求。
安装过程中，采用空间大尺寸三维测量技术，连铸机组安装精度达到0.05mm/m，属国内领先水平。机组验收一次成功，顺利运行生产。
4.3 冷轧辊系中应用
国内某钢厂冷连轧机组如图1所示，安装过程中，需要对轧机内及入口、出口的测张辊、板型辊等辊系的空间位置（平行度、水平度）进行检测和调整。机组辊系安装精度为0.005mm/m，辊系长度即检测领域为20-30m。传统的测量方式无法满足20-30m的检测长度，常规的全站仪辊系检测方法，在检测精度上也无法达到要求。
使用空间大尺寸三维测量系统联合作业，由全站仪建立机组中心线，由激光跟踪仪建立工作辊轴心线，建立统一坐标系进行比较，不仅实现了大尺寸空间范围内辊系空间位置检测，检测精度与稳定性也得到保证，确保设备检测精度满足设计要求。
5. 结论
根据《冶金机械设备安装工程施工及验收规范轧钢设备》YB9249-93[2]要求，轧机机内设备的安装精度为0.10mm/m。采用激光跟踪仪与全站仪组成的空间大尺寸三维测量系统联合作业，可实现大型冶金机械机组设备在制造、安装过程中空间位置关系的高精度检测与调整，通过现场检测不确定度测定，测量系统检测不确定度可达到0.05mm/m，满足用户及设计要求。
参考文献：
[1] 吴晓峰，张国雄.现代大尺寸空间测量方法[J].航空制造技术，2006，10：68—7O.
[2] LeicaGeosystemsAG.Axyz LTM Laser Tracker Module.Leica2005 and Training Manual Metrolog XG for Leiea 2005[z].2005.
[3] 张福民，曲兴华，戴建芳等.现场大尺寸测量量值溯源[J].天津大学学报，2008，41（10）：1167～1171
[4] ISO/TS 14253—2：1999.几何产品规范（GPs）—— 工件和测量设备测量的检验.第2部分：GPS测量中不确定度评价指南和在产品检验中测量设备的校正.[S]1999.
[5]张春富，张 军，唐文彦等.激光跟踪仪在大尺寸工件几何参数测量中的应用.工具技术，2002，36（5）：26～28