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全站仪辊系平行度测量的数据处理方法
沈彦文
#上海宝钢工业检测公司检测公司!上海#"$%""$
摘#要 为了保证工业产品的质量 辊系的平行度测量已经被广泛关注 本文介绍了基于全站仪测量辊系平行度测量严密的数据处理方法 并结合实例详解了数据处理的过程 最后得出了一些有用的结论和意见
关键词 辊系平行度测量 数据处理
中图分类号 P>=>文献标识码 0
##现代工业测量中!大多都是为了获取设备之间的空间状态和位置关系!例如设备或者设备之间的直线度(平面度(垂直度等!在所有的设备状态中!越来越多的用户尤为关注设备的平行度!因为现在大型工艺都是一条长的流水线!流水线上的辊系之间的平行度决定了工业产品的质量!设备平行度的高低直接影响了工业产品的合格率%例如在钢铁行业中的冷轧产品!如果其生产流水线上的辊系平行度不满足设计要求!就会容易使钢卷起皱!直接影响了产品的质量%在造纸行业中也存在同样的问题!如果设备上的辊系
平行度没有满足设计要求!会使生产出的纸张粗糙而且易断裂%因此不论是轻工业还是重工业!大流水线辊系之间的平行度是至关重要的%设备运行一段时间后!原本良好的辊系之间的平行度会有所偏移!此时就要测量出偏移量以便进行调整!因此辊系平行度测量在现代工业测量领域内异军突起!被越来越多的生产管理人员和技术人员所关注%
全站仪以其灵活(速度快自动化程度高而闻名于世!是目前进行辊系平行度的测量设备!所以辊系平行度测量的方法都是围绕着全站仪进行研制和开发的!但各种方法其基本原理都是大同小异的!这就决定了辊系测量技术的数据处理方法也是一样的!本文基于全站仪的辊系测量的方法!分析并得出了辊系测量的平行度的数据处理及计算方法%!#基于全站仪的辊系平行度测量的方法
##对于某条生产线!选取其中的两个辊系为测量对象!如图$所示!从图中可看出!辊系之间的平行度其实就是它们旋转轴#法线$的平行度!但是对于具体的一个辊系!很难精确地在辊系的两端标定出其旋转轴!因此无法直接测量其旋转轴来得到平行度!即使通过一定的手段和方法进行标定!也很难满足精度要求%而且!辊子的旋转法线是其在旋转过程中虚拟的一条线!简单地以辊子两面圆的中心的连线作为辊系的旋转法线是不严谨的!这样测量的结果不能客观地反映辊子在运动过程中真实状态%
在辊子旋转的过程中!都有一个与旋转法线垂直的法面!如图$所示
%
图!#某生产线辊系运行示意图
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5()8<1+4#8*,#*-
从图$可看出!可以把法线的平行关系转换为法面的平行关系!也就是旋转法面的平行度就代替了旋转法线的平行度!确定旋转法面比确定旋转法线容易的多!直接在法面任意测量三个点就可以确定该法面%在测量的过程中!任意在辊
班干部竞选演讲稿
面上或者通过特殊装置确定法面的上三个或三个以上的点!根据这些点就可以确定出该辊子旋转的法面!
因此辊系的平行度测量可以通过测量辊系的旋转法面来反映出来!从而把问题进行了简化%我们把用三个点拟合旋转法面的方法称为三点法!
把三个以上的点拟合旋转法面的方法称为多点法!下面给出其计算方法%
.#平行度测量的计算方法
根据上述平行度测量的原理!以图$为例!分别给出三点法和多点法测量的计算方法%弘扬雷锋精神征文
.%!#三点法
图$中!测量0辊的三个点0$(0#(0!!坐标分别是#H 0$!W 0$!e 0$$(#H 0#!W 0#!e 0#$和#H 0!!W 0!!e 0!$)测量O 辊的三个点O $(O #(O !!坐标分别是#H O $!W O $!e O $$(#H O #!W O #!e O #$和#H O !!W O !!e O !$%上述坐标都处在统一坐标体系中!分别用每根辊上的三个点拟合得到其旋转法面的方程为!不失一般性!测量的三个点不共线%
根据三点坐标得到平面方程的一般式为"
##
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##
$##在辊系的平行度测量中!
我们更多关注的是辊系在水平面这个方向上平行关系!因为这个方向上的关系直接影响到了工业产品的质量!因此把两个平面的平行关系转换为两个平面与水平面
交线的平行关系!把面的问题转换为线的问题!根据#$$(##$式!得到了两个平面与水平面的交线方程分别为"
##
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!$(#?$式!得到交线的二维向量,237$#P 7#%P 7$Q 7#%Q 7$P 7!%P 7$Q 7!%Q 7$!;7#%;7$Q 7#%Q 7$
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$将各参数带入到#<$式中!从而得到两根辊子的平行度!换算成每米公差为"/7($$""".3.1(7(#
99*9$#@$.%.#多点法
三个不共线的点可以唯一的确定一个平面!但是在一般具体作业中!为了保证旋转法面面的可靠性!通常都会采集三个以上的点!从而进行检核%对于一个平面!如果测量超过三个以上的点!需要对平面拟合!拟合的方法基于最小二乘法%
图$中!测量0辊的点0$(0#,01!
坐标分别是#H 0$!W 0$!e 0$$(#H 0#!W 0#!e 0#$,#H 01!W 01!e 01$!测量O 辊的点O $(O #,O 1!坐标分别是#H O $!W O $!e O $$(#H O #!W O #!e O #$,#H O 1!W O 1!e O 1$
%以0辊为例!根据最小二乘法!
对其法平面进行拟合%将所求的方程写为"
R $S "8S $M 8S #
K #%$在最小二乘意义下!即0#S "!S $!S #$$
1,C $$四级分数分布
#
R C
%#S "
8S $M 8S #
K $$#
最小时所确定的平面!因此在这样的原则下求出S "!S $!S #%
由无约束最优化问题的一阶必要条件知!当0#S "!S $!S #$取得最小值时!0#
S "!S $!S #$对S "!S $!S #的偏导数606S "!606S $!606S #必为""606S "$%#1,
C $$#R C %#S "8S $M 8S #
K $$$"606S $$%#1,C $$M C -#R C %#S "8S $M 8S #
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$整理后得"
S "81,
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M C S $81,
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系统还原是什么意思C $
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S #
$1,
C $$
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$由上述三个方程解出S $!S #%
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$)#G #*\\*2f ;*\2*\f $*#*\\*22;*\2#
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C $$
R C )把0辊和O 辊的坐标分别带入#$#$式!分别求出0辊和O 辊的S $!S #!按照#<$(#@$式求出两根辊系的平行度即可%
0#应用举例
利用上述方法!测量某冷轧厂的两根辊系!每根辊系共旋转四个点采集数据!如图所示
"
图.#辊系测量点位示意图"#$%.#'6-3+6-@54#+<#5$
)5@8:)8,,-)3N
34-@+3@-531)#*$(8#*4通过计算得到测站为坐标原点的坐标系下的坐标!数据如表$所示"#
表!#测量结果
'52,-!#'6-)-31,48:@-531)-@-*4
##首先利用三点法进行计算!
选取0"#!0"!!0"?和O "#!O "!!O "?点利用公式#=$(#>$进行计算得"
,237
$#"6!">=#?"!"6$>"?@"#$!,23(
$
#"6!#!>!@"!"6$>%%"<"
$再利用#<
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(7($"""V=6@!W
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利用多点法进行计算!选取每根辊所测的四
个点!根据#$!$式!!求出S
$!S
#
!于是得到,23
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从结果看!用三点法和多点法算出的结果是有差异的!但是这种差异是在精度允许的范围之内的%为了提高测量的可靠程度!建议采用多点法进行测量%
9#结论与建议
工业领域的辊系测量是精密工业测量发展的一个方向!随着工业生产自动化的不断提高!工艺对辊系关系的要求也越来越高!因此必须引进更高等级的测量技术!同时还要具有严密的数据计算处理方法与之相配套!本文所提出的计算方法就是针对目前全站仪测量辊系的全套严密的计算方法!该方法更能够从
测量的结果准确的反映辊系关系的实际情况%在测量的过程中!一般情况下!可以选择三点法进行测量!但是一旦有粗差!就不容易发现!因此建议在测量的过程中!尽量采用多点法!这样可以保证数据的质量!通过严密的计算!可以得到辊系状态数据的准确结果%
参考文献
.$/武汉大学测绘学院平差教研室编著6测量平差基础.&/U北京"测绘出版社!#""?U
E*5*5,N3#38:<545()8+-33#*$54&8,,75)5,,-,#3@31)A-N#*$
253-<8*4845,3454#8*
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