五冶集团上海有限公司 上海 201900
摘要：对于我们测绘公司而言检修测量是工作中不可或缺的一项，而其中辊系空间位置测量是较为常见的一种。本文就针对此次利用高精度全站仪进行辊系检测的测量方法做一简单介绍。
1引言
在现代化的工业生产线中，辊系是其重要的构成部分，但往往由于设备沉降或辊子更换等原因使得辊子本身中心线与设备生产中心线的正角度、水平度不满足生产需要导致所生产的钢卷出现边坡、褶皱等现象，由此可见辊系和生产线的相互关系尤其是正交度将决定了整条生产线产品的质量。因此，在检修测量时采用高精度的测量仪器、选择适宜的测量方法很重要。
2 基准的确定与控制网布设
使用全站仪进行辊系测量之前，首先要确立作业所采用的基准，通常是以生产线上的标板为基准。然后利用基准直接对辊系进行检测或是结合现场实际情况利用基准建立施测控制网进行检测，同时进行适当加密，以防个别控制点被遮挡影响作业。但是有些检修现场往往会存在无法利用标板作为基准的现象，这时我们一般以业主指定的基准为作业依据。
3任务概况及所采取的测量方法
此次检修是对一卷曲机的辊子进行正交度和水平度检测，现场概况如图3.1所示 ，视野较好，可以在正对辊子的方向选取一设站点直接利用标板通过自由设站来进行观测。具体观测方法如下：
方法一：多点解算圆心法：将带有反射片装置的磁力吸座吸附在辊子一端，通过转动辊子（如图3.2所示），测量反射装置以轴心为基准所旋转的法面上的4个点的3维坐标。解算旋转面的圆心坐标的必要条件为旋转面上的3个点的坐标，第四个点作为校核，并通过第四个点的多余观测进行数据拟合平差，进而解算出旋转面圆心坐标。采用同样的方法对辊子另一端进行测量，通过坐标值比较，即可得出辊子相对于基准线的正交度和辊子两端的水平度。为保证测量成果的准确性，通常对辊子两端分别进行两次测量。并将现场采集的数据实时传输给掌上电脑进行解算，两次结算结果＞0.2mm，则重新测量。
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图3.1 图3.2
方法二：垂线法：基于辊子是圆柱体，而其两端圆心连线构成的轴线实则与辊子的正射投影边线满足相互平行的关系即通过求得辊子最外边缘投影的两端坐标亦可得出辊子中心轴线与基准线的正交度。此时我们可以采用垂线法来求得边线两端坐标。如图3.3所示我们将细线两端分别固定重物和反射片，把细线两端分别置于辊子两侧，待反射片完全稳定后，利用全站仪测量反射片中心坐标即可得出辊子一端最外边缘坐标，另一端同理。通过坐标值比较，即可得出辊子相对于基准线的正交度。为确保测量数据的准确性此方法在实施时应注意需等反射片完全稳定后进行测量。
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图3.3 图3.4
3 误差分析
采用以上两种方法，可以得知我们的误差主要来源于两个方面，测量误差和点位误差。
点位误差包含两项：施测控制点的点位误差和对点误差。为减少点位误差，我们在现场测量中尽量采用直接利用生产线上的基准标板通过全站仪自由设站的方式来进行测量，此时我们只需要考虑自由设站的精度，自由设站示意图如图图3.4所示，A1、A2为已知点，通过以下数学公式可推算出设站点P的坐标。
【1】βA1=arcsin
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【2】αA1P=αA1A2+βA1
【3】Xp=XA1+S1cosαA1PYp=YA1+S1sinαA1P
由上述公式可知设站点P的坐标精度受到起算点精度、测量误差等方面的影响，而起算点采用的是基准标板不考虑其误差，我们主要分析测量误差对设站点P的影响。根据误差传播定律可得测站点P的横、纵坐标中误差为：
m²X=（cosαAP）²ma²+
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)m²αA1P
m²Y=（sinαAP）²ma²+
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)m²αA1P
其中ma为测距中误差，可以根据全站仪标测精度求得，mαA1P为坐标方位角中误差。此我们可以得到P点的点位误差为：
m²P=m²X+m²Y
因此，当我们采用全站仪通过自由设站方法进行检测时，其设站点的坐标精度由其全站仪的标称精度决定，但当我们增加一个交会点就会增加一个观测角和距离值，即增加了多余观测值，因此在交会点精度一定的情况下，设站点交会精度会随着交会点的增多而提高。
其次，我们分析坐标测量误差。通过图3.2，我们可以看到测量的主要误差来源于极坐标法测量的测角、量距给观测结果所带来的影响，水平角测量误差影响轴心坐标的X值，竖直角测量误差影响Z值而距离误差影响轴心坐标的Y值。而当我们比较其正交度时，可以发现其圆心X坐标影响正交度，根据误差传播定律测定一个点的X坐标误差为
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。由空间解析几何知识可得，不共线的三个空间点决定一个平面，则辊轴心X坐标的误差为：
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。在操作中至少测定4个点以上的坐标按间接平差或以任意三个点解算轴心坐标取平均，求得轴心坐标的最或然值。按误差传播定律，则由4个点测定轴心坐标的误差为
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，由于我们的正交度是比较辊系前后两个不同部位的轴心坐标较差，故由全站仪测量所引起的正交度误差为。
最后按误差传播定律，可得测定辊系正交度总误差为：
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，由此可见为了提高我们现场测量的精度，我们应尽量利用所提供的基准直接进行检测工作以减少点位误差，并且尽量采用自由设站的方法以减少对点误差，同时在设站时应该尽可能的增加交汇点以此来减少设站误差，同样如果现场条件允许，在旋转面上多增加测量点也可有效提高测量精度。
4结束语
在检修测量中，辊系测量精度要求相对较高，因此选择高精度仪器的同时，观测方法很重要，在现场作业过程中应尽量采用多种方法进行观测，每种方法观测两次，提高测量精度保证数据的准确性，真正做到为辊系正常运行起到保驾护航作用。