基于精密工业摄影测量技术的设备检修

孙中胜 陈亮

摘 要 工业生产过程中，设备的位置直接影响到产品质量。钢厂检修任务中，利用精密工业摄影测量技术对张力辊轴线进行检测并指导调整，达到检修的目的，为同类型应用提供参考。

关键词 精密工业摄影测量 张力辊检测 平行 垂直

0引言

工业生产作业过程中，机器设备的安装位置及相互关系，对生产出来的产品质量起到至关重要的作用，故需要定期进行生产机器的位置检测。常用的方法为使用全站仪或者激光跟踪仪，由于全站仪的精度不够高、激光跟踪仪价格太贵等原因，研究使用基于摄影测量原理的方法，进行工业设备的安装检测。

1基本原理

精密工业摄影测量系统采用高分辨率摄影测量专用相机，在不同位置和方向获取被测工件两幅或多幅数字图像，经图像预处理、标志识别与定位，图像匹配、空间三角交会及光束法平差后得到待测点的三维坐标，依据点的三维坐标对工件进行几何尺寸检测、变形测量、逆向工程分析等。

数学模型是基于摄影时物点、镜头中心、像点三点位于同一直线上，由此建立的方程称之为共线条件方程或构像方程。经过相机标定、定向之后，摄影像片的内、外方位元素，以及镜头畸变等参数为已知，像点坐标p（x、y）由相机CCD测定，利用共线条件方程通过最小二乘平差解算求得物方点三维坐标。

单相机工业摄影测量系统用于大型工业产品、生产设备、试验设施等对象的空间几何尺寸检测，具有精度高、非接触、速度快、自动化、超便携等特点。系统主要由高分辨率摄影测量相机、长度基准尺、回光摄影标志和系统软件组成。

2应用案例

本次研究对象为检修状态某车间张力辊轴线的检测，两个张力辊轴线相对位置不平行，会导致生产出来的钢板质量不合格。现场地面有两个基准点，理论上，两张力辊轴线应与两基准点连线垂直，且两张力辊轴线在水平面上处于平行关系。

为了引入水平和垂直的参考基准，使用全站仪与工业摄影测量相结合的方式，主要包括四大步骤为：（1）将全站仪与SMN软件联机，采集1#、2#基准点;（2）测量轧辊平台上的基座上的摄影测量靶标;在被测轧辊平台上粘贴摄影标志点，在轧辊上粘贴多个摄影单点，使用单相机测量系统在其四周进行多角度拍照测量;（3）拍摄完成后把照片导入MPS工业摄影测量软件中进行计算，得到轧辊上单点的及其测量工装的空间三维坐标值，将全站仪测的平台上的基准点数据与摄影测得基准点数据进行空间转换，即把摄影测量数据转换到全站仪坐标系下。在MPS工业摄影测量软件中将摄影单点数据拟合成圆，添加圆心，并在圆心法线上添加一点A，连接圆心与添加点A即拟合成轧辊轴线。将1#、2#基准点投影在全站仪坐标系XOY平面上，投影点连线构成基准线;（4）在MPS工业摄影测量软件查询轧辊中轴线与1#、2#投影点连线构成的基准线的夹角;查询轧辊中轴线与全站仪坐标系XOY面的夹角。

作业现场，先进行张力辊现状的检测，然后按照检测结果进行位置调整，调整完之后再检测，不断反复，直至检测获得满意的结果。辊轴线长度 2m，假定张力辊1的前后两个截面中心点为A1，A2，张力辊2的前后两个截面中心点为B1，B2。

初次检测，张力辊1初始状态测量结果为：水平方向上，轴线在水平面上的投影线与基准线垂线夹角为0.0136埃珹1、A2在水平上的偏差值为0.47mm;垂直方向上，轴线与水平面夹角为 0.0135？A1、A2 点高度偏差为-0.47mm。张力辊2初始状态测量结果为：水平方向上，轴线在水平面上的投影线与基准线垂线夹角为0.0041埃珺1、B2在水平上的偏差值为-0.14mm;垂直方向上，轴线与水平面夹角为 0.0043？B1、B2 点高度偏差为-0.15mm 。

工人按照以上檢测的初始结果，拧动螺栓，调整张力辊位置。重复以上检测步骤，获得第一次调整后的检测结果。张力辊1测量结果为：水平方向上，轴线在水平面上的投影线与基准线垂线夹角为0.0103埃珹1、A2在水平上的偏差值为+0.36mm;垂直方向上， 轴线与水平面夹角为 0.0120？A1、A2 点高度偏差为-0.42mm 。张力辊2测量结果为：水平方向上，轴线在水平面上的投影线与基准线垂线夹角为0.0051埃珺1、B2在水平上的偏差值为-0.18mm;垂直方向上， 轴线与水平面夹角为 0.0061？B1、B2 点高度偏差为-0.21mm 。

工人按照以上检测的第二次结果，拧动螺栓，调整张力辊位置。重复以上检测步骤，获得第二次调整后的检测结果。张力辊1测量结果为：水平方向上，轴线在水平面上的投影线与基准线垂线夹角为0.0015埃珹1、A2在水平上的偏差值为-0.05mm ;垂直方向上，轴线与水平面夹角为0.0112？，A1、A2 点高度偏差为-0.39mm 。张力辊2测量结果为：水平方向上，轴线在水平面上的投影线与基准线垂线夹角为0.006埃珺1、B2在水平上的偏差值为-0.21mm ;垂直方向上， 轴线与水平面夹角为 0.0042？B1、B2 点高度偏差为-0.15mm 。

至此，完成张力辊的检测调整工作。后期张力辊运作，生产出来的钢板质量确有改善，表明此次基于精密摄影测量的检修工作有效。

3结论

精密工业摄影测量的方法，应用到钢厂张力辊的检修工作，通过多次的检测结果及该结果引导的设备位置调整，可有效完成检修工作，提高生产效率。通过此次试验，为同类型的轴线检测检修工作，提供了基本思路。

参考文献

[1] 黄桂平.数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用[D].天津：天津大学，2005.

[2] 冯其强，黄桂平，李广云.基于多片前方交会的工业摄影测量自动匹配[J].中国图象图形学报，2019，14（06）：1194-1198.