[发明专利]圆管端部圆心三维坐标的检测方法

权利要求书

1.一种圆管端部圆心三维坐标的检测方法，其特征在于：采用以下步骤：

第一步：将全站仪架设在能够同时测量到圆管端部截面及圆管端部附近的内皮和外皮的位置；

第二步：将全站仪设置为无棱镜测量模式，并在被测量的圆管端部截面上选取三个点，而这三个点应尽量均匀地分布在端部截面上，然后，再测量圆管外皮和内皮上数个离散点；

第三步：先利用圆管截面上三个点计算截面的方程，再计算坐标原点相对于圆管截面的高程数据，然后，再利用圆管截面的法向量和Z轴向量计算旋转角度和旋转单位向量；

第四步：将圆管外皮和内皮的测量点绕旋转单位向量旋转指定角度，而坐标转换后的测量点，在XY平面内形成同心圆；

第五步：任意选择三个坐标转换后的圆管外皮测量点数据，计算圆管初始圆心坐标和外圆初始半径；

第六步：利用最小二乘法计算圆管同心圆在XY平面内的圆心坐标，并使原点相对于圆管端面的高程，作为圆管同心圆圆心的Z值；

第七步：将第六步中得出的同心圆三维坐标，绕旋转单位向量反向旋转指定角度，得到圆管端部圆心的三维坐标：x₀,y₀,z₀。

2.根据权利要求1所述的圆管端部圆心三维坐标的检测方法，其特征在于：所述第一步中，圆管的主方向若是横式放置，则全站仪架设在圆管左前方或者右前方45度的位置；若圆管的主方向是立式放置，则全站仪架设在圆管的斜下方或者斜上方位置，这样，可以保证全站仪能同时测量到圆管端面，内皮和外皮。

3.根据权利要求1所述的圆管端部圆心三维坐标的检测方法，其特征在于：所述第二步中，全站仪在测量过程中，圆管端面上的三个测量点，外皮，内皮上的测量点编号要做到区分明确以方便后期数据处理，设端面上三点坐标为：(xs₁,ys₁,zs₁),(xs₂,ys₂,zs₂),(xs₃,ys₃,zs₃)，外皮上测量点坐标为:(x1_i,y1_i,z1_i),i＝1,2,…,m,m>3，内皮上测量点坐标为:(x2_i,y2_i,z2_i),i＝1,2,…n。

4.根据权利要求1所述的圆管端部圆心三维坐标的检测方法，其特征在于：所述第三步中，为使圆管端面所在的平面的法向量的Z值为正，则设圆管端面的方程为：z+ax+by+c＝0可计算参数a,b,c如下：

由此可知，坐标原点相对于端面的高程数据为：截面的法向量为：T1(a,b,1)，坐标系的z轴单位向量T2为(0,0,1)，则截面法向量与z轴夹角

外皮和内皮测量点集绕一向量T旋转β角，则在xy平面内形成同心圆点集，T等于T2与T1的向量积：T＝T2×T1＝-bi+aj，其单位向量为

其中，L_x,L_y,L_z分别为单位向量L的分向量，

5.根据权利要求1所述的圆管端部圆心三维坐标的检测方法，其特征在于：所述第四步中，设外皮和内皮测量点集绕单位向量 L 旋转β角后的坐标为(x1_i ′， y1_i ′， z1_i ′ ) ，i ＝ 1 ， 2 ，…， m 和 (x2_i ′， y2_i ′， z2_i ′ ) ， i ＝ 1 ， 2 ，… n ，测量点绕单位向量 L 旋转β角的公式如下：

至此，坐标转换后的测量点在xy平面内分布形状为一组同心圆离散点；其中，L_x,L_y,L_z分别为单位向量L的分向量。