[发明专利]圆管端部圆心三维坐标的检测方法

说明书

一种圆管端部圆心三维坐标的检测方法，采用以下步骤：一：将全站仪架设在圆管端部；二：在被测量的圆管端部截面上选三个点，测量圆管内皮和外皮上数个离散点；三：依次计算截面方程、高程数据、旋转角度和旋转单位向量；四：将测量点绕旋转单位向量旋转指定角度，并在XY平面内形成同心圆；五：选择三个坐标转换后的外皮测量点数据，计算初始圆心坐标和外圆初始半径；六：计算同心圆在XY平面内的圆心坐标，并使原点相对端面高程作为圆管同心圆心的Z值；七：将同心圆三维坐标，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。本发明只需全站仪测量圆管端部端面上三个点，再测量圆管端部数个离散点，就可以精确计算圆管端部圆心三维坐标。

技术领域

本发明涉及圆管端部圆心的检测方法，尤其涉及一种用于圆管端部圆心三维坐标的检测方法。属于海洋工程建造领域。

背景技术

海洋钢结构圆管端部圆心坐标至关重要，其是控制海洋钢结构精度的重要环节，例如，卧式建造的导管架顶部跨距、井口导向空间位置等，这些关键位置关系到海上安装能否顺利进行。因此，精确测量、并计算这些关键部位的坐标非常必要。

目前，为了准确计算圆管端部圆心三维坐标，就需要尽量多的测量圆管端部整个圆周上的离散点，由于全站仪一站不可能测量整个圆周上的数据点，至少需要两站，若全站仪设两站以上，不仅会导致测量效率下降，而且，在转站过程中，还会存在公共标靶坐标上的匹配误差。为了克服上述缺点，采用带理论约束半径的算法，这样，可能会稍提高些精度，但是，由于圆管在加工制造过程中，也会存在一定的误差，因此，圆管的真实半径和理论半径并不一样，这样一来，带约束半径的算法也不是最精确的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种圆管端部圆心三维坐标的检测方法，其只需要全站仪测量圆管端部端面上三个点，再测量圆管端部附近的外皮和内皮若干个离散点，就可以精确计算圆管端部圆心三维坐标，解决了准确测量圆管端部圆心三维坐标问题；测量时，不仅没有全站仪转站过程，大大提高了测量效率；而且，还提高了测量精度；

对于海洋钢结构圆管端部精度控制，具有重要意义。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

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。

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。