基于精密工業攝影測量技術的設備檢修

孫中勝 陳亮

摘 要 工業生產過程中，設備的位置直接影響到產品質量。鋼廠檢修任務中，利用精密工業攝影測量技術對張力輥軸線進行檢測并指導調整，達到檢修的目的，為同類型應用提供參考。

關鍵詞 精密工業攝影測量 張力輥檢測 平行 垂直

0引言

工業生產作業過程中，機器設備的安裝位置及相互關系，對生產出來的產品質量起到至關重要的作用，故需要定期進行生產機器的位置檢測。常用的方法為使用全站儀或者激光跟蹤儀，由于全站儀的精度不夠高、激光跟蹤儀價格太貴等原因，研究使用基于攝影測量原理的方法，進行工業設備的安裝檢測。

1基本原理

精密工業攝影測量系統采用高分辨率攝影測量專用相機，在不同位置和方向獲取被測工件兩幅或多幅數字圖像，經圖像預處理、標志識別與定位，圖像匹配、空間三角交會及光束法平差后得到待測點的三維坐標，依據點的三維坐標對工件進行幾何尺寸檢測、變形測量、逆向工程分析等。

數學模型是基于攝影時物點、鏡頭中心、像點三點位于同一直線上，由此建立的方程稱之為共線條件方程或構像方程。經過相機標定、定向之后，攝影像片的內、外方位元素，以及鏡頭畸變等參數為已知，像點坐標p（x、y）由相機CCD測定，利用共線條件方程通過最小二乘平差解算求得物方點三維坐標。

單相機工業攝影測量系統用于大型工業產品、生產設備、試驗設施等對象的空間幾何尺寸檢測，具有精度高、非接觸、速度快、自動化、超便攜等特點。系統主要由高分辨率攝影測量相機、長度基準尺、回光攝影標志和系統軟件組成。

2應用案例

本次研究對象為檢修狀態某車間張力輥軸線的檢測，兩個張力輥軸線相對位置不平行，會導致生產出來的鋼板質量不合格。現場地面有兩個基準點，理論上，兩張力輥軸線應與兩基準點連線垂直，且兩張力輥軸線在水平面上處于平行關系。

為了引入水平和垂直的參考基準，使用全站儀與工業攝影測量相結合的方式，主要包括四大步驟為：（1）將全站儀與SMN軟件聯機，采集1#、2#基準點;（2）測量軋輥平臺上的基座上的攝影測量靶標;在被測軋輥平臺上粘貼攝影標志點，在軋輥上粘貼多個攝影單點，使用單相機測量系統在其四周進行多角度拍照測量;（3）拍攝完成后把照片導入MPS工業攝影測量軟件中進行計算，得到軋輥上單點的及其測量工裝的空間三維坐標值，將全站儀測的平臺上的基準點數據與攝影測得基準點數據進行空間轉換，即把攝影測量數據轉換到全站儀坐標系下。在MPS工業攝影測量軟件中將攝影單點數據擬合成圓，添加圓心，并在圓心法線上添加一點A，連接圓心與添加點A即擬合成軋輥軸線。將1#、2#基準點投影在全站儀坐標系XOY平面上，投影點連線構成基準線;（4）在MPS工業攝影測量軟件查詢軋輥中軸線與1#、2#投影點連線構成的基準線的夾角;查詢軋輥中軸線與全站儀坐標系XOY面的夾角。

作業現場，先進行張力輥現狀的檢測，然后按照檢測結果進行位置調整，調整完之后再檢測，不斷反復，直至檢測獲得滿意的結果。輥軸線長度 2m，假定張力輥1的前后兩個截面中心點為A1，A2，張力輥2的前后兩個截面中心點為B1，B2。

初次檢測，張力輥1初始狀態測量結果為：水平方向上，軸線在水平面上的投影線與基準線垂線夾角為0.0136埃珹1、A2在水平上的偏差值為0.47mm;垂直方向上，軸線與水平面夾角為 0.0135？A1、A2 點高度偏差為-0.47mm。張力輥2初始狀態測量結果為：水平方向上，軸線在水平面上的投影線與基準線垂線夾角為0.0041?，B1、B2在水平上的偏差值為-0.14mm;垂直方向上，軸線與水平面夾角為 0.0043？B1、B2 點高度偏差為-0.15mm 。

工人按照以上檢測的初始結果，擰動螺栓，調整張力輥位置。重復以上檢測步驟，獲得第一次調整后的檢測結果。張力輥1測量結果為：水平方向上，軸線在水平面上的投影線與基準線垂線夾角為0.0103埃珹1、A2在水平上的偏差值為+0.36mm;垂直方向上， 軸線與水平面夾角為 0.0120？A1、A2 點高度偏差為-0.42mm 。張力輥2測量結果為：水平方向上，軸線在水平面上的投影線與基準線垂線夾角為0.0051?，B1、B2在水平上的偏差值為-0.18mm;垂直方向上， 軸線與水平面夾角為 0.0061？B1、B2 點高度偏差為-0.21mm 。

工人按照以上檢測的第二次結果，擰動螺栓，調整張力輥位置。重復以上檢測步驟，獲得第二次調整后的檢測結果。張力輥1測量結果為：水平方向上，軸線在水平面上的投影線與基準線垂線夾角為0.0015埃珹1、A2在水平上的偏差值為-0.05mm ;垂直方向上，軸線與水平面夾角為0.0112？，A1、A2 點高度偏差為-0.39mm 。張力輥2測量結果為：水平方向上，軸線在水平面上的投影線與基準線垂線夾角為0.006?，B1、B2在水平上的偏差值為-0.21mm ;垂直方向上， 軸線與水平面夾角為 0.0042？B1、B2 點高度偏差為-0.15mm 。

至此，完成張力輥的檢測調整工作。后期張力輥運作，生產出來的鋼板質量確有改善，表明此次基于精密攝影測量的檢修工作有效。

3結論

精密工業攝影測量的方法，應用到鋼廠張力輥的檢修工作，通過多次的檢測結果及該結果引導的設備位置調整，可有效完成檢修工作，提高生產效率。通過此次試驗，為同類型的軸線檢測檢修工作，提供了基本思路。

參考文獻

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[2] 馮其強，黃桂平，李廣云.基于多片前方交會的工業攝影測量自動匹配[J].中國圖象圖形學報，2019，14（06）：1194-1198.