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万能球幕空间半径检测仪技术设计研发

发表时间：2020/11/30 来源：《基层建设》2020年第22期作者：鲁仲恩

[导读] 摘要：基于大、中、小型球幕空间万能半径检测仪的技术设计研发，系统探讨该技术实现的可行性，通过边设计边做实验边总结提高的方法使该研发成果满足使用要求，该检测仪对所有球幕幕架、幕板施工的过程检测及后期验收提供了很好的技术支持，完全能满足我国乃至全球所有球幕施工及工程验收的使用要求。

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        摘要：基于大、中、小型球幕空间万能半径检测仪的技术设计研发，系统探讨该技术实现的可行性，通过边设计边做实验边总结提高的方法使该研发成果满足使用要求，该检测仪对所有球幕幕架、幕板施工的过程检测及后期验收提供了很好的技术支持，完全能满足我国乃至全球所有球幕施工及工程验收的使用要求。
        关键词：球幕；半径检测仪
        一.前言
        随着人们生活水平的日益提高及对科技文化生活的需求，球幕电影成为近20年内发展起来的一种新模式电影，球幕影院几乎成了目前科技博物馆建设的标配。观影中高清晰度超大球型画面，完全超出了观众的视野范围，使观众犹如置身于影片场景之中，加上全方位多声道立体音响配音，有着极为真实的临场效果。然而球幕建设过程及其后续的工程验收缺少应有的检测仪器，往往使球幕施工质量很难达到设计要求，也给影片放映质量带来了一定的影响。本研发课题正是为了解决球幕施工过程检测及工程验收的困难而展开的，该检测仪器的技术设计研发正是本次论文探讨的重点。
        二.球幕施工过程检测及工程验收现状

        目前来看国内外所有的球幕如图一所示，基本是一个半球空间，球幕幕架的安装顺序基本为先安装底圈梁，安装经管（也可称为经梁），安装纬管（也可称为纬梁），安装次纬管，安装节点盘，再安装斜拉筋，在施工过程中，每一根经梁、纬梁的安装都应当采用相关仪器跟踪检测该位置的球幕半径尺寸，只有这样才能确保球幕幕架安装完成后球幕空间各个方向的直径误差控制在图纸设计的范围内。幕架安装完成通过阶段性验收后再从底圈梁起至上逐级安装幕板（1毫米厚穿孔铝板）。现行国内外球幕幕架及幕板安装过程的检测基本是用的单向激光测距仪及360度激光测距仪，前者一次只能检测一个方向的球幕半径，后者虽然能检测球幕同一圆周内360度方向的半径尺寸，可要同时检测球幕空间各个方向、各种角度的半径尺寸却很困难，而且很难保证检测精度，更谈不上保证球幕施工质量。
        三.万能球幕空间半径检测仪技术设计研发
        由于球幕电影厅的直径比较大，目前国内最大球幕的直径达￠30m。球幕幕架及幕板的安装质量直接影响球幕影片的放映效果。球幕影院建设对球幕的设计、施工、设备选型特别是精确的施工过程要求很高，幕架、幕板安装工程本身就比一般建筑工程施工复杂得多。以北京科学中心特效影院的球幕为例，该球幕直径为￠27m，其直径设计误差为12.5㎜，幕架（也可称为网架）、幕板的安装都是球幕建设过程中的重中之重。而要使球幕的安装直径误差控制在设计范围之内，质量达到设计要求，其施工过程必须有较好的跟踪检测手段，即要求有控制球幕幕架、幕板安装质量的专业测量仪器。

        为了发明万能球幕空间半径检测仪，我项目组设计研发人员一方面与国内有设计、施工资质的单位技术人员进行沟通交流，广泛调查摸底，同时通过网上搜索，没有发现适合检测球幕空间任意方向半径尺寸的检测仪器，为了攻克该项难题，我司成立了以技术骨干为组长的课题设计研发团队，并实行项目经理负责制，在该研发课题动员大会上，大家集思广益，共同献策献计，从项目需求出发，从仪器研发的初步方案设计、项目施工图、制作工艺、实验材料、检测方法及检测原理等居方面分工负责，各专业技术骨干一齐动手进行课题研究。在项目研发过程中大家一致认为，该方案可以依托现行的单向激光测距仪，通过机械结构及附属装置的设计配合，最终实现球幕空间半径检测仪的多功能、多角度、全方位检测目标。
        课题组经过近两个月的研究，反复实验形成了如图二所示的初步方案，图中“光检测系统”通过能旋转的“立式旋转轴”支撑，顺反时针转动“光检测系统”时，万能球幕空间半径检测仪可以检测经梁方向任意点的半径尺寸；通过旋转“立式旋转轴”可以检测纬梁任意点的半径尺寸，通过二者的协调配合，能检测球幕空间任意角度，任意点的半径尺寸。在初步方案评审会上，与会专家一致认为该方案总体可行，但存在两个较大的问题，一是该检测仪器使用时定位困难，二是检测的半径尺寸误差较大。专家的评审意见既是本课题的重点，也是本课题研发的难点。

        有了专家的肯定，课题组就有了努力的方向，于是全组技术人员根据专家提出的问题进行更深入的研究，大家在原方案的基础上进行认真的探索，大胆创新，经过一段时间的艰苦努力又设计出了新的方案，如图三。图中“光检测系统”安装在可顺反时针转动的“调节支架”上（支架斜杆中部设置了水平转轴），检测仪使用时支架可以根据检测需要任意旋转角度并用锁紧螺栓锁紧，转动该支架可检测球幕经梁各点的半径，同理转动“立式旋转轴”可以检测纬梁各点的半径尺寸，二者协调配合可以检测球幕空间所有角度，所有点的半径尺寸。本次深化方案及实物实验的结果虽然比初步方案有了较大的进步，但存的问题仍然较大，首先是仪器本身的定位问题没有根本解决，其次是仪器使用过程中调节支架费时费力，而且测量精度仍未达到设计要求。
        为了确保球幕幕架、幕板安装达到设计要求，直径误差控制在12.5㎜以内，万能球幕空间半径检测仪仅能检测多角度，全方位的半径尺寸是不够的，该检测仪同时应保证检测数据的准确性，即确保检测精度。而要达此目的并非易事，这就是本课题的重要创新点，也是万能球幕空间半径检测仪设计研发的关键技术。该技术给研发人员提出了新的更高的要求。为了克服该难题，设计研发人员又开始了新的探索之路。
        研发组全体成员在项目经理的带领下群策群力，大家不断地查找相关资料，不断地修改设计方案，同时进行实物试验，对原先的深化方案进行了全面的修改完善。
        1.底座：将检测仪的对地接触面积由原先的0.01㎡修改为0.254㎡（原方案是边长为0.1m的矩形，现修改为直径¢0.18m圆形），增加了底座面积，使检测仪的整体稳定性有了明显的提高。底座中心的小圆孔还能为检测仪的快速定位提供帮助。
        2.将原深化方案中的旋转轴（立柱）修改为直径¢180㎜的微动盘，增加了仪器整体的稳定性及其与底座的配合精度。
        3.设计方面进一步减少了机械零件的尺寸偏差，提高了动静配合的精度，从而最大限度地提高了检测仪的测量精度。
        经过几十次的实验并进行反复测试，课题设计研发组完成了多功能球幕空间半径检测仪的实物研发制作，其创新性、适用性完全满足球幕施工及工程验收需要，达到了设计要求。

        四.万能球幕空间半径检测仪技术综述
        万能球幕空间半径检测仪紧紧依托单向激光测距仪通过多种机械传动结构的配合设计加工制作而成，该检测仪的基本原理参见图四。
        底座：支撑整个检测仪机构，它本身同时具备调整仪器整体水平，并通过底座中心的定位孔配合仪器定位，底座上部与微动盘配合处既是微动盘转动的轨道，又具备支撑微动盘及检测系统的功能。
        微动盘：主要用于支撑仪器检测系统，此外转动微动盘可检测球幕纬向任意点的半径尺寸。
        检测系统：该系统即为一个单向激光测距仪，转动检测系统可以测量球幕经向各个点的半径，通过检测系统与微动盘的协调配合能检测球幕空间全方位，各个点的半径尺寸。检测的半径数据将在“数据窗口中显示”。
        万能球幕空间半径检测仪实施检测前的定位：首先通过仪器底座三处垂直定位装置调整仪器水平，同时使仪器底座中心的小圆孔中心与球幕的球心在一条铅锤线上，接着调整检测仪“0点”的位置，并确保其与球心点完全重合，定位完毕，此时根据检测需要微调检测仪相应系统，按下开关，检测仪就可以检测相关位置的半径了。
        本课题设计研发的成果填补了国内外球幕空间半径检测领域的空白，有了该创新，球幕建设就可以节省大量的测量时间，也对施工过程的质量把关起到了关键性的作用，同时也为球幕影片的放映质量提供了基本保证，此发明属于全球首创。多功能球幕空间半径检测仪是采用机械设计、制造技术与光测量系统的紧密配合而研发的重要科研成果，该仪器通过实际使用，取得了业主、业内专家及球幕施工、球幕检测单位的一致认可，其开发价值及经济效益不可估量。
        五．结束语
        多功能球幕空间半径检测仪是机械结构与光测量系统紧密配合而研发的重要科研成果，在设计研发及实体制作过程中设计、制作单位团结合作，共同攻关，不断创新，才完成本课题科研成果。它是球幕建设过程及工程验收的重要测量仪器。检测仪的开发研究符合国家及行业相关规范。课题研发组全体人员决心在经后的创业创新途中步子迈得更大更远，以更优异的成绩回报社会，造福人类。
        参考文献：
        [1]《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008、GB/T3557-94；《电影院视听环境技术要求》、ISO9568-1993；《电子测量仪器通用规范》GB/T6587-2912；《电子测量仪器质量检验规则》GB/T6593-96等。
        [2]JGJ16-2008民用建筑电气设计规范，中国建筑工业出版社，2008。
        [3]GB/T3557-94电影院视听环境技术要求，由广播电影电视部中国电影科学技术研究所负责起草。
        [4]GB/T6587-2912电子测量仪器通用规范，2012年12月31日由中华人民共和国质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会联合发布。
        [5]GB/T6593-96电子测量仪器质量检测规范，1997年7月1日由中国标准出版社出版。
        作者简介：
        鲁仲恩：男，出生年月：1958年10月9日，籍贯：湖北省黄石市，职称：机械工程师，2020.9.19