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沈 祥 开 等 ：激 光 跟 踪 仪 在 检 测 连 铸 机 安 装 精 度 中 的 应 用
２０１４ 年 特 刊 （１）
图 １ 典 型 大 方 坯／异 型 坯 的 安 装 精 度 检 测 部 位
线加千分尺或钢 板 尺 进 行 检 测，此 方 法 会 产 生 诸 多 误 差， 如架线板投点、标注、架线板震动、挂 线 偏 差、垂 点 偏 差、量 计误差等等 ，要想达到高精度的安装标准难度很大［２］。
坐标系与设计图纸的坐标系一致，便于 后 续 评 价 及 数 据 分 析。坐标系建立及实测图示如图４所示。
图 ４ 坐 标 系 建 立 及 实 测 图 示 然后根据检测部位特性，灵活运用 不 同 规 格 的 光 靶 反 射球进行检测；必要时，因激光跟踪仪 的 光 路 遮 挡，可 通 过 转站实现全方位精密检测。 ４．２ 检 测 数 据 在专业安装单位的初次精密安装 后，运 用 激 光 跟 踪 仪 进行检测，数据显示大部分实测值与设 计 要 求 值 的 超 差 基 本上均小于１ｍｍ，其部分测量数据见表１。经过 分 析，这 些 数据的超差范围正好反映了安装单位所使用的传统测量器 具 （钢 卷 尺 、吊 线 坠 、普 通 水 准 仪 ）的 分 辨 率 和 精 度 误 差 。
如图１所示，为 典 型 大 方 坯／异 型 坯 的 安 装 精 度 检 测 部 位 图。 检 测 部 位 包 括，液 压 振 动 安 装 标 高 面，扇 形 段 各 安装轴轴心。
标高精度要求≤±０．５ｍｍ；中心线精度 最 高 要 求 ≤ ± ０．５ｍｍ；水 平 度 精 度 最 高 要 求 ≤０．１ｍｍ／１０００ｍｍ［１］。 ２．２ 目 前 检 测 方 法 的 现 状
光 靶 反 射 球 按 外 径 尺 寸 来 分 ，有 ０．５ 英 寸 、０．７５ 英 寸 、 １．５英寸及３．５英寸等 几 种，其 中 直 径 １．５ 英 寸 的 空 心 球 应用最为广泛［４］，１．５英寸反射球如图 ３所示。 ３．２ 检 测 方 法
将光靶反射球直接稳定接触连铸机被测部位即可进行
图 ２ Ｌｅｉｃａ ＡＴ４０１ 激 光 跟 踪 仪
图 ３ １．５ 英 寸 光 靶 反 射 球 检测，但连铸机安装永久基准点（“样冲”点）的 检 测 无 法 用 光靶反射球进行直接检测，这是因为 一 方 面 １．５ 英 寸 的 反 射球、甚至０．５英 寸 的 反 射 球 均 无 法 准 确 定 位 到 小 于０．５
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总第２１２期 冶 金 设 备
表 １ 典 型 大 方 坯／异 型 坯 安 装 精 度 测 量 值
测量值 检测项目 扇 形 段 （１）安 装 轴 轴 心 与 外 弧 基 准 线 距 离 （第 一 流 ）
设计要求 值／ｍｍ
５８９．５０－．３０．３
实测值 ／ｍｍ ５８８．２０１
扇 形 段 （２）安 装 轴 轴 心 与 外 弧 基 准 线 距 离 （第 一 流 ） 扇 形 段 （３）安 装 轴 轴 心 与 外 弧 基 准 线 距 离 （第 一 流 ）
传 统 检 测 方 法 ：以 主 轴 线 上 之 中 心 线 点 使 用 悬 挂 垂 球
① 作者简介：沈祥开，男，１９６５年出生，毕业于武汉科技大学冶金机械专业，工学学士，中 冶 连 铸 技 术 工 程 有 限 责 任 公 司 ，资 深 质 量 工 程 师 ，主 要 从 事 冶 金 设 备 制 造 安 装 质 量 管 理 工 作
关键词 连铸机 安装精度 激光跟踪仪 检测 中 图 分 类 号 ＴＦ７７７ 文 献 标 识 码 Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－１２６９．２０１４．ｚ１．０５５
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｔｒａｃｋｅｒ ｉｎ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ
摘要 简要介绍了典型连铸机安装部位的精度要求 以 及 目 前 检 测 方 法 的 现 状 ，同 时 介 绍 了 激 光 跟 踪 仪 的 检测原理、方法和精度。主要通过激光跟踪仪在检测 连 铸 机 安 装 精 度 中 的 实 际 应 用 ，在 可 行 性、检 测 数 据 及 检 测耗时方面与现有检测方法进行对比分析，说明了激光跟踪仪在检测连铸机安装精度 中 的 实 用 性、精 准 度 和 高 效率。
激光跟踪仪能在－１０℃至＋４０℃ 的 温 度 范 围 内 工 作， 测量直径可达３２０ｍ，测量精度为７．５μｍ＋３μｍ／ｍ，即在 直 径为３０ｍ 的 测 量 范 围 内，测 量 精 度 在 ０．０５５ｍｍ 以 内。 激 光跟踪仪从技术指标上完全可以满足需求。 ４ 运 用 激 光 跟 踪 仪 实 际 检 测 连 铸 机 的 安 装 精 度 ４．１ 检 测 方 案
全站仪极坐标检测方法：此方法可 以 在 任 意 一 个 可 观 测到测点的 位 置 对 测 点 直 接 进 行 实 测 ，利 用 极 径 和 极 角 （距离、坐标方位角）计 算 出 测 点 的 坐 标 值，以 实 测 值 和 设 计值进行对照，即可计算出偏差值 进 行 改 正 或 确 认［２］。 采 用全站仪建立极坐 标 系 统 快 速、操 作 简 便，克 服 了 经 纬 仪 系统由于场地狭小而设站困难和交会图形条件差的缺陷， 且测量精度均匀［２］。但此方法在效率上仍存在不足 。 ３ 激 光 跟 踪 仪 的 检 测 原 理 及 方 法 和 精 度 ３．１ 检 测 原 理
Ｓｈｅｎ Ｘｉａｎｇｋａｉ Ｘｉａｎｇ Ｙａｎｇ
（ＣＣＴＥＣ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ＰＭ Ｄｅｐｔ．，Ｗｕｈａｎ ４３００７３）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｍａ－ ｃｈｉｎｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｓｉｍｐｌｙ，ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｔｒａｃｋｅｒ ａｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏ－ ｄｕｃｅｄ．Ｂｏｔｈ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ ｄａｔａ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｉｍｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉ－ ｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｔｒａｃｋｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ，ｅｘｐｌａｉｎｓ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｔｒａｃｋｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ，ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ．
２０１４ 年 特 刊 （１）
ｍｍ 的“样冲”点上，另一方面 手 持 反 射 球 因 人 为 的 微 量 抖 动更无法精准地检测到基准点。所以，如 何 找 到 精 确 的 方 法检测到这些基准点，成为激光跟踪仪 测 量 系 统 发 挥 其 优 势的首要瓶颈。
利用一种激光跟 踪 仪 检 测 基 准 点 的 工 装 基 座，可 解 决 有效检测永久基准点（“样 冲”点）的 难 题，该 工 装 基 座 填 补 了激光跟踪仪有效 精 确 检 测 基 准 点 （“样 冲 ”点 ）的 技 术 空 白， 目前笔者已同时申请 了 发 明 专 利 （专利号：２０１３１０６３６７１３．２） 和 实 用 新 型 专 利 （专 利 号 ：２０１３２０７８３５４１．７）。 ３．３ 检 测 精 度
近年来，出现了运用全站仪取代传 统 方 式 进 行 设 备 安 装精度的测量，该方法测量效率高、精 度 高、且 仪 器 在 场 地 空间可灵活地架设。但此方法需要采集大量数据并进行 人工分析，测量时 还 需 专 用 的 工 装 器 具 进 行 过 渡，整 个 测 量过程需多 个 工 作 日 完 成，虽 然 较 传 统 方 式 有 较 大 的 改 善，但在效率、精度、测量报告的可靠程 度 等 方 面 仍 存 在 多
项不如人意之处，需要进一步改进完 善。 便 携 式 三 坐 标 测 量机—激光跟踪仪正好在这些方面较好地解决了这些不 足，但在连铸机安装专业技术领域的 应 用 尚 无 报 道 。 为 了 提升连铸机的安装 质 量，结 合 连 铸 机 的 安 装 精 度 要 求，笔 者尝试运用激光跟踪仪对连铸机的安装精度进行检测。 ２ 典 型 连 铸 机 的 安 装 精 度 要 求 及 目 前 检 测 方 法 的 现 状 ２．１ 典 型 连 铸 机 的 安 装 精 度 要 求
激光跟踪仪通 过 内 制 激 光 干 涉 器、红 外 激 光 发 射 器、 光靶反射球来测量长度，通过光栅编码 器 测 量 水 平 和 俯 仰 角度，实现三维大体积现场测量。跟踪 仪 本 身 具 有 一 个 机 身坐标系，同时，还 可 以 很 方 便 地 用 多 种 方 法 来 确 定 设 立 坐标系，或根据零件和工装夹具的定位 孔 或 基 准 来 设 立 测 量坐标系。 实 现 零 件 及 工 装 夹 具 的 各 个 定 位 平 面 ，定 位 销，定位孔等的空间定位。通过软件进 行 数 据 的 实 时 监 控 和位置调整，针对 于 测 量 过 程 中 的 一 些 特 征 的 测 量，配 置 附件辅 助 实 现 测 量［３］。Ｌｅｉｃａ ＡＴ４０１ 激 光 跟 踪 仪 如 图 ２ 所示。
首先建立三维空间坐标系：检测外 弧 基 准 线 的 两 基 准 点、铸流中心线偏移线的基准点、标高 基 准 点，使 用 激 光 跟 踪仪本身的电子水平仪建立大地水平 面，并 以 此 水 平 面 及 标 高基准点建立ｘｙ 平面，其中检测的外弧基准线为ｘ 轴， 外弧基准线与铸流中心线的交点为坐 标 系 原 点，过 坐 标 系 原点且垂直于 ｘｙ 平 面 的 轴 线 即 为ｚ 轴，过 坐 标 系 原 点 且 垂直于 ｘ 轴的轴线即为ｙ 轴。这样建立的三维空间