管片鋼模激光測量技術(shù)的應(yīng)用

文宇宏

摘要：隨著我國當(dāng)下隧道建設(shè)技術(shù)的不斷提高以及建筑工藝的不斷進(jìn)步，對管片鋼模測量精度的要求也隨之提高。從傳統(tǒng)的人工測量方式到當(dāng)下的數(shù)字化測量方式，測量的準(zhǔn)確性以及精度相較以前都有質(zhì)的飛躍。本文將對管片鋼模激光測量技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討，從管片鋼模的結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析激光測量技術(shù)，并對其應(yīng)用展開討論。

關(guān)鍵詞：管片鋼模;激光測量技術(shù);精度;誤差

前言：

在當(dāng)下的建筑工藝中，對于管片的精度要求是十分嚴(yán)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(yán)格的要求。這種要求是毫米級別甚至更低，而想要達(dá)到這種精度，除了在安裝時需要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，管片鋼模的制作工藝至關(guān)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(shù)必不可少。

一、管片鋼模的結(jié)構(gòu)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(zhì)量問題，所以對于管片鋼模的制作十分重要[1]。鋼模的構(gòu)成可以分為三個部分：端模、側(cè)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(nèi)。同時，對于腔弧長的要求公差要在零點七毫米范圍之內(nèi)，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(tǒng)的機械測量鋼模精度方法以及現(xiàn)代的光學(xué)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(tǒng)的機械測量鋼模精度方法使用相對傳統(tǒng)的物理測控工具，它主要是通過人工對各個數(shù)據(jù)的測量和記錄，然后經(jīng)過計算獲得整體的計算精度誤差。測量工具主要有游標(biāo)深度尺、千分尺等等。在使用大量程的內(nèi)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(shè)置在一米以內(nèi)。這就限制了所測量的模具范圍，同時，因為傳統(tǒng)的內(nèi)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(zhǔn)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(xiàn)代光學(xué)技術(shù)測量管片鋼模應(yīng)運而生。

因為工程的需要，所以運用現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)進(jìn)行鋼模測量在當(dāng)下占據(jù)重要地位。而在光學(xué)測量技術(shù)中，通過激光跟蹤測量系統(tǒng)進(jìn)行管片鋼模的測量最為普遍[2]。與傳統(tǒng)的機械測量鋼模精度相比，現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)測量擁有精度更高、效率更高的優(yōu)點。它憑借著更小的操作設(shè)備，能夠?qū)崟r跟蹤測量，對于大尺寸工件測量有著極大的優(yōu)勢，也正因如此，對于管片鋼模測量采用激光測量技術(shù)十分必要。

二、激光跟蹤測量系統(tǒng)

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(tǒng)的重要組成部分，它的本質(zhì)是一臺可移動的光學(xué)三維坐標(biāo)測量設(shè)備，他所能實現(xiàn)的測量誤差能夠達(dá)到每米五至十微米，而且相較于其他激光測量設(shè)備，它不需要頻繁的進(jìn)行校準(zhǔn)，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(yuǎn)，能夠減少設(shè)備的意外情況，使其始終能夠高效穩(wěn)定地工作。憑借其內(nèi)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(dá)到每分鐘180點的高速測量。而且相較于傳統(tǒng)的機械測量設(shè)備，它可以實現(xiàn)自動化操作，這免除了人工重復(fù)操作的煩惱，減少發(fā)生測量失誤的可能，從而節(jié)省人力物力的同時，提高了測量的準(zhǔn)確性。

2.2激光跟蹤測量系統(tǒng)的原理

想要明白激光跟蹤測量系統(tǒng)的原理，首先要清楚激光跟蹤測量系統(tǒng)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(guān)設(shè)備構(gòu)成。它的工作原理是借助光學(xué)反射原理，在所要測量工件位置設(shè)置一個反射器，激光跟蹤儀的跟蹤頭會對向反射器發(fā)射激光，反射器接收到激光并將光束返回跟蹤頭。當(dāng)反射器（測量目標(biāo)點）不斷移動時，跟蹤頭會不斷調(diào)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?qū)y量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算并且記錄，將最終測量結(jié)果直觀地展示出來，通過這一過程，不只能夠提高測量的準(zhǔn)確性，同時測量效率也大大提高。

三、管片鋼模激光測量技術(shù)的應(yīng)用

通過激光跟蹤測量儀中裝備的角度編碼器，能夠?qū)崿F(xiàn)對水平和垂直角度的測量，從而在角度方面獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù);同樣，在測距儀的幫助下能夠?qū)崿F(xiàn)對距離的精準(zhǔn)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(lǐng)域都有重要的實施價值。在大型機械制造業(yè)中，比如管片模具制造，通過激光跟蹤測量系統(tǒng)，能夠快速比對實際模具的偏差。同時，通過激光測量技術(shù)，能夠快速將模具模型數(shù)據(jù)化，而獲得的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)支持。

同時，管片鋼模激光測量技術(shù)在逆向工程中也發(fā)揮十分關(guān)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(chǔ)上構(gòu)建圖紙進(jìn)行批量生產(chǎn)，那通過CAD進(jìn)行圖紙設(shè)計是十分必要的，而這就需要各個部位的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。如果采用傳統(tǒng)人工測量方式，測量工作無疑是十分艱巨的，而且一旦出現(xiàn)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(shù)中的激光跟蹤測量系統(tǒng)，能夠很快獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，從而在CAD技術(shù)支持下完成圖紙的完善或者進(jìn)行逆向工程，最終加工出準(zhǔn)確的模具。

再者，通過管片鋼模激光測量技術(shù)中的激光跟蹤測量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車工業(yè)領(lǐng)域的三維模型搭建。借助激光跟蹤儀能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車整體的不同部位測量，進(jìn)而獲得不同部位的點云數(shù)據(jù)，再經(jīng)過系統(tǒng)的拼接以及3D建模技術(shù)，就能獲得高精度的汽車3D模型。

結(jié)語：

通過將傳統(tǒng)測量方式與現(xiàn)代光學(xué)測量方式相對比能夠明顯發(fā)現(xiàn)：無論是在人力物力方面還是測量的準(zhǔn)確度方面后者都具有相當(dāng)大的優(yōu)勢，通過激光跟隨測量系統(tǒng)不只能夠校驗?zāi)＞哒`差，同時對于逆向工程的數(shù)據(jù)獲取，以及在后期對圖紙的修改都發(fā)揮著重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 潘偉捷. 管片鋼模激光測量技術(shù)的應(yīng)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(shù)字化檢測方法[J]. 中國公路， 2018（20）：142-144.