激光跟蹤儀在檢測連鑄機安裝精度中的應用

沈祥開 向 陽

（中冶連鑄技術工程有限責任公司項目管理部 湖北武漢 430073）

1 概述

隨著冶金工藝技術及冶金設備的精度的不斷提高，對冶金設備的安裝精度也提出了更高的要求，尤其在連鑄工藝階段，連鑄機安裝的精密程度，不僅關乎到漏鋼事故安全，還關系到設備的最佳運行及出坯質量。目前，連鑄機的安裝普遍采用傳統的方式進行設備的安裝精度測量—傳統光學儀器標定中心線及基準點，通過吊鋼線、拉卷尺、千分尺、水準儀進行安裝測量。

近年來，出現了運用全站儀取代傳統方式進行設備安裝精度的測量，該方法測量效率高、精度高、且儀器在場地空間可靈活地架設。但此方法需要采集大量數據并進行人工分析，測量時還需專用的工裝器具進行過渡，整個測量過程需多個工作日完成，雖然較傳統方式有較大的改善，但在效率、精度、測量報告的可靠程度等方面仍存在多項不如人意之處，需要進一步改進完善。便攜式三坐標測量機—激光跟蹤儀正好在這些方面較好地解決了這些不足，但在連鑄機安裝專業技術領域的應用尚無報道。為了提升連鑄機的安裝質量，結合連鑄機的安裝精度要求，筆者嘗試運用激光跟蹤儀對連鑄機的安裝精度進行檢測。

由θ的先驗分布可知顯然關于{Wt，t≥0}是鞅，關于{Bt，t≥0}。且在T有界時，依據等距[14]可知是平方可積鞅，有同理，是平方可積鞅，且由文獻[15]及大數定律可得

2 典型連鑄機的安裝精度要求及目前檢測方法的現狀

2.1 典型連鑄機的安裝精度要求

如圖1所示，為典型大方坯／異型坯的安裝精度檢測部位圖。檢測部位包括，液壓振動安裝標高面，扇形段各安裝軸軸心。

標高精度要求≤±0.5mm；中心線精度最高要求≤±0.5 mm；水平度精度最高要求≤0.1mm／1000mm［1］。

將光靶反射球直接穩定接觸連鑄機被測部位即可進行檢測，但連鑄機安裝永久基準點（“樣沖”點）的檢測無法用光靶反射球進行直接檢測，這是因為一方面1.5英寸的反射球、甚至0.5英寸的反射球均無法準確定位到小于0.5 mm的“樣沖”點上，另一方面手持反射球因人為的微量抖動更無法精準地檢測到基準點。所以，如何找到精確的方法檢測到這些基準點，成為激光跟蹤儀測量系統發揮其優勢的首要瓶頸。

2.2 目前檢測方法的現狀

利用一種激光跟蹤儀檢測基準點的工裝基座，可解決有效檢測永久基準點（“樣沖”點）的難題，該工裝基座填補了激光跟蹤儀有效精確檢測基準點（“樣沖”點）的技術空白，目前筆者已同時申請了發明專利（專利號：201310636713.2）和實用新型專利（專利號：201320783541.7）。

圖1 典型大方坯／異型坯的安裝精度檢測部位

首先建立三維空間坐標系：檢測外弧基準線的兩基準點、鑄流中心線偏移線的基準點、標高基準點，使用激光跟蹤儀本身的電子水平儀建立大地水平面，并以此水平面及標高基準點建立xy平面，其中檢測的外弧基準線為x軸，外弧基準線與鑄流中心線的交點為坐標系原點，過坐標系原點且垂直于xy平面的軸線即為z軸，過坐標系原點且垂直于x軸的軸線即為y軸。這樣建立的三維空間坐標系與設計圖紙的坐標系一致，便于后續評價及數據分析。坐標系建立及實測圖示如圖4所示。

激光跟蹤儀能在-10℃至＋40℃的溫度范圍內工作，測量直徑可達320m，測量精度為7.5μm＋3μm／m，即在直徑為30m的測量范圍內，測量精度在0.055mm以內。激光跟蹤儀從技術指標上完全可以滿足需求。

3 激光跟蹤儀的檢測原理及方法和精度

3.1 檢測原理

災害的發生是由致災因子的危險性、孕災環境的敏感性和承災體的易損性決定的［9］。其中，致災因子和孕災環境的存在是客觀的、自然的，而承災體不同，人為因素會起到一定的作用。具體到雷電災害，致災因子是雷電本身，孕災環境是地形、地貌及土壤等，承災體是人員和物體。

光靶反射球按外徑尺寸來分，有0.5英寸、0.75英寸、1.5英寸及3.5英寸等幾種，其中直徑1.5英寸的空心球應用最為廣泛［4］，1.5英寸反射球如圖3所示。

圖2 Leica AT401激光跟蹤儀

圖31.5英寸光靶反射球

3.2 檢測方法

他們即將結婚。我們還聽說艾米麗小姐去過首飾店，訂購了一套銀質男人盥洗用具，每件上面刻著‘荷·伯’。兩天之后人家又告訴我們她買了全套男人服裝，包括睡衣在內，因此我們說：“他們已經結婚了。”[1]281-282

傳統檢測方法：以主軸線上之中心線點使用懸掛垂球線加千分尺或鋼板尺進行檢測，此方法會產生諸多誤差，如架線板投點、標注、架線板震動、掛線偏差、垂點偏差、量計誤差等等，要想達到高精度的安裝標準難度很大［2］。

3.3 檢測精度

在粒子群算法中,由粒子的速度更新式(18)可知,慣性權重ω決定了粒子對當前速度的繼承程度。如果慣性權重ω取值較小,則對當前速度繼承程度較小,粒子的局部搜索能力強,但是容易陷入局部最優;若慣性權重取值較大,則對當前速度繼承程度較大,粒子的全局搜索能力強,但是不利于算法局部的尋優能力。所以對于慣性權重ω的最佳的選取是前期取較大值,保證粒子有較強的全局搜索能力,后期為了能夠利于粒子的精細搜索,慣性權重ω取較小值。為此,改進慣性權重ω為自適應慣性權重,如式(20)所示:

4 運用激光跟蹤儀實際檢測連鑄機的安裝精度

4.1 檢測方案

全站儀極坐標檢測方法：此方法可以在任意一個可觀測到測點的位置對測點直接進行實測，利用極徑和極角（距離、坐標方位角）計算出測點的坐標值，以實測值和設計值進行對照，即可計算出偏差值進行改正或確認［2］。采用全站儀建立極坐標系統快速、操作簡便，克服了經緯儀系統由于場地狹小而設站困難和交會圖形條件差的缺陷，且測量精度均勻［2］。但此方法在效率上仍存在不足。

圖4 坐標系建立及實測圖示

然后根據檢測部位特性，靈活運用不同規格的光靶反射球進行檢測；必要時，因激光跟蹤儀的光路遮擋，可通過轉站實現全方位精密檢測。

激光跟蹤儀通過內制激光干涉器、紅外激光發射器、光靶反射球來測量長度，通過光柵編碼器測量水平和俯仰角度，實現三維大體積現場測量。跟蹤儀本身具有一個機身坐標系，同時，還可以很方便地用多種方法來確定設立坐標系，或根據零件和工裝夾具的定位孔或基準來設立測量坐標系。實現零件及工裝夾具的各個定位平面，定位銷，定位孔等的空間定位。通過軟件進行數據的實時監控和位置調整，針對于測量過程中的一些特征的測量，配置附件輔助實現測量［3］。Leica AT401激光跟蹤儀如圖2所示。

4.2 檢測數據

在專業安裝單位的初次精密安裝后，運用激光跟蹤儀進行檢測，數據顯示大部分實測值與設計要求值的超差基本上均小于1mm，其部分測量數據見表1。經過分析，這些數據的超差范圍正好反映了安裝單位所使用的傳統測量器具（鋼卷尺、吊線墜、普通水準儀）的分辨率和精度誤差。

表1 典型大方坯／異型坯安裝精度測量值

4.3 檢測效率

在液壓振動安裝標高面及定位銷的實際檢測過程中，架設一次儀器，即可將永久基準點、安裝標高面及定位銷檢測完畢。在熟練程度下，對于五流連鑄機總耗時3小時內，就能完成檢測、評價、出具報告的全部工作。在扇形段各安裝軸軸心的實際檢測過程中，架設兩次儀器，即可檢測完畢。在熟練程度下，對于五流連鑄機能在1個工作日內完成檢測、評價、出具報告的全部工作。

而采用較為先進的檢測方法—全站儀極坐標法采用極坐標法須用2天的時間才能完成3臺連鑄機四流的測量任務，并且在檢測過程中設計加工了專用輔助工裝［2］，通過使用專用輔助工裝才能順利完成檢測工作。相比較，運用激光跟蹤儀進行檢測不論在檢測時間上，還是在檢測便捷程度上，都使效率得到了顯著提升。

孤獨，是精神的困境，是曹文軒著力書寫的一種成長感受。每個人的成長都是孤獨的，他人的陪伴總是暫時的，孤獨才是生命的常態，面對生活的磨難，面對成長的挫折，面對一切難以言說的復雜感受，成長中的少年必須自己去面對，自己去體悟，自己去選擇。他人的幫助只能起到鼓勵和引導的作用，整個過程卻只能由少年獨自去完成。當杜小康想家，想得哇哇大哭時，父親只能用大手安撫兒子的頭，給他一個繼續讀書的承諾。他們根本不可能回避孤獨。“這樣反而好了。時間一久，再面對天空中的一片浮云，再面對這浩浩蕩蕩的蘆葦，再面對這一縷炊煙，就不會再忽然地恐慌起來。”就這樣慢慢適應孤獨，直到最后慢慢享受孤獨。

5 結論

綜上對比及分析可以看出，不論從檢測精度還是從檢測效率上，激光跟蹤儀結合專業的測量工裝進行測量完全可滿足連鑄機安裝精度檢測的需求。激光跟蹤儀檢測精度高、檢測速度快，應用激光跟蹤儀進行連鑄機的安裝精度檢測是今后高技術、高質量冶金領域的發展趨勢。

［1］冶金工業部第十一、十三、十七冶金建設公司.YB9244-1992冶金機械設備安裝工程質量檢驗評定標準煉鋼設備.中華人民共和國行業標準.北京：冶金工業出版社，1993.

［2］降曉軍，吳廣成.全站儀極坐標法在連鑄機安裝中的運用［J］.科技情報開發與經濟，2007（30）.

［3］李芳紅，馬文莉.空間測量激光跟蹤儀在煉鋼工藝檢測中的應用［J］.現代制造技術與裝備，2007（5）.

［4］于成浩，柯明，趙振堂.提高激光跟蹤儀測量精度的措施［J］.測繪科學，2007（2）.