一种用于快速准确测量中空管道中心坐标的装置及方法与流程

本发明涉及测量技术领域，尤其是一种用于快速准确测量中空管道中心坐标的装置及方法。

背景技术：

在工程测量领域尤其时金属结构安装及预埋件安装测量领域，经常需要埋设或安装大量的空心管道，主要有水平方向和垂直方向两类，有引水导流管、电缆管、压力管道，在水电站大坝上经常需要预埋一些监测设施保护管，如正、倒垂保护管、侧斜管、激光准直保护管等。这些中空管道半径不一，但大部分都采用圆形截面，也有少量采用矩形或正方形截面，材质主要有金属管道和pvc管道，由于是分段安装埋设，最终要保证有效孔径满足工程需要，因此对测量放样及验收的精度要求都非常高，相关施工测量规范对重要管道的安装精度尤其是管口中心位置设计偏差有明确要求，如水电站的引水管道始装节安装测量及验收限差为±5mm、其他部位±（10～20）mm。大坝监测设施中的正、倒垂保护管和侧斜管的倾斜限差为1/2000，日常验收测量按±10mm限差进行控制。

管道验收重点是测量圆形管口中心位置设计偏差，由于圆形管道管口空心，无法直接进行测量，以往常规测量都是采用间接测量方法，即用全站仪配合小棱镜测量管道口周边的测点，通过计算器编辑程序求得，较为常见的方法有三点求圆心法、四点求平均值法、多点拟合圆心测量方法、靠尺（或测绳）中分估测法。这些方法的弊端就是标准不统一，精度不高，而且测点的位置较难把握、选择也很随机，每次测量的结果与真实值误差较大，造成测量成果的一致性精度不高。这些方法效率不高，需要投入的人力资源较多。而国家重点工程的施工测量是一套非常精密而系统的工作，首先是施工放样、然后过程检测、阶段验收，最后是竣工验收。过程检测和验收同时有施工方、监理工程师及业主委托的第三方测量机构参与，各方测量结果常常因为没有一套统一方法和标准造成离散值偏大，经常出现重复测量、返工、窝工等现象。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于快速准确测量中空管道中心坐标的装置及方法，测量步骤简单、测量点少、测量效率高、确保了测量精度，提高了精度保证系数。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种快速测量中空管道中心三维坐标的装置,包括全站仪及安装在管道上的辅助塞头，所述辅助塞头包括端板，端板与管道贴合时边缘重合；所述端板上至少一面设置有十字标线、自贴式反射片。

所述端板内侧还连接有套塞，套塞进入管道时，套塞外壁与管道内壁贴合。

该装置采用pvc材质或铝合金材质。

所述端板上开有至少两个通孔。

所述端板内外端面均设置十字标线、自贴式反射片。

一种快速测量中空管道中心三维坐标的方法，包括以下步骤：

步骤一：将加工好的辅助塞头进行检测，各项制造公差满足要求方可投入使用，采用标准件进行验证测量后才能投入现场测量。

步骤二：将辅助塞头的内端套塞套入待测管道的端口内，确贴合紧密，保证两者的同心度就保证了测量精度。

步骤三：将全站仪在适宜的位置设站，后视检查合格后采用极坐标法进行直接测量，精确瞄准端板上的自贴式反射片中心，快速得到待测管道口的中心三维坐标，并与设计值进行比较，即可及时向施工单位反馈偏差值。

步骤三中，当全站仪与辅助塞头上的反射片不通视时，可采用棱镜及对中杆的模式对准反射片中心，通过测量棱镜的三维坐标和棱镜的高计算出反射片的三维坐标。

步骤二中，如果待测管道口因为误差大原因无法套入辅助塞头，将套塞朝外，让端板正面与待测管道端口贴合且让端板的外边缘与待测管道外边缘对齐，并对端板固定；全站仪照准端板内面中心的反射片后进行精确测量。

本发明一种用于快速准确测量中空管道中心坐标的装置及方法，具有以下技术效果：

1）、常规方法需要通过测量管道口周边的测点，再采用圆心算法得到圆心的三维坐标，由于方法不统一，精度难以保证。重复测量一致性精度不稳定，导致结果可信度不高，且效率低下，费时费工。本申请在三峡工程、向家坝、溪洛渡、乌东德等特大型水利枢纽工程中得以应用，采用高精度的测绘仪器可以保证测量精度优于±5mm。

2）、该装置制作成本低、操作便捷，可固定使用或回收重复利用。

3）、该方法变间接测量为直接测量，测量精度和测量效率显著提高。适用于高数量、高频度、高精度的中空管道口中心位置偏差值测量及检测验收。可以及时准确地为中空管道安装及验收过程提供精确的设计偏移值，方便在施工中进行及时纠偏，能够有效规避因施工偏差超限而导致返工或重大质量事故的风险。

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为本发明的工作示意图。

图2为本发明中辅助塞头的左视图。

图3为本发明中辅助塞头的主视图（第一种）。

图4为本发明中辅助塞头的主视图（第二种）。

图5为本发明中辅助塞头塞入到待测管道内的状态示意图。

图中：全站仪1，辅助塞头2，端板3，管道4，十字标线5，自贴式反射片6，套塞7，通孔8。

具体实施方式

如图1所示，一种快速测量中空管道中心三维坐标的装置，包括全站仪1及安装在管道4上的辅助塞头2。

由于管道4有圆管和异型管之分，因此这里的辅助塞头2也分为圆形截面辅助塞头和异形截面辅助塞头。

所述圆形截面辅助塞头外观类似法兰螺帽，圆形截面辅助塞头2最外端为圆形的端板3，端板3外径与待测管道的外径一致，在端板3内端固定有套塞7，套塞7为中空圆柱体结构。套塞7的外径与待测管道内径一致，这样可直接塞入到待测管道内，并确保圆形截面辅助塞头2的圆心与待测管道口的圆心一致。

整个装置优先采用pvc材质，如果对精度要求非常高，也可采用高强航空铝合金材质。

所述端板3的厚度一般设计为5mm，套塞7的长度在20mm～50mm之间。套塞7的壁厚5mm～10mm。为了便于将该装置快速套入待测管道口，精确加工时要求加工方将内端套塞7的设计直径减少1mm。

加工辅助塞头2时要求在端板3内外两面上用激光刻划标志出十字直径标线，尤其要在内外两面圆心位置刻划50~100mm大小的十字标线5，标线的刻划精度为0.1mm。根据十字标线5在在内外两面（正反面）圆心位置粘贴全站仪专用自贴式反射片6，严格保证全站仪专用反射片的照准中心即为端板3圆心，也即待测管道圆心。

另外，在端板3上开有两个通孔8，方便安装与拆卸辅助塞头2。

异形截面辅助塞头与圆形截面辅助塞头的制作原理类似，主要外观形体上的区别。异形截面辅助塞头的端板3、套塞7与待测管道口的截面形状一致。其中心标志线依据设计图纸和监理工程师及业主的要求。在内外两面刻划十字中心标志线后粘贴全站仪专用自贴式反射片。在该装置法兰盘面板上同样开两个保险孔，方便安装与拆卸。

一种快速测量中空管道中心三维坐标的方法，包括以下步骤：

步骤一：将加工好的辅助塞头2进行检测，各项制造公差满足要求方可投入使用，采用标准件进行验证测量后才能投入现场测量。

步骤二：将辅助塞头2的内端套塞7套入待测管道4的端口内，确贴合紧密，保证两者的同心度就保证了测量精度。

步骤三：将全站仪1在适宜的位置设站，后视检查合格后采用极坐标法进行直接测量，精确瞄准端板3上的自贴式反射片6中心，快速得到待测管道口的中心三维坐标，并与设计值进行比较，即可及时向施工单位反馈偏差值。

常规间接测量方法则费工费时，需要有专人辅助司镜与配合，有些危险的部位需要爬高上低，遇到数量较多的管道需要验收则效率非常低，且不能保证精度。

步骤三中，当全站仪与辅助塞头2上的反射片不通视时，可采用棱镜及对中杆的模式对准反射片中心，通过测量棱镜的三维坐标和棱镜的高计算出反射片的三维坐标。

步骤二中，如果待测管道口因为误差大原因无法套入辅助塞头2，将套塞7朝外，让端板3正面与待测管道端口贴合且让端板3的外边缘与待测管道外边缘对齐，并对端板3固定；全站仪照准端板3内面中心的反射片后进行精确测量。

该辅助测量装置还可以测量待测管道口的相对垂直度和平面度，如管道口外径较大，施工有时需要知晓管道口在垂直面和平行面是否有偏差，这时可将法兰盘表面刻划的直径十字标线水平或铅垂对齐，在十字标线的四个边缘端点进行标点，采用全站仪免棱镜模式或粘贴反射片的模式进行精确测量，通过水平线和垂直线的两组进行比对，可计算出待测管道口垂直度和平面度偏差。