一种测量大型圆柱体圆度的方法与流程

本发明涉及圆柱体圆度的测量方法，尤其涉及一种高精度、快速测量超大型圆柱体圆度的方法。

背景技术：

大型水轮发电机转子外径、定子内环等圆形构件直径一般为10m～20m。这些构件的圆度精度要求高，装配过程中需要测量其圆度。对于这些构件的圆度检测，目前通常使用测圆架、位移百分表、重锤线等设备及工器具，采用电测法联合测量完成。由于容易受到人为因素的影响，这种测量方法的精度及可靠性都不高，而且其测量过程耗时较长，对机组安装工期影响较大。随着绝对激光测距技术引入，激光跟综仪有效测程的增加，因此研发了在空间狭小、测量基准点隐蔽难以测量的情况下，用激光跟踪仪快速测量大型圆柱体圆度的方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种测量大型圆柱体圆度的方法，引进了绝对激光跟踪仪，能够在狭小空间、基准点难以测量的条件下，测量超大型圆柱体如水轮发电机转子、定子等圆度，并提高测量精度及可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种测量大型圆柱体圆度的方法，它包括以下步骤：

第一步：测定圆柱体中心轴线位置，建立以圆柱体中心轴线为轴的坐标系，采用基准转化法在圆柱体上标定圆柱体中心线基准标志点的坐标；

第二步：设置圆柱体圆度测量控制点并进行测量；

第三步：建立圆柱体圆度测量局域网，测量确定圆柱体圆度。

所述第一步中具体操作过程为在圆柱中心体上、下两端设置圆柱体中心基准标志点（a、b、c....和a1、b1、c1....），其位置及数量应能保证在圆柱体竖立状态下，在其圆周外合适距离（根据现场作业空间确定）的各方向上设测量站均能同时观测到圆柱中心体上、下两端各至少3个基准标志点；

在圆柱体周围架设测量站，使用激光跟踪仪测量圆柱体导轴承圆周、圆柱体联轴平面、圆柱体中心基准标志点以及圆柱中心体的方位点（例如：+X方向点）；

测量站绕圆柱体依次布设，直到圆柱体导轴承整圆周及所有圆柱体中心基准标志点观测完成，同时，应保证相邻测站之间至少有3个公共基准标志点；

观测完成后，首先分别对圆柱体导轴承的测量点进行圆柱拟合，得到圆柱体中心轴线，然后对圆柱体连轴平面测量点进行平面拟合，再以圆柱体中心轴线Z轴为轴，以Z轴与圆柱体连轴平面的交点为原点O，以原点到方向点为平面坐标轴（例如：X方向轴线）建立圆柱体安装测量坐标系XOZ，从而确定所有圆柱体中心基准标志点在该坐标系下的坐标值。

所述第二步中具体操作过程为在圆柱体组装完安装前，在圆柱体外周设置多个圆柱体圆度测量控制点，其位置及数量应保证激光跟踪仪在任意相邻测量站上均能观测到至少3个公共测量控制点，在圆柱体1周围依次架设激光跟踪仪，观测所有圆柱体中心基准标志点和圆柱体圆度测量控制点，然后利用圆柱体中心基准标志点，将所有圆柱体圆度测量控制点统一到安装测量坐标系XOZ中。

所述第三步中具体操作过程为，安装圆柱体时，根据实际工作需要，在相应位置设置测量站，架设激光跟踪仪，确保通过该测量站能观测到该圆柱体圆度所有圆柱体圆度测量控制点及圆柱体中心基准标志点，并将该测量站坐标值设置为以圆柱体中心轴为轴的坐标系XOZ的坐标值，再通过该测量站测量圆柱体上对应的圆柱体圆度测量控制点，即可直接得到检测该圆柱体圆度测量控制点的半径、方位角及高程。各高程面上的全圆周圆柱体圆度测量控制点观测完成后，通过比较各点坐标即可得到圆柱体1的圆度、偏心值等数据，本步骤可以与步骤2同时进行。

本发明有如下有益效果：

采用绝对激光跟踪仪测量，通过基准转换法，实现了对圆柱体中心轴线的标定；在施工测量控制网的支持下，激光跟踪仪的测量值可直接反映被测点位相对于安装基准的位置关系，通过建立以圆柱体中心轴为轴的测量控制网，实现了对圆柱构件圆度检测点的快速高精度的测量，并快速计算输出圆柱体圆度、偏心值等数据，其测量精度为微米级超过了传统测量方法的精度，大致为0.05～0.10mm。

本发明的创新点：

1、首次引进激光跟踪仪代替利用测圆架、百分表、电测距等测量工具对大型机组安装的测量，实现了机组安装测量的自动化、信息化。

2、用绝对激光测距技术，采用“基准转换法”标定不易测量的圆柱体中心轴线；

3、通过建立以圆柱体中心轴为轴坐标系的测量控制网，实现在圆柱体周围任意位置设测量站，能快速检测圆柱体任意点位的圆度、偏心值等参数。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1 水轮发电机转子圆柱体测量剖面示意图。

图2 水轮发电机转子圆柱体测量平面图示意图。

图中：1圆柱体；2圆柱体导轴承；3圆柱体连轴平面；4圆柱中心体；5圆柱体中心基准标志点；6圆柱体圆度测量控制点；7测量站。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图1-2所示：

第一步：可在圆柱体1安装前组装时，测定圆柱体1中心轴线位置，建立以圆柱中心轴线为轴的坐标系，采用基准转化法，标定圆柱体1中心线基准标志点5的坐标。

大型圆柱体一般由多个圆形构件组成，如有导轴承、中心体、轴连接、外部结构等。圆柱体中心轴线是圆柱体装配的基准，也是圆柱体圆度测量的基准，其中心位置一般由圆柱导轴承确定。确定圆柱体中心线是本技术方案的前提，可在圆柱体安装前组装过程中，通过对圆柱体导轴承的圆周测量，采用圆柱拟合方法计算圆柱体中心轴线，并将其位置通过设置在圆柱中心体上的一组基准标志点固定下来，建立以圆柱体中心轴线为竖直轴的施工测量坐标系，实现圆柱体安装测量基准的转换。

在圆柱中心体4上下两端设置圆柱体中心基准标志点5（a、b、c....和a1、b1、c1....），其位置及数量应能保证在圆柱体1竖立状态下，在其圆周外合适距离（根据现场作业空间确定）的各方向上设测量站7均能同时观测到圆柱中心体4上下两端各至少3个基准标志点5。在圆柱体1周围架设测量站7，使用激光跟踪仪测量圆柱体导轴承2圆周、圆柱体联轴平面3、圆柱体中心基准标志点5以及圆柱中心体4的方位点（例如：+X方向点）。测量站7绕圆柱体1依次布设，直到圆柱体导轴承2整圆周及所有圆柱体中心基准标志点5观测完成，同时，应保证相邻测站之间至少有3个公共基准标志点。观测完成后，首先分别对圆柱体导轴承2的测量点进行圆柱拟合，得到圆柱体中心轴线，然后对圆柱体连轴平面3测量点进行平面拟合，再以圆柱体中心轴线Z轴为轴，以Z轴与圆柱体连轴平面3的交点为原点O，以原点到方向点为平面坐标轴（例如：X方向轴线）建立圆柱体1安装测量坐标系XOZ，从而确定所有圆柱体中心基准标志点5在该坐标系下的坐标值。

2.设置圆柱体圆度测量控制点6并进行测量

在圆柱体1组装完安装前，在圆柱体外周设置圆柱体圆度测量控制点6（A1……An，B1……Bn，C1……Cn），其位置及数量应保证激光跟踪仪在任意相邻测量站上均能观测到至少3个公共测量点，在圆柱体1周围依次架设激光跟踪仪，观测所有圆柱体中心基准标志点5和圆柱体圆度测量控制点6，然后利用圆柱体中心基准标志点5，将所有圆柱体圆度测量控制点6统一到安装测量坐标系XOZ中。

3.建立圆柱体圆度测量局域网，测量确定圆柱体圆度

安装圆柱体1时，根据实际工作需要，在相应位置设置测量站7，架设激光跟踪仪，确保通过该测量站能观测到该圆柱体圆度所有圆柱体圆度测量控制点6及圆柱体中心所有圆柱体中心基准标志点5，并将该测量站7坐标值设置为以圆柱体中心轴为轴的坐标系XOZ的坐标值，再通过该测量站7测量圆柱体1上对应的圆柱体圆度测量控制点6，即可直接得到检测该圆柱体圆度控制点6的半径、方位角及高程。各高程面上的全圆周圆柱体圆度测量控制点6观测完成后，通过比较各点坐标即可得到圆柱体1的圆度、偏心值等数据，本步骤可以与步骤2条同时进行。

本发明已在江西洪屏电站机组安装测量中成功应用，实现了采用激光跟踪仪对水轮机发电机转子精确、快速测量安装，其测量精度为±（7.5μm+3μm/m），超过了传统测量方法的精度（大致为0.05～0.10mm）。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。