三维坐标系下检测导管架各圆形杆件空间位置状态的方法技术

一种三维坐标系下检测导管架各圆形杆件空间位置状态的方法，一将导管架及其被测杆件处于一个三维坐标系下，并将采集杆件表面点的三维坐标，投影到测量点形成横断面的圆周上；二被测点进行一次角度旋转和二次角度旋转，三，在被测杆件理论半径给出的前提下，利用最小二乘法，对转换后坐标数据进行处理，求出被测杆件最佳圆心坐标及圆心坐标的点位误差；四，剔出误差较大的点，重复三；五反方向三维转换回到原始坐标系下；六将被测杆件通过计算得出的最佳圆心坐标连接成线状的导管架结构图，评估出导管架的各杆件的误差后，再进行杆件的调整。本发明专利技术可以快速准确地得出导管架各圆形杆件圆心的三维坐标，分析圆心坐标的误差大小，提高了工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及确定柱体圆心三维坐标的方法，尤其涉及一种。
技术介绍
在海洋工程制造业中，导管架建造装配比较复杂，其结构大部分都由卷制的钢管组成，对钢管这种圆形杆件的装配精度要求非常高，如何快速、准确高效地确定圆形杆件圆心的空间位置坐标，在导管架建造过程中非常重要。在三维坐标系下，对于建造安装的空间杆件，由于杆件都是卷制而成，不同程度上存在圆度误差，传统的杆件空间位置其检测方法有两种一是，首先在杆件的表面上确定一个点，计算出在理论坐标系下的坐标，然后，在导管架建造场地周围设立三维控制网；再由全站仪测量该点的实际坐标，但由于杆件存在椭圆度，杆件表面上的该点坐标并不能反映出该杆件实际的空间状态。二是预先，在导管架建造场地周围设立三维控制网；确定杆件某一断面的位置， 并均勻的找出在这一断面上的圆周上的若干个测量点，通过全站仪测量这些测量点的坐标，然后，再通过传统的最小二乘法计算出该杆件的圆心坐标。这种做法，首先要在杆件断面的圆周上找出多个测量点，而且这些点最好是均勻的分布在圆周上，只有这样计算出来的圆心坐标才能准确。因此，现场定点测量的工作量较大，在施工现场条件比较复杂的情况下，全站仪不可能同时扑捉到这些点，只能观测到圆周上某一小段圆弧的部分点，由于管子的椭圆度以及现场条件不能测量到杆件的整个圆周上的点所带来的不确定性，按照传统的最小二乘法，所计算出的圆心坐标也不是很准确。如何减少定点测量的工作量，又能准确地找出杆件圆心的三维坐标，是导管架施工及海上导管架安装尺寸控制的主要内容之一。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有方法存在的上述缺点，而提供一种，其可以快速准确地得出导管架各圆形杆件圆心的三维坐标，从而得到准确的杆件的空间位置，且能够分析圆心坐标的误差大小；减少现场定点测量的的工作量，提高了工作效率。本专利技术的目的是由以下技术方案实现的一种，预先，在导管架建造场地周围设立三维控制网；其特征在于采用以下具体步骤第一步，将导管架的主结构及其中的被测杆件处于一个三维坐标系下，并将采集到的杆件表面数个点的三维坐标，投影到某一测量点形成横断面的圆周上，然后，计算法向量为(i，j，k)且通过某一测量点的横断面，再计算过原点且垂直于横断面的垂足坐标；第二步，根据垂足坐标计算旋转参数，被测点按照计算的旋转参数绕坐标轴进行一次角度旋转和二次角度旋转，并利用两次角度旋转后的坐标(X"，y")进行下一步的计算； 第三步，在被测杆件理论半径给出的前提下，利用最小二乘法，对转换后坐标数据进行处理，解算出该导管架被测杆件最佳圆心坐标，最后求出圆心坐标的点位误差；第四步，根据求出的圆心坐标误差，从所采集的测量点中剔出误差较大的点，然后，重复第三步骤；第五步按照计算的三维转换参数，反方向三维转换计算的圆心回到原始坐标系下，从而得出原始坐标系下被测杆件上通过某一测量点的圆周的三维最佳圆心坐标；第六步将被测杆件通过计算得出的最佳圆心坐标连接成线状的导管架结构图， 然后，把理论线形图和实际线形图进行对比，评估出导管架的各杆件的误差后，再进行杆件的调整。所述第一步中通过某一测量点的横断面计算及过原点且垂直于横断面的垂足坐标具体计算步骤为(1)在被测杆件上用测量设备测量出若干点的三维坐标(Xi，yi，Zi)，使其投影到被测杆件表面上的一点(XQ，yQ，ZQ)，且通过该点(xQ，yQ，~)的法向量为(i，j，k)的平面上，这个面的平面方程为dx+jy+kz-ixcrjy。-!^。= 0，可简化为z = Ax+By+C其中权利要求1.一种，预先，在导管架建造场地周围设立三维控制网；其特征在于采用以下具体步骤第一步，将导管架的主结构及其中的被测杆件处于一个三维坐标系下，并将采集到的杆件表面数个点的三维坐标，投影到某一测量点形成横断面的圆周上，然后，计算法向量为 (i，j，k)且通过某一测量点的横断面，再计算过原点且垂直于横断面的垂足坐标；第二步，根据垂足坐标计算旋转参数，被测点按照计算的旋转参数绕坐标轴进行一次角度旋转和二次角度旋转，并利用两次角度旋转后的坐标(X" ,1")进行下一步的计算； 第三步，在被测杆件理论半径给出的前提下，利用最小二乘法，对转换后坐标数据进行处理，解算出该导管架被测杆件最佳圆心坐标，最后求出圆心坐标的点位误差；第四步，根据求出的圆心坐标误差，从所采集的测量点中剔出误差较大的点，然后，重复第三步骤；第五步按照计算的三维转换参数，反方向三维转换计算的圆心回到原始坐标系下，从而得出原始坐标系下被测杆件上通过某一测量点的圆周的三维最佳圆心坐标；第六步将被测杆件通过计算得出的最佳圆心坐标连接成线状的导管架结构图，然后， 把理论线形图和实际线形图进行对比，评估出导管架的各杆件的误差后，再进行杆件的调 整。2.根据权利要求1所述的， 其特征在于所述第一步中通过某一测量点的横断面计算及过原点且垂直于横断面的垂足坐标具体计算步骤为(1)在被测杆件上用测量设备测量出若干点的三维坐标(Xi，yi，Zi)，使其投影到被测杆件表面上的一点(xQ，yQ，ZQ)，且通过该点(xQ，yQ，zQ)的法向量为(i，j，k)的平面上，这个面的平面方程为ix+jy+kZ-iX0-iy0-kZ0 = 0，可简化为z = Ax+By+C其中3.根据权利要求1所述的， 其特征在于所述第三步最佳圆心点位误差具体计算步骤如下①最佳圆心点位误差计算公式为根据间接平差的中误差估值为式全文摘要一种，一将导管架及其被测杆件处于一个三维坐标系下，并将采集杆件表面点的三维坐标，投影到测量点形成横断面的圆周上；二被测点进行一次角度旋转和二次角度旋转，三，在被测杆件理论半径给出的前提下，利用最小二乘法，对转换后坐标数据进行处理，求出被测杆件最佳圆心坐标及圆心坐标的点位误差；四，剔出误差较大的点，重复三；五反方向三维转换回到原始坐标系下；六将被测杆件通过计算得出的最佳圆心坐标连接成线状的导管架结构图，评估出导管架的各杆件的误差后，再进行杆件的调整。本专利技术可以快速准确地得出导管架各圆形杆件圆心的三维坐标，分析圆心坐标的误差大小，提高了工作效率。文档编号G01B21/00GK102168959SQ201010115279公开日2011年8月31日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日专利技术者刘春杰, 孙云虎, 张士舰 申请人:中国海洋石油总公司, 天津蓝海工程检测技术服务有限公司, 海洋石油工程股份有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种三维坐标系下检测导管架各圆形杆件空间位置状态的方法，预先，在导管架建造场地周围设立三维控制网；其特征在于：采用以下具体步骤：第一步，将导管架的主结构及其中的被测杆件处于一个三维坐标系下，并将采集到的杆件表面数个点的三维坐标，投影到某一测量点形成横断面的圆周上，然后，计算法向量为（ｉ，ｊ，ｋ）且通过某一测量点的横断面，再计算过原点且垂直于横断面的垂足坐标；第二步，根据垂足坐标计算旋转参数，被测点按照计算的旋转参数绕坐标轴进行一次角度旋转和二次角度旋转，并利用两次角度旋转后的坐标（ｘ″，ｙ″）进行下一步的计算；第三步，在被测杆件理论半径给出的前提下，利用最小二乘法，对转换后坐标数据进行处理，解算出该导管架被测杆件最佳圆心坐标，最后求出圆心坐标的点位误差；第四步，根据求出的圆心坐标误差，从所采集的测量点中剔出误差较大的点，然后，重复第三步骤；第五步：按照计算的三维转换参数，反方向三维转换计算的圆心回到原始坐标系下，从而得出原始坐标系下被测杆件上通过某一测量点的圆周的三维最佳圆心坐标；第六步：将被测杆件通过计算得出的最佳圆心坐标连接成线状的导管架结构图，然后，把理论线形图和实际线形图进行对比，评估出导管架的各杆件的误差后，再进行杆件的调整。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春杰，张士舰，孙云虎，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，海洋石油工程股份有限公司，天津蓝海工程检测技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]