基於雷射跟蹤技術的大尺寸水輪發電機定子安裝測量方法與流程
2023-05-14 02:05:51 4
本發明屬於金屬結構及組件的精密安裝測量領域，具體涉及一種基於雷射跟蹤技術的大尺寸水輪發電機定子安裝測量方法，應用於大尺寸水輪發電機安裝與檢測精密測量中。
背景技術：
目前，雷射跟蹤儀越來越廣泛地應用於工業機械設備製造安裝與檢測工作中，在我國較多的應用於飛機製造、船舶製造等大型結構的生產、安裝過程中，但在水電行業的應用還較少，應用於水電機組安裝中尚無前例。我們引進leicaat402雷射跟蹤儀（測量標稱精度±(15μm+6μm/m）），利用它的高精度優勢，全面應用於水輪發電機組定子安裝測量中，取得了很好的效果。
由於水電機組定子安裝精度要求很高，測量放樣的點位精度要求小於0.1mm。傳統的定子安裝控制精度的測量手段是圍繞測圓架展開的，測圓架一是加工和安裝精度要求高；二是體型龐大，安裝與調校費時費工；三是測量效率低且精度控制難度大。而雷射跟蹤儀體積小，作業空間比較隨意，測量速度快，測量精度高且容易確保，人力物力消耗少，有較明顯的經濟效益。
針對定子安裝，利用雷射跟蹤儀配合自製工件和結合自主開發的測量程序對定子支架的組圓、拼裝、焊接、配套部件以及上環板、下環板進行了放樣測量，對安裝過程中定子的圓度、半徑、平整度、垂直度等多項安裝指標進行了檢測測量，取得了良好的效果。
技術實現要素：
本發明的目的是使用雷射跟蹤儀在大尺寸水輪發電機組安裝中發揮其優勢，簡化傳統測量流程，採用新技術、新方法，提高大尺寸水輪發電機組精密安裝的工作效率。
為了實現上述的技術特徵，本發明所採用的技術特徵是：基於雷射跟蹤技術的大尺寸水輪發電機定子安裝測量方法，其特徵在於：它包括以下步驟：
step1：布測測量控制網；
step2：研製測量輔助工裝；
step3：編制測量程序；
step4：實施測量方法。
所述step1中的具體步驟為：
1）控制網點設計，由於定子安裝工作面涉及到水平與垂直空間，這就要求測量控制網需滿足安裝過程中不同位置儀器的架設；根據多次試驗數據計算和現場踏勘安裝部位，布設12個環形布置的測量基準點作為測量控制網的基礎控制點，且滿足在實際測量中每次架站要保證同時觀測到至少4個控制點，且有在空間的延伸性，保證在雷射跟蹤儀合適的精度測程內；
2）埋設控制點，在定子的安裝範圍內，選擇視線較好、不易被施工破壞且基礎穩固的地方布設控制點，圍繞安裝間基礎均勻布置12個控制點位，再將自主設計的鋼結構靶球基座作為控制點直接埋設於安裝間基礎上或者與安裝間基礎預留鋼板焊接；
3）控制網測量，利用雷射跟蹤儀的高精度測量技術，一次設站，並同時測量12個控制點，將每次測站作為一組測量數據，通過多次測量得到不少於6組測量數據，利用sa空間分析軟體（spatialanalyzer）對多組數據進行統一空間不確定性分析得到控制點平差後的統一坐標系統作為高精度測量控制網；
4）施工測量系統建立，將高精度測量控制網轉化至現場定子安裝系統中，即指定新的坐標原點和起算方向；其轉化後坐標原點為定子安裝中心，起算方位為定子支架加工件上已給出的+y方向，此時，已經建立一套高精度的施工控制網，滿足安裝過程的需要。
所述step2中的具體步驟為：
根據現場具體的測量要求，研製了多種測量輔助工具，這些輔助工具很大程度上解決了機關跟蹤儀單點放樣難，放樣速度慢的問題，其中一種單點放樣工具，適用於水平面且精度不是很高的情況下，單點精度0.2mm至0.5mm，其作業速度較快，操作簡單。
所述step3中的具體步驟為：
根據現場具體的要求，在sa軟體的基礎上對其進行二次開發，編制適合現場作業的mp測量程序（measureplan），它可以配合計算機，控制雷射跟蹤儀進行自動測量，並且對測量數據進行實時處理，現場給出測量結果。
所述step4中的具體步驟為：
1）定子安裝前期進行的工作，包括定子支架的就位、組裝、拼接、組圓、調平、焊接和檢測工作，主要任務就是精確的測量其上、下環板以及支墩和中間環板的圓度、平整度等參數；具體操作方法類似，均使用雷射跟蹤儀配合測量靶球直接接觸被測表面，結合mp程序測量相關數據，同時分析數據的偏差，供施工人員使用；
2）定子支架下環板、上環板的穿心螺杆孔孔位放樣，在需要放樣的部位架設儀器，建立起安裝測量坐標系統，導入所有放樣點坐標文件，結合預先編制好的mp放樣程序，使用自主研製的單點測量基座對設計圖上的孔位進行放樣，可實現孔位自動定位、快速測量、實時顯示與實測坐標差值來準確放樣；
3）定子構件安裝中進行的下壓指、鐵芯疊片、定位筋等關鍵組件的精確定位與驗收測量，由於安裝的不斷跟進，對控制點的遮擋嚴重，此時需要建立新的控制網絡，即可從基礎控制網使用雷射跟蹤儀進行引測，作為局部部位的二級控制點，此時、主要為相關組件的檢測工作，利用預先編制的mp檢測程序進行自動化測量，實時給出部件的差值，以便調整；
4）安裝完鐵芯疊片後的形體檢測測量工作，檢測疊片後整個形體的圓度及垂直度指標，保證整個安裝在一個整體系統中，滿足限差要求，使用跟蹤儀配合軟體可以邊測量邊顯示測量點的半徑、高度等信息。
所述鋼結構靶球基座採用矩形基座，所述矩形基座通過焊接固定安裝在埋設基礎的預留鋼板上，在矩形基座的中心加工有第一中心孔。
所述鋼結構靶球基座採用圓柱形基座，所述圓柱形基座的中心加工有弧形中心孔，所述圓柱形基座通過黏膠粘結固定在埋設基礎上。
所述單點放樣工具它包括跟蹤儀靶球和鋼衝，所述跟蹤儀靶球的圓球面和鋼製底座的中心孔相配合併定位放置跟蹤儀靶球，鋼製底座的上端面邊緣加工有倒角，在鋼製底座的下端面繞其中心軸均布加工有多個安裝孔，安裝孔內部鑲嵌有強力磁鐵柱，在安裝孔之間貫穿鋼製底座的徑向方向加工有對稱布置的觀察槽，觀察槽的高度為鋼製底座的二分之一，鋼衝穿過鋼製底座的中心孔，鋼衝的端部加工有錐形端，鋼衝與中心孔構成間隙配合。
所述定子下環板的下部內弧形面上安裝有磁性靶球基座，所述磁性靶球基座上放置有跟蹤儀靶球。
本發明有如下有益效果：
1、改變了傳統定子安裝的施工工序和施工方法，利用雷射跟蹤儀代替了測圓架進行現場測量，做到了測量速度快、精度高、效率高，大大節省了人力、物力投入，降低了成本。
2、以上這些測量任務中測量方式和手段大同小異，均以已經建立好的高精度控制網以基礎，通過任意位置設站，採用不同的測量工具，選擇相應的測量程序。工作完成的較為滿意，滿足精度要求，提高了作業效率。
3、本實例主要說明了雷射跟蹤儀測量技術在定子安裝中應用，充分利用其短距離內測量精度高、速度快、操作簡單的優勢，配合獨立開發的測量程序可以在定子安裝過程中實現自動化觀測、自動化數據採集、實時數據處理等自動化測量模式，提高了作業效率，降低了人力成本，簡化了施工工序及施工流程，把傳統機組安裝、測量方法向工業數位化推進了一步，在機組安裝、測量領域有著重要意義。
4、針對定子安裝，利用雷射跟蹤儀配合自製工件和結合自主開發的測量程序對定子支架的組圓、拼裝、焊接、配套部件以及上環板、下環板進行了放樣測量，對安裝過程中定子的圓度、半徑、平整度、垂直度等多項安裝指標進行了檢測測量，取得了良好的效果。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1為本發明的第一種固定控制點基座--鋼結構靶球基座的結構示意圖。
圖2為本發明的第二種固定控制點基座--鋼結構靶球基座的結構示意圖。
圖中：埋設基礎1、矩形基座2、第一中心孔3、圓柱形基座4、弧形中心孔5、黏膠6。
圖3為本發明的單點放樣工具的鋼製底座與跟蹤儀靶球配和使用的結構示意圖。
圖4為本發明的單點放樣工具的鋼製底座與鋼衝配和使用的結構示意圖。
圖中：跟蹤儀靶球7、鋼製底座8、倒角9、中心孔10、觀察槽11、安裝孔12、錐形端13、鋼衝14。
圖5為本發明的運行中的mp測量程序界面圖。
圖6為本發明的定子下環板圓度檢測中靶球安裝結構示意圖。
圖中：定子下環板15、磁性靶球基座16、下部內弧形面17。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施方式做進一步的說明。
實施方式1：
如圖1-基於雷射跟蹤技術的大尺寸水輪發電機定子安裝測量方法，其特徵在於：它包括以下步驟：
step1：布測測量控制網；
step2：研製測量輔助工裝；
step3：編制測量程序；
step4：實施測量方法。
所述step1中的具體步驟為：
1）控制網點設計，由於定子安裝工作面涉及到水平與垂直空間，這就要求測量控制網需滿足安裝過程中不同位置儀器的架設；根據多次試驗數據計算和現場踏勘安裝部位，布設12個環形布置的測量基準點作為測量控制網的基礎控制點，且滿足在實際測量中每次架站要保證同時觀測到至少4個控制點，且有在空間的延伸性，保證在雷射跟蹤儀合適的精度測程內；
2）埋設控制點，在定子的安裝範圍內，選擇視線較好、不易被施工破壞且基礎穩固的地方布設控制點，圍繞安裝間基礎均勻布置12個控制點位，再將自主設計的鋼結構靶球基座作為控制點直接埋設於安裝間基礎上或者與安裝間基礎預留鋼板焊接；
3）控制網測量，利用雷射跟蹤儀的高精度測量技術，一次設站，並同時測量12個控制點，將每次測站作為一組測量數據，通過多次測量得到不少於6組測量數據，利用sa空間分析軟體（spatialanalyzer）對多組數據進行統一空間不確定性分析得到控制點平差後的統一坐標系統作為高精度測量控制網；
4）施工測量系統建立，將高精度測量控制網轉化至現場定子安裝系統中，即指定新的坐標原點和起算方向；其轉化後坐標原點為定子安裝中心，起算方位為定子支架加工件上已給出的+y方向，此時，已經建立一套高精度的施工控制網，滿足安裝過程的需要。
所述step2中的具體步驟為：
根據現場具體的測量要求，研製了多種測量輔助工具，這些輔助工具很大程度上解決了機關跟蹤儀單點放樣難，放樣速度慢的問題，其中一種單點放樣工具，適用於水平面且精度不是很高的情況下，單點精度0.2mm至0.5mm，其作業速度較快，操作簡單。
所述step3中的具體步驟為：
根據現場具體的要求，在sa軟體的基礎上對其進行二次開發，編制適合現場作業的mp測量程序（measureplan），它可以配合計算機，控制雷射跟蹤儀進行自動測量，並且對測量數據進行實時處理，現場給出測量結果。
所述step4中的具體步驟為：
1）定子安裝前期進行的工作，包括定子支架的就位、組裝、拼接、組圓、調平、焊接和檢測工作，主要任務就是精確的測量其上、下環板以及支墩和中間環板的圓度、平整度等參數；具體操作方法類似，均使用雷射跟蹤儀配合測量靶球直接接觸被測表面，結合mp程序測量相關數據，同時分析數據的偏差，供施工人員使用；
2）定子支架下環板、上環板的穿心螺杆孔孔位放樣，在需要放樣的部位架設儀器，建立起安裝測量坐標系統，導入所有放樣點坐標文件，結合預先編制好的mp放樣程序，使用自主研製的單點測量基座對設計圖上的孔位進行放樣，可實現孔位自動定位、快速測量、實時顯示與實測坐標差值來準確放樣；
3）定子構件安裝中進行的下壓指、鐵芯疊片、定位筋等關鍵組件的精確定位與驗收測量，由於安裝的不斷跟進，對控制點的遮擋嚴重，此時需要建立新的控制網絡，即可從基礎控制網使用雷射跟蹤儀進行引測，作為局部部位的二級控制點，此時、主要為相關組件的檢測工作，利用預先編制的mp檢測程序進行自動化測量，實時給出部件的差值，以便調整；
4）安裝完鐵芯疊片後的形體檢測測量工作，檢測疊片後整個形體的圓度及垂直度指標，保證整個安裝在一個整體系統中，滿足限差要求，使用跟蹤儀配合軟體可以邊測量邊顯示測量點的半徑、高度等信息。
實施例2：
如圖1，所述鋼結構靶球基座採用矩形基座2，所述矩形基座2通過焊接固定安裝在埋設基礎1的預留鋼板上，在矩形基座2的中心加工有第一中心孔3。埋設過程中，通過將矩形基座2焊接固定在埋設基礎1的預留鋼板上，具體測量過程中，將靶球放置於矩形基座2的第一中心孔3上。進而圍繞安裝間基礎均勻布置12個控制點位。
實施例3：
如圖2，所述鋼結構靶球基座採用圓柱形基座4，所述圓柱形基座4的中心加工有弧形中心孔5，所述圓柱形基座4通過黏膠6粘結固定在埋設基礎1上。
實施例4：
如圖3、4，所述單點放樣工具它包括跟蹤儀靶球7和鋼衝14，所述跟蹤儀靶球7的圓球面和鋼製底座8的中心孔10相配合併定位放置跟蹤儀靶球7，鋼製底座8的上端面邊緣加工有倒角9，在鋼製底座8的下端面繞其中心軸均布加工有多個安裝孔12，安裝孔12內部鑲嵌有強力磁鐵柱，在安裝孔12之間貫穿鋼製底座8的徑向方向加工有對稱布置的觀察槽11，觀察槽11的高度為鋼製底座8的二分之一，鋼衝14穿過鋼製底座8的中心孔10，鋼衝14的端部加工有錐形端13，鋼衝14與中心孔10構成間隙配合。
具體使用過程中：
1、在測量或放樣點位之前，工件的工作上表面應處於水平位置。
2、放樣時，先將鋼製底座在放樣點位的大致位置，將跟蹤儀靶球放在鋼製底座內中心孔的上端，根據測量結果移動鋼製底座，由於測量精度要求較高，在鋼製底座離放樣位置偏差值較小時，應緩慢擠動鋼製底座，以克服磁力，使之精確定位，然後移開跟蹤儀靶球，插入鋼衝，再用小錘敲擊鋼衝，以標定最終點位。
3、測量工件上已有的衝點坐標時，將鋼衝插入鋼製底座，利用鋼衝錐形端對準衝點，將鋼製底座定位，並利用鋼製底座保證鋼衝處於豎直狀態，通過觀察槽檢查錐形端位置，在光線不足時可使用手電筒照明，使之正確對準衝點，然後移開鋼衝，放上跟蹤儀靶球測量點位坐標。
本套工具的發明，為水平面上的點位測量與放樣提供了一種解決方法，可以在保證必要精度的前提下有效的提高作業效率，擴展雷射跟蹤儀的適用範圍，適用於水平面且精度不是很高的情況下，單點精度0.2mm至0.5mm，但是作業速度較快，操作簡單。
實施例5：
如圖5，通過在sa（spatialanalyzer）軟體的基礎上對其進行二次開發，編制適合現場作業的mp測量程序（measureplan），它可以配合計算機，控制雷射跟蹤儀進行自動測量，並且對測量數據進行實時處理，現場給出測量結果，大大的提高了作業效率，節省了人力物力的投入。
通過軟體分析得出已知點方位角、實測點方位角、已知點半徑和實測點半徑，進而得出相應的角度差、半徑差、坐標差和徑向、橫向差。
實施例7：
如圖6，所述定子下環板15的下部內弧形面17上安裝有磁性靶球基座16，所述磁性靶球基座16上放置有跟蹤儀靶球7。
本發明改變了傳統定子安裝的施工工序和施工方法，利用雷射跟蹤儀代替了測圓架進行現場測量，做到了測量速度快、精度高、效率高，大大的節省的人力、物力投入，降低了時間成本，減少了測圓架安裝、調試的繁瑣。