管片鋼模激光測量技術的應用

文宇宏

摘要：隨著我國當下隧道建設技術的不斷提高以及建筑工藝的不斷進步，對管片鋼模測量精度的要求也隨之提高。從傳統的人工測量方式到當下的數字化測量方式，測量的準確性以及精度相較以前都有質的飛躍。本文將對管片鋼模激光測量技術的應用進行探討，從管片鋼模的結構出發，分析激光測量技術，并對其應用展開討論。

關鍵詞：管片鋼模;激光測量技術;精度;誤差

前言：

在當下的建筑工藝中，對于管片的精度要求是十分嚴格的。像混凝土管片在整體拼裝之后，對于其相鄰管片的間隔也有著十分嚴格的要求。這種要求是毫米級別甚至更低，而想要達到這種精度，除了在安裝時需要嚴謹認真，管片鋼模的制作工藝至關重要，其成功與否將直接決定最終工程是否順利。而想要制作成功，管片鋼模的測量技術必不可少。

一、管片鋼模的結構與測量方法

1.1管片鋼模

管片鋼模作為制作混凝土襯砌段的模具，它的精確度將直接決定所制作的鋼筋混凝土襯砌段的精度，而這也將決定施工的質量問題，所以對于管片鋼模的制作十分重要[1]。鋼模的構成可以分為三個部分：端模、側模以及下模，對其腔寬長的公差要求要在零點五毫米范圍之內。同時，對于腔弧長的要求公差要在零點七毫米范圍之內，只有滿足這個要求，高精度的管片鋼模才算合格。

1.2測量方法

對于鋼模尺寸精度的測量大體上可以分為兩種方法：傳統的機械測量鋼模精度方法以及現代的光學電子手段測量鋼模精度方法，這二者在工具和精度上都有所差別：

傳統的機械測量鋼模精度方法使用相對傳統的物理測控工具，它主要是通過人工對各個數據的測量和記錄，然后經過計算獲得整體的計算精度誤差。測量工具主要有游標深度尺、千分尺等等。在使用大量程的內徑千分尺的時候，為了減少測量誤差，測量臂不會很長，一般將長度設置在一米以內。這就限制了所測量的模具范圍，同時，因為傳統的內徑千分尺重量和體積都相對較大，這也意味著在人工測量時有所不便，在測量過程中十分消耗人力物力，這對測量效率以及測量精度的準確性都有極大的影響。如果再加上對成本的要求，這無疑會造成高投入低回報。也正因為如此，現代光學技術測量管片鋼模應運而生。

因為工程的需要，所以運用現代光學技術進行鋼模測量在當下占據重要地位。而在光學測量技術中，通過激光跟蹤測量系統進行管片鋼模的測量最為普遍[2]。與傳統的機械測量鋼模精度相比，現代光學技術測量擁有精度更高、效率更高的優點。它憑借著更小的操作設備，能夠實時跟蹤測量，對于大尺寸工件測量有著極大的優勢，也正因如此，對于管片鋼模測量采用激光測量技術十分必要。

二、激光跟蹤測量系統

2.1激光跟蹤測量儀

激光跟蹤測量儀是激光跟蹤測量系統的重要組成部分，它的本質是一臺可移動的光學三維坐標測量設備，他所能實現的測量誤差能夠達到每米五至十微米，而且相較于其他激光測量設備，它不需要頻繁的進行校準，這也意味著它的測量效率很高，因為它的激光管與跟蹤頭的距離相對較遠，能夠減少設備的意外情況，使其始終能夠高效穩定地工作。憑借其內置的定位傳感器，它的測量速度是十分迅速的，裝載有自動光速鎖定功能，它達到每分鐘180點的高速測量。而且相較于傳統的機械測量設備，它可以實現自動化操作，這免除了人工重復操作的煩惱，減少發生測量失誤的可能，從而節省人力物力的同時，提高了測量的準確性。

2.2激光跟蹤測量系統的原理

想要明白激光跟蹤測量系統的原理，首先要清楚激光跟蹤測量系統的基本組成，其主要由激光跟蹤儀、控制器、PC端、反射器（靶鏡）以及其他相關設備構成。它的工作原理是借助光學反射原理，在所要測量工件位置設置一個反射器，激光跟蹤儀的跟蹤頭會對向反射器發射激光，反射器接收到激光并將光束返回跟蹤頭。當反射器（測量目標點）不斷移動時，跟蹤頭會不斷調整光束方向，從而能夠確保反射回的激光束被捕捉并且檢測到，通過這一模式，在PC端能夠將測量數據進行計算并且記錄，將最終測量結果直觀地展示出來，通過這一過程，不只能夠提高測量的準確性，同時測量效率也大大提高。

三、管片鋼模激光測量技術的應用

通過激光跟蹤測量儀中裝備的角度編碼器，能夠實現對水平和垂直角度的測量，從而在角度方面獲得更加準確的數據;同樣，在測距儀的幫助下能夠實現對距離的精準把控，這對于管片鋼模這種相對大型的測量器件而言十分方便。因為其對體積相對較小，操作靈活，所以在不同領域都有重要的實施價值。在大型機械制造業中，比如管片模具制造，通過激光跟蹤測量系統，能夠快速比對實際模具的偏差。同時，通過激光測量技術，能夠快速將模具模型數據化，而獲得的數據不只可以用來比對模具誤差情況，同時可以為后期其它處理提供測量的數據支持。

同時，管片鋼模激光測量技術在逆向工程中也發揮十分關鍵的作用。對于一些圖紙不完整的模具，或者想要從已有模具的基礎上構建圖紙進行批量生產，那通過CAD進行圖紙設計是十分必要的，而這就需要各個部位的精準數據。如果采用傳統人工測量方式，測量工作無疑是十分艱巨的，而且一旦出現測量失誤，所制作圖紙也會存在問題，而利用管片鋼模激光測量技術中的激光跟蹤測量系統，能夠很快獲取準確數據，從而在CAD技術支持下完成圖紙的完善或者進行逆向工程，最終加工出準確的模具。

再者，通過管片鋼模激光測量技術中的激光跟蹤測量系統能夠實現汽車工業領域的三維模型搭建。借助激光跟蹤儀能夠實現對汽車整體的不同部位測量，進而獲得不同部位的點云數據，再經過系統的拼接以及3D建模技術，就能獲得高精度的汽車3D模型。

結語：

通過將傳統測量方式與現代光學測量方式相對比能夠明顯發現：無論是在人力物力方面還是測量的準確度方面后者都具有相當大的優勢，通過激光跟隨測量系統不只能夠校驗模具誤差，同時對于逆向工程的數據獲取，以及在后期對圖紙的修改都發揮著重要作用。

參考文獻：

[1] 潘偉捷. 管片鋼模激光測量技術的應用[J]. 城市道橋與防洪， 2022（01）：225-227+26.

[2] 季軍， 萬洋. 隧道管片鋼模寬度的數字化檢測方法[J]. 中國公路， 2018（20）：142-144.