钢屏蔽实验室表面平整度检测及分析
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田林亚%， 张铎强%， 赵士华$
（% * 河海大学地球科学与工程学院， 江苏 南京 安徽 铜陵 $%""A&；$ * 铜陵学院土木建筑系， $##"""）
摘要： 采用钢板连续拼装建造钢屏蔽仿真实验室， 要求拼装初步完成时进行内表面平整度检测， 并 分析平整度是否达到最大平面误差不大于 M ! EE 的要求。针对工作场地小、 精度要求高、 非接触 测量等检测特点， 采用高精度全站仪和短基线空间测角交会法进行检测， 计算空间最弱点的点位中 误差小于 M %N@ EE， 表明该法满足平整度检测的精度要求。结合内表面 %$% 个测点的三维坐标， 采 全部测点满足平整度限差要求。 用平面方程进行拟合， 偏差的最大值为 $NA% EE， 关键词： 钢屏蔽仿真实验室； 平整度； 短基线； 空间测角交会； 点位中误差； 平面拟合 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （$"%"） O$$ P %""B LB#L "# ""LB "! ! ! !
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某科研基地新建 % 个钢屏蔽壳体作为仿真实验 室， 实验室由钢板连续拼装而成， 要求在拼装初步完 成时对其立面平整度进行检测和分析， 并以最大平 面误差不大于 M ! EE 作为平整度评判指标。如果 设立面上任意 % 个测点 : 的空间点位中误差为 ; X， 视最大平面误差 M ! EE 为允许误差， 并取允许误差 的 % ? $ 作为测量误差， 则有 ; X " M %N@ EE， 因此这 是一项精度要求很高的检测工作。此外， 检测工作 在室内进行， 立面上未设任何观测标志， 也无法安置 目标反射器， 因此这又是一项小区域非接触式的检 测工作。为了达到较高的检测精度， 保证立面平整 度分析的可靠性， 采用高精度全站仪和短基线空间 测角交会法进行检测， 采用平面方程进行拟合和平 整度分析。
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[
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尺上观测端点 # 和 " 所测的天顶距。 !"# 测点的测量 图 # 表示实验室其中 # 个立面， 该面共设#"# 个 测点， 其中 " 个测点为立面顶部拐角， " 个测点为立 面底部拐角， 其他测点位于相邻钢板的拼接处。
求 得 -6 # 上测 点 的 交 会 角 % " %4/ ， # 5 /!/ ， 立面顶部 " 个 拐 角 点 的 交 会 图 形 最 差， 7 !3$ ..， 求得 - 6# 7 #3/ ..， 说明检测方法 %"%!/ ， # 5 %$/ ， 满足平整度检测的精度要求。
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水利水电科技进展 ,-./0123 40 5142012 /0- 62170()(89 (: ;/<2= >23(?=123
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［$］ 点的铅垂方向为 C 轴， 。 < — B6C 构成右手坐标系 设 < 的坐标为 （"， ， "， "） <A 在 B 轴上的投影长度即
基金项目： 地理空间信息工程国家测绘局重点实验室经费资助项目 （$""&%@） 作者简介： 田林亚 （%AB! —） ， 男， 江苏淮安人， 教授， 博士， 从事精密工程测量研究。 CDE/4)： )9<4/0!B"AF %B! * 1(E
［9］ 立面的平面方程为
每投 # 个点， " 台仪器同时照准并读取 !， " 以及 #，
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平整度分析
坐标转换 为方便分析立面平整度， 将测量坐标系中的坐
标转换成立面坐标系中的坐标， 基本做法是： " 根 据科研要求， 将左下角第 # 块 " . 8 " . 的钢板视为 标准正方形， 以该钢板左下角点为坐标原点 01 ， 钢 板与地面的交线为 &1 轴， 过原点垂直于 &1 轴向里的 方向为 ’1 轴， 过原点垂直于 &1 轴向上的方向为 (1 轴， 建立立面坐标系 01 — &1’1(1 ； 选 # 在 01 — &1’1(1 中，
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检测方法
短基线的建立
实验室由边长 $ E 的正方形钢板连续拼装而 成， 立面宽约 $" E。在待测立面的底部近似水平地 设置 % 根横基尺， 在距立面 %& E 的地面上粘贴 % 根 长约 $" E 的钢尺， 钢尺近似平行于待测立面， 其 "E 和 $" E 的刻度分别对准立面底部的 $ 个拐角。以 钢尺 % E 和 %A E 刻度线与尺边的交点作为标志， 安置全站仪 6\$""! （ 测角中误差为 "N@ @ 、 测距中误 ［%］ _B 差为 % EE ] % ^ %" 9 ） ， 精确对中整平。设左右 其旋转中心分别为 < 和 A ， 以<为 $ 台仪器望远镜， 坐标原点， 过 < <A 连线在水平面内的投影为 B 轴，
图# 平整度检测示意图
立面上各测点采用空间测角交会法进行观测， 由 于观测时 " 台仪器必须照准同一目标， 由于立面上无 观测标志， 因此在钢尺 " . 的整倍数处安置激光经纬 仪， 按断面从立面底部逐步向上在钢板拼接处投点，
［/ 0］ ! 省略推导过程， 立面上任一点 , 的三维坐标为
择概略坐标为 2 （#39， ， （!， ， （#39， !， !） 3 !， #39） 4 !， 的位置做上临时标志， 坐标原点 01 和 2 ， #39） 3， 4 作为 " 个不同坐标系中的 % 个公共点， 用交会法精 确测量公共点在坐标系 0 — &’( 中的坐标， 用钢尺 精确量 取 公 共 点 在 坐 标 系 01 — &1 ’1 (1 中 的 坐 标； 采用布尔莎 0 $由于 " 个坐标系之间的转角很小， ［4］ 参数模型 求解 " 个坐标系的转换参数， 并将所有 测点在 0 — &’( 中的坐标转换为 01 — &1’1(1 中的坐 标。 $"# 平面拟合
（% * 河海大学地球科学与工程学院， 江苏 南京 安徽 铜陵 $%""A&；$ * 铜陵学院土木建筑系， $##"""）
摘要： 采用钢板连续拼装建造钢屏蔽仿真实验室， 要求拼装初步完成时进行内表面平整度检测， 并 分析平整度是否达到最大平面误差不大于 M ! EE 的要求。针对工作场地小、 精度要求高、 非接触 测量等检测特点， 采用高精度全站仪和短基线空间测角交会法进行检测， 计算空间最弱点的点位中 误差小于 M %N@ EE， 表明该法满足平整度检测的精度要求。结合内表面 %$% 个测点的三维坐标， 采 全部测点满足平整度限差要求。 用平面方程进行拟合， 偏差的最大值为 $NA% EE， 关键词： 钢屏蔽仿真实验室； 平整度； 短基线； 空间测角交会； 点位中误差； 平面拟合 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （$"%"） O$$ P %""B LB#L "# ""LB "! ! ! !
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某科研基地新建 % 个钢屏蔽壳体作为仿真实验 室， 实验室由钢板连续拼装而成， 要求在拼装初步完 成时对其立面平整度进行检测和分析， 并以最大平 面误差不大于 M ! EE 作为平整度评判指标。如果 设立面上任意 % 个测点 : 的空间点位中误差为 ; X， 视最大平面误差 M ! EE 为允许误差， 并取允许误差 的 % ? $ 作为测量误差， 则有 ; X " M %N@ EE， 因此这 是一项精度要求很高的检测工作。此外， 检测工作 在室内进行， 立面上未设任何观测标志， 也无法安置 目标反射器， 因此这又是一项小区域非接触式的检 测工作。为了达到较高的检测精度， 保证立面平整 度分析的可靠性， 采用高精度全站仪和短基线空间 测角交会法进行检测， 采用平面方程进行拟合和平 整度分析。
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实验室由边长 $ E 的正方形钢板连续拼装而 成， 立面宽约 $" E。在待测立面的底部近似水平地 设置 % 根横基尺， 在距立面 %& E 的地面上粘贴 % 根 长约 $" E 的钢尺， 钢尺近似平行于待测立面， 其 "E 和 $" E 的刻度分别对准立面底部的 $ 个拐角。以 钢尺 % E 和 %A E 刻度线与尺边的交点作为标志， 安置全站仪 6\$""! （ 测角中误差为 "N@ @ 、 测距中误 ［%］ _B 差为 % EE ] % ^ %" 9 ） ， 精确对中整平。设左右 其旋转中心分别为 < 和 A ， 以<为 $ 台仪器望远镜， 坐标原点， 过 < <A 连线在水平面内的投影为 B 轴，
图# 平整度检测示意图
立面上各测点采用空间测角交会法进行观测， 由 于观测时 " 台仪器必须照准同一目标， 由于立面上无 观测标志， 因此在钢尺 " . 的整倍数处安置激光经纬 仪， 按断面从立面底部逐步向上在钢板拼接处投点，
［/ 0］ ! 省略推导过程， 立面上任一点 , 的三维坐标为
择概略坐标为 2 （#39， ， （!， ， （#39， !， !） 3 !， #39） 4 !， 的位置做上临时标志， 坐标原点 01 和 2 ， #39） 3， 4 作为 " 个不同坐标系中的 % 个公共点， 用交会法精 确测量公共点在坐标系 0 — &’( 中的坐标， 用钢尺 精确量 取 公 共 点 在 坐 标 系 01 — &1 ’1 (1 中 的 坐 标； 采用布尔莎 0 $由于 " 个坐标系之间的转角很小， ［4］ 参数模型 求解 " 个坐标系的转换参数， 并将所有 测点在 0 — &’( 中的坐标转换为 01 — &1’1(1 中的坐 标。 $"# 平面拟合