利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网制造技术

本发明专利技术涉及利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网，主要用于降低在生产制造、装配现场长时间测量大尺寸环状物体过程中，因小温度漂移导致的测量误差。本发明专利技术的基准网的基准柱以石英棒为柱体；基准网主体由一个位于环状物体内部的中心基准立柱和数个安装在环状物体外周的边界基准立柱组成。基准立柱顶部和纵向侧边安装有3～4个基准点，边界基准立柱的基准点朝向中心基准立柱的基准点。本发明专利技术能有效解决ITER PF6线圈绕制生产现场以及其他大尺寸装置设备生产装配现场环境因素复杂、长时间测量基准漂移的难题，为生产和装配现场长期测量提供了稳定、可靠的基准，提高了测量的精度。

A benchmark network for measuring large circular objects using laser tracker

The invention relates to a reference network for measuring large ring objects by laser tracker, which is mainly used to reduce measurement errors caused by small temperature drift in the process of long - time measurement of large size ring objects in the production and assembly site. The reference column of the reference network of the present invention is composed of a quartz rod as a column, and the main body of the reference network is composed of a central reference column located inside the annular object and several boundary reference columns installed outside the circumferential object. There are 3~4 datum points installed on the top and longitudinal side of the datum pillar, and the datum points of the boundary datum pillar are located at the datum points of the central pillar. The invention can effectively solve the difficult problem of the complex and long time measuring datum drift in the production and assembly site of the ITER PF6 coil production site and other large size equipment. It provides a stable and reliable reference for the long-term measurement of production and assembly, and improves the accuracy of the measurement.

【技术实现步骤摘要】
利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网
本专利技术涉及一种激光跟踪仪的测量基准网，特别是针对大型物体现场长周期测量过程中温度漂移导致的误差问题，建立以石英棒为机体的基准网进行测量的方法。
技术介绍
在大型机械装备的制造及装配过程中，大型工件的几何尺寸和形位公差的测量是保证整套设备质量的关键因素。大尺寸空间坐标测量是现代大型机械制造业中待解决的关键技术之一，它涉及航空航天、冶金设备、造船工业、汽车制造、港口机械、探矿设备、核电设备以及加速器等领域。激光跟踪仪是一种新型的大范围高精度三维空间坐标的检查设备，测量范围可在几十米，精度可达微米级，在大型面形测量领域得到越来越多的应用。它的工作原理为，在目标点上安置一个测量标靶即靶镜，从跟踪头发出的激光束射到靶镜上，靶镜将激光束反射回跟踪头，返回光束被检测系统接收，然后通过仪器的双轴测角系统及激光测距系统，以一种球坐标的方式确定目标点的空间坐标。目前，全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目“国际热核聚变堆(InternationalThermonuclearExperimentalReactor,ITER)”研究中，即使用激光跟踪仪测量ITER聚变装置中线圈的尺寸。中科院等离子体物理研究所承担了ITER极向场6号线圈(PF6)的绕制任务，其绕制完成后重约400t，直径超过10m。由于PF线圈是为聚变装置提供约束磁场，控制等离子体运动轨迹，其绕制精度要求较高，且PF6磁体线圈由多匝线圈组成，生产绕制过程将持续1～2年，要求生产绕制现场对线圈尺寸进行实时测量。测量采用一台激光跟踪仪和建立测量基准网的方法，然而在长时间的测量过程，采用混凝土墙体或不锈钢主体为机体建立的基准网，受环境因素变化较大，基准会发生漂移，使测量精度下降。中国专利CN102607464A“基于激光跟踪仪的大型面形测量的辅助装置以及测量方法”和CN103143984A“基于激光跟踪仪的机床误差动态补偿方法”分别提供了针对大型面型和数控机床设备测量误差校正的方法。中国专利CN102003935A“一种激光跟踪仪测量中环境补偿的方法”和CN102297702A“激光跟踪仪自校准方法”等技术方案，分别提供了通过改变激光跟踪仪内部构件和外部测量平台的方法进行校准的方法。但是现有技术均不能解决激光跟踪仪长时间使用过程中环境变化产生的基准网飘移的问题。针对ITERPF6线圈绕制生产现场以及其他大尺寸设备生产装配现场环境因素复杂、长时间测量的难题，需要提出一种稳定的测量基准网，为长时间的测量提供可靠和稳定的基准。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网，解决上述大尺寸设备生产制造、装配现场长时间测量过程中，因温度变化导致基准漂移引起激光跟踪仪测量误差偏大的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：采用以石英棒7为柱体的基准立柱，建立以中心基准立柱1和若干边界基准立柱2组成的基准网；中心基准立柱1位于大型环状物体4的中心位置，若干个边界基准立柱安装在以中心基准立柱1为圆心的圆周边界处；相邻基准立柱间距离在4～15m范围内。由于石英石的热膨胀系数非常小，随着环境温度变化，基准点的漂移量小于1μm，能达到测量精准度的要求。上述基准立柱的柱体是石英棒7，柱体外部还包括保护罩筒6、石英棒7、靶标座8、U型卡9、弧型连接块、磁铁。上述保护罩筒6的材料是碳钢，靶标座8、U型卡9、弧型连接块材料均为304不锈钢。上述保护罩筒6以法兰的形式与地面采用地脚螺栓连接。上述保护罩筒留有侧面窗口13和浇筑混泥土窗口11，侧面窗口13和基准点靶座位置一致。上述侧面窗口13要和基准靶标底座8位置一致。上述石英棒7根据被测大型物体的高度，由1～3段石英棒纵向拼接而成，确保石英棒7的高度略微高于被测物体。上述石英棒7上安装有3～4个基准点，每个基准立柱顶端安装一个基准点，称为顶部基准点，剩余2～3个基准点在基准立柱纵向工作高度上均匀分布，称为侧面基准点；顶部基准点，用环氧胶把基准靶标底座直接粘在石英棒顶部，侧面基准点，先把弧型连接块和基准靶标座8焊接在一起，再用环氧胶把弧型连接块粘接在石英棒的柱面上。上述基准点的位置朝向，需要使边界基准立柱2的基准点均朝向中心基准立柱1的基准点。上述基准立柱纵向工作高度，需要根据实际被测量物体的尺寸定，理论上确保基准网中基准点的分布需要包容整个被测对象的外轮廓上述石英棒7被插入地基中，用混泥土浇灌固定，其插入深度和浇灌高度和不小于石英棒总长的1/5；每段石英棒之间用环氧胶粘接，并用U型卡9和螺栓固定。本专利技术设计的利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网在实际测量中的使用步骤如下：步骤一、测量前，采用酒精对每个靶标底座进行擦拭，保持清洁；步骤二、采用激光跟踪仪测量系统及其附件，根据基准网分布空间大小，进行均匀分布五站式测量，保证每个基准点不少于三个站点测量，且每个站点测量距离不超过10m；步骤三、采用SpatialAnalyzer(SA)软件对多站测量的基准点数据进行平差分析，利用SA软件的空间统一计量网络(USMN)功能对测量数据进行处理，保证激光跟踪仪五站测量各基准网点的测量不确定度小于0.08mm，得到一组基准网各基准点数据，并以此组数据为基准网原始理论数据；步骤四、当环境温度发生较大变化时，利用激光跟踪仪同步骤二中方法测量各个基准点，采用SA软件进行数据平差分析时，要结合步骤三中得到的原始理论数据和最新测量数据进行处理，得到一组温度漂移影响较小的基准数据。本专利技术专利提供的基准网，当测量环境温度发生漂移时，石英棒受温度变化影响非常小，基准点位置几乎不会受温度漂移影响，环境温度每变化一度基准点漂移量小于1μm，保证了基准的稳定性和可靠性；同时，基准网的基准立柱均匀分布在测量物体四周，基准点密度分布合理。利用本专利技术的基准数据，在环境温度变化的情况下，可以很好的保证整体、长期测量基准的一致性和可靠性。本专利技术应用于ITERPF6线圈绕制生产现场以及其他大尺寸设备生产装配现场后，能解决环境因素复杂、长时间测量基准漂移的难题，为长时间不间断使用激光跟踪仪测量提供了稳定、可靠的基准，提高了测量的精度，保证了设备产品的质量。附图说明图1是基准网主体、激光跟踪仪和某大型环状物体的相对位置分布示意图。图2是基准立柱示意图，2(a)表示边界基准立柱，2(b)表示中心基准立柱。图3是基准立柱剖面图。中心基准立柱1、边界基准立柱2、激光跟踪仪3、某大型环状产品4、保护罩筒底座5、保护罩筒6、石英棒7、靶标座8、U型夹9、混凝土浇筑段10、混凝土浇筑窗口11、顶部基准靶标座12、侧面窗口13、地基14。具体实施方式如图1所示，用于大尺寸设备生产制造、装配现场测量的一种针对大型环状物体的小温度漂移测量基准网，包括：4个安装在地基中的边界基准立柱2和1个中心基准立柱1组成基准网主体；每个边界基准柱和中心基准柱的距离是8～9m；中心基准立柱1基准点围绕石英棒均匀分布；边界基准立柱2基准点朝向中心分布。如图2所示，基准立柱由保护罩底座5、保护罩筒6、石英棒7、靶标座8、U型卡9、弧型连接块、磁铁等部件组成。基准立柱具体安装方法如图3所示，每个基准立柱采用石英棒7为柱体，石英棒总长度约1.6m，石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网，其特征在于：包含基准立柱组成的基准网主体，所述基准立柱以石英棒为柱体，所述石英棒为所述基准网的参考体；所述基准立柱包括中心基准立柱(1)和若干个边界基准立柱(2)；所述中心基准立柱(1)位于大型环状物体(4)的中心点位置；所述边界基准立柱均匀分布在以中心基准立柱(1)为圆心的圆周边界上。

【技术特征摘要】
1.利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网，其特征在于：包含基准立柱组成的基准网主体，所述基准立柱以石英棒为柱体，所述石英棒为所述基准网的参考体；所述基准立柱包括中心基准立柱(1)和若干个边界基准立柱(2)；所述中心基准立柱(1)位于大型环状物体(4)的中心点位置；所述边界基准立柱均匀分布在以中心基准立柱(1)为圆心的圆周边界上。2.根据权利要求1所述的利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网，其特征是：所述基准立柱的柱体外部还包括保护罩筒(6)、保护罩筒底座(5)、靶标座(8)、U型卡(9)、弧型连接块、磁铁。3.根据权利要求2所述的利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网，其特征是：所述罩筒侧面留有侧面窗口(13)和混凝土浇筑混窗口(11)，所述侧面窗口(13)和基准靶标底座(8)位置保持一致。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辰，顾永奇，卫靖，郑元阳，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34