专利名称：钢索塔节段端面机加工找正及定位方法
技术领域：
本发明涉及一种对钢索塔节段端面机加工找正及定位的方法，属钢索塔节段制造领域。
背景技术：
在国外桥梁钢索塔节段制造领域，节段加工找正传统的方法是以机床为基准调整好经纬仪，用经纬仪和水准仪同时监控节段轴线，调整节段空间姿态，直至节段轴线与机床的位置关系达到要求，为了可靠，调整到位后还需用机床复核端面加工线。传统方法由于找正基准(已划出的节段轴线及端面加工线)本身存在划线误差，测量过程也比较繁多，不仅效率低，而且精度低，无法满足机加工找正及定位的需要。
发明内容
设计目的避免背景技术中的不足之处，设计一种既能快速、方便对钢索塔节段面机加工找正、定位，而且找正、精度高的钢索塔节段端面机加工找正及定位方法。
设计方案为了实现上述设计目的。在方案设计上钢索塔桥节段端面机加工找正有三种情况，一是端面粗加工找正，二是第一个端面精加工找正，三是第2个端面精加工找正，三种情况的具体方法如下1、端面粗加工找正用数控液压定位系统对节段进行控力支撑，同时以节段端面机加工线为基准，调整节段空间姿态使其定位于正确的机加工位置。2、第1个端面精加工找正，具体方法按如下①将均温后待加工节段运至机床加工位置，并对钢索塔节段进行控力支撑。②用三维跟踪测量仪对机床及节段壁板上的3个激光站标进行测量(图1)，对测量数据进行处理，确定出工件与机床准确的位置关系，同时也计算出工件位置的调整参数。用激光站标进行找正不存在划线误差，测量精度也很高。③用数控液压调整装置依据步骤②中的计算结果调整工件的姿态，并重复步骤②，直至节段第1个端面与机床加工平面的夹角达到要求。由于调整过程为计算机控制，所以效率和精度很高。④锁定定位装置，以保证节段空间姿态和位置的稳定性。2、第2个端面精加工找正，具体方法按如下①先将节段运至机床加工位置，使第2个端面面向机床，并用数控液压支撑定位系统对工件进行控力支撑。②用三维跟踪测量仪对机床上的3个特征点进行测量，建立机床坐标系(如图2)。③用三维跟踪测量仪在机床坐标系中对已完成机加工的第一个端面进行空间测量，用计算机程序对测量结果进行处理，将处理结果和精度管理所确定的修正值进行对比，确定出工件姿态应调整的角度α角和β角，然后用数控液压支撑定位系统先将工件绕x轴旋转α角，再绕y轴旋转β角，使已机加工的下端面法向向量与机床坐标系yz面平行、与xy面达到设计所要求的角值。④用三维跟踪测量仪复核端面1在机床坐标系中的位置，完成端面2的机加工测量定位作业。其技术方案钢索塔节段端面机加工找正及定位方法，(一)端面粗加工找正用数控液压定位系统对节段进行控力支撑，同时以节段端面机加工线为基准，调整节段空间姿态使其定位于正确的机加工位置；(二)第1个端面精加工找正1、将均温后待加工节段运至机床加工位置，并对钢索塔节段进行控力支撑；2、用三维跟踪测量仪对机床及节段壁板上的3个激光站标进行测量，对测量数据进行处理，确定出工件与机床准确的位置关系，同时也计算出工件位置的调整参数；3、用数控液压调整装置依据步骤2中的计算结果调整工件的姿态，并重复步骤2，直至节段第1个端面与机床加工平面的夹角达到要求；4、锁定定位装置，以保证节段空间姿态和位置的稳定性；(三)第2个端面精加工找正1、先将节段运至机床加工位置，使第2个端面面向机床，并用数控液压支撑定位系统对工件进行控力支撑；2、用三维跟踪测量仪对机床上的3个特征点进行测量，建立机床坐标系；3、用三维跟踪测量仪在机床坐标系中对已完成机加工的第一个端面进行空间测量，用计算机程序对测量结果进行处理，将处理结果和精度管理所确定的修正值进行对比，确定出工件姿态应调整的角度α角和β角，然后用数控液压支撑定位系统先将工件绕x轴旋转α角，再绕y轴旋转β角，使已机加工的下端面法向向量与机床坐标系yz面平行、与xy面达到设计所要求的角值；4、用三维跟踪测量仪复核端面1在机床坐标系中的位置，完成端面2的机加工测量定位作业。
本发明与背景技术相比，一是找正、定位精度高，有效地满足机加工找正及定位的需要；二是操作简便，效率高。
图1是用三维跟踪测量仪测量确定工件与机床的准确位置关系示意图。
图2是用三维跟踪测量仪对机床上的3个特征点进行测量示意图。
图3是钢索塔节段工件状态的控制示意图。
图4是节段端面轮廓上的特征点及壁板上的3个激光站标示意图。
图5是理论数据模型与实测数据模型拟合示意图。
图6是划节段轴线和端面机加工线示意图。
图7是节段桥位安装测量标志点设置示意图。
具体实施例方式实施例1参照附图1和2。钢索塔节段端面机加工找正及定位方法，(一)端面粗加工找正用数控液压定位系统对节段进行控力支撑，也就是说，对支撑钢索塔节段支撑点力有一定的要求和控制，同时以节段端面机加工线为基准，调整节段空间姿态使其定位于正确的机加工位置；(二)第1个端面精加工找正1、将均温后待加工节段运至机床加工位置，并对钢索塔节段进行控力支撑；2、用三维跟踪测量仪对机床及节段壁板上的3个激光站标进行测量，用测量数据处理程序(MATLAB)对测量数据进行处理，确定出工件与机床准确的位置关系，同时也计算出工件位置的调整参数；3、用数控液压调整装置依据步骤2中的计算结果调整工件的姿态，并重复步骤2，直至节段第1个端面与机床加工平面的夹角达到要求，也就是说，节段在平放支撑状态下和立放状态下两端面夹角一致-------钢索塔节段在平放支撑状下，两端面所产生的微变形与钢索塔节段立放支撑状态下，两端面所产生的微变形夹角一致。方法是用有限元分析方法找出支撑钢索塔节段支撑点的位置，确保钢索塔节段在平放支撑状态下和立放支撑状态下，其端面夹角的一致性；4、锁定定位装置，以保证节段空间姿态和位置的稳定性；(三)第2个端面精加工找正1、先将节段运至机床加工位置，使第2个端面面向机床，并用数控液压支撑定位系统对工件进行控力支撑；2、用三维跟踪测量仪对机床上的3个特征点进行测量，建立机床坐标系；3、用三维跟踪测量仪在机床坐标系中对已完成机加工的第一个端面进行空间测量，用计算机程序(用测量数据处理程序MATLAB)对测量结果进行处理，将处理结果和精度管理所确定的修正值进行对比，确定出工件姿态应调整的角度α角和β角，然后用数控液压支撑定位系统先将工件绕x轴旋转α角，再绕y轴旋转β角，使已机加工的下端面法向向量与机床坐标系yz面平行、与xy面达到设计所要求的角值；4、用三维跟踪测量仪复核端面1在机床坐标系中的位置，完成端面2的机加工测量定位作业。
钢索塔节段空间测量方法，参照附图3～7。(一)工件状态控制①支撑反力要求|N1-N2|N1+N2≤0.05,]]>式中，N1和N2表示支撑反力，N1-N2表示支撑反力差，N1+N2表示支撑反力和，|N3-N4|N3+N4≤0.05]]>式中，N3和N4表示支撑反力，N3-N4表示支撑反力差，N3+N4表示支撑反力和；②支撑点位置要求节段在平放支撑状态下和立放状态下两端面夹角一致，也就是说，钢索塔节段在平放支撑状下，两端面所产生的微变形与钢索塔节段立放支撑状态下，两端面所产生的微变形夹角一致。方法是用有限元分析方法找出支撑钢索塔节段支撑点的位置，确保钢索塔节段在平放支撑状态下和立放支撑状态下，其端面夹角的一致性；③工件温度和作业环境温度要求a、测量过程工件壁板与腹板温差不超过2℃，也就是说，钢索塔节段四周的壁板与位于钢索塔节段腔内的腹板温差在加工时不能超过2℃；b、测量过程作业环境温度变化不超过2℃，也就是说，钢索塔节段在测量的过程中，其环境温度变化不能超过所设定温度的±1℃。
(二)节段端面机加工前空间测量和划线①空间测量用三维激光跟踪测量仪对节段端面轮廓上的特征点及壁板上的3个激光站标进行空问测量，也就是说，在钢索塔节段端面轮廓上均匀布有3个或多个点、在钢索塔节段的壁板上先3个或多个激光站标(3个激光站标可以建立一个坐标系)，然后用三维激光跟踪测量仪对节段端面轮廓测量完成后的数据在计算机中用测量数据构造节段的三维数据模型表示实测数据模型；②轴线的计算在计算机中利用节段端面角点的理论数据构造理论节段的三维数据模型表示理论数据模型，用测量数据处理程序(MATLAB)在同一坐标系中将理论节段数据模型表示理论数据模型与实际节段数据模型表示实测数据模型进行最小二乘法意义上的拟合，X、Y、z，θx，θy、θz表示实际模型与理论模型空间位置、姿态、差异变量，其数学模型f(x,y,z,θx,θy,θz)=Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2),]]>求解Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz，使其满足f(Δx,Δy,Δz,Δθx,Δθy,Δθz)=min(Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2)),]]>则，Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz表示对实际模型与理论模型进行最佳拟合时，实际模型需要调整的空间位置姿态参数。
式中x，y，z，θx，θy，θz为表示实测数据模型在坐标系中的位置姿态变量，当表示实测数据模型与表示理论数据模型的位置关系满足以上条件时，用表示理论数据模型的基准面代表表示实测数据模型的基准面；dx表示测点到横桥向基准面的距离；dy表示测点到顺桥向基准面的距离；dz表示测点到理论端面的距离；；③划节段轴线和端面机加工线在节段理论模型表示理论数据模型与实际模型表示实测数据模型最小二乘法最佳拟合状态下，求出理论节段模型表示理论数据模型横桥和顺桥向轴心面与实际塔段数据模型表示实测数据模型的交线，根据计算结果用划线工装在工件壁板表面划出端面机加工线及节段轴线(基准面与壁板的交线)，这些线在端面粗加工时作找正基准用；④计算第一个端面精机加工找正参数在节段理论模型表示理论数据模型与实际节段数据模型表示实测数据模型最小二乘最佳拟合状态下，求出壁板上3个激光站标坐标值与理论节段横桥顺桥向轴心面及端面的空间关系(参数)，用三个激光站标的空间位置来代替工件(钢索塔节段)的空间位置，第一个端面精加工时只要调整好三个激光站标与机床的位置关系，也就调整好了工件与机床的位置关系需要理解到的是上述实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明只是对本发明的简单说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种钢索塔节段端面机加工找正及定位方法，其特征是(一)端面粗加工找正用数控液压定位系统对节段进行控力支撑，同时以节段端面机加工线为基准，调整节段空间姿态使其定位于正确的机加工位置；(二)第1个端面精加工找正1、将均温后待加工节段运至机床加工位置，并对钢索塔节段进行控力支撑；2、用三维跟踪测量仪对机床及节段壁板上的3个激光站标进行测量，对测量数据进行处理，确定出工件与机床准确的位置关系，同时也计算出工件位置的调整参数；3、用数控液压调整装置依据步骤2中的计算结果调整工件的姿态，并重复步骤2，直至节段第1个端面与机床加工平面的夹角达到要求；4、锁定定位装置，以保证节段空间姿态和位置的稳定性；(三)第2个端面精加工找正1、先将节段运至机床加工位置，使第2个端面面向机床，并用数控液压支撑定位系统对工件进行控力支撑；2、用三维跟踪测量仪对机床上的3个特征点进行测量，建立机床坐标系；3、用三维跟踪测量仪在机床坐标系中对已完成机加工的第一个端面进行空间测量，用计算机程序对测量结果进行处理，将处理结果和精度管理所确定的修正值进行对比，确定出工件姿态应调整的角度α角和β角，然后用数控液压支撑定位系统先将工件绕x轴旋转α角，再绕y轴旋转β角，使已机加工的下端面法向向量与机床坐标系yz面平行、与xy面达到设计所要求的角值；4、用三维跟踪测量仪复核端面1在机床坐标系中的位置，完成端面2的机加工测量定位作业。
全文摘要
本发明涉及一种对钢索塔节段端面机加工找正及定位的方法，端面粗加工找正用数控液压定位系统对节段进行控力支撑，以节段端面机加工线为基准，调整节段使其定位于机加工位置；第1个端面精加工找正将待加工节段运至机床加工位置；用三维跟踪测量仪对机床及节段壁板上的3个激光站标进行测量，确定出工件与机床准确的位置关系；用数控液压调整装置调整工件达到要求；锁定定位装置，保证节段位置的稳定性；第2个端面精加工找正将节段运至机床加工位置；用三维跟踪测量仪进行测量，建立机床坐标系；用三维跟踪测量仪对已完成机加工的第一个端面进行空间测量、处理；用三维跟踪测量仪复核端面1在机床坐标系中的位置，完成端面2的机加工测量定位作业。
文档编号B23Q3/18GK1868668SQ200610087608
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月13日 优先权日2006年6月13日
发明者李毅, 吉敏廷, 张忠虎, 姚小元, 钱叶祥 申请人:中铁宝桥股份有限公司