本發(fā)明涉及拱橋施工領(lǐng)域，具體涉及一種鋼管節(jié)段高精度組拼定位方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、大跨鋼管混凝土的高精度成拱對(duì)保證施工質(zhì)量和橋梁安全至關(guān)重要。成拱過程經(jīng)歷桿件組拼→節(jié)段預(yù)拼→懸臂拼裝→合龍多個(gè)環(huán)節(jié)，其中，桿件組拼階段很大程度上決定了成拱線形的質(zhì)量，若組拼精度不足，任由后期如何調(diào)整，都很難達(dá)到理想的無應(yīng)力合龍狀態(tài)。

2、在鋼管拱節(jié)段制造組拼過程中，常常出現(xiàn)以下4種偏差情況：(1)法蘭盤安裝時(shí)未充分考慮孔位對(duì)齊，造成法蘭沿軸線旋轉(zhuǎn)，往往后續(xù)須擴(kuò)孔處理，降低效率；(2)采用傳統(tǒng)全站儀測(cè)量，僅關(guān)注了單個(gè)棱鏡位置，無法做到對(duì)法蘭盤的精準(zhǔn)放線，導(dǎo)致孔位平移，加上節(jié)段的橫撐和腹桿的下料誤差，導(dǎo)致管口間距偏差，法蘭盤無法嚴(yán)格對(duì)齊，仍須在節(jié)段成型后擴(kuò)孔；(3)法蘭盤姿態(tài)翻轉(zhuǎn)造成盤間一側(cè)產(chǎn)生間隙，需增設(shè)墊片調(diào)整；(4)節(jié)段弦桿下料誤差引起其管口端面不在同一個(gè)平面內(nèi)，實(shí)際情況中，節(jié)段一端的4個(gè)管口法蘭中，最多有3個(gè)可實(shí)現(xiàn)貼合，這在法蘭施焊時(shí)是難以覺察并通過現(xiàn)有手段精準(zhǔn)測(cè)量補(bǔ)償?shù)模虼朔ㄌm間須沿環(huán)向增設(shè)墊片。

3、綜上，現(xiàn)有技術(shù)仍停留在關(guān)注法蘭盤本身的擺放姿態(tài)，忽略了法蘭端面孔位在主拱拼接中的關(guān)鍵作用，其采用主拱節(jié)段實(shí)體預(yù)拼裝，將相鄰節(jié)段預(yù)先調(diào)整至固定位置后，互相預(yù)留出一定間距，接著將弦桿鋼管內(nèi)部的加勁板焊接定位，最終固定鋼管內(nèi)部法蘭盤。通過反復(fù)調(diào)整主拱節(jié)段整體的空間擺放姿態(tài)，并反復(fù)用龍門吊調(diào)整節(jié)段的前后位置，使得現(xiàn)有技術(shù)存在效率低下且主拱線形精度難以保證的問題。

4、因此，為解決以上問題，需要一種鋼管節(jié)段高精度組拼定位方法及裝置，能夠快速控制桿件組拼時(shí)的精準(zhǔn)下料和管口定位，從而保證了主拱最終的成橋線形精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供鋼管節(jié)段高精度組拼定位方法及裝置，能夠快速控制桿件組拼時(shí)的精準(zhǔn)下料和管口定位，從而保證了主拱最終的成橋線形精度。

2、本發(fā)明的鋼管節(jié)段高精度組拼定位方法，包括：

3、獲取組拼節(jié)段的所有弦桿的端口圓心坐標(biāo)；

4、根據(jù)端口圓心坐標(biāo)，確定弦桿的位置偏差；

5、調(diào)整弦桿的端口，使得弦桿的定位誤差滿足設(shè)定要求；

6、焊接橫撐、斜撐和腹桿，使當(dāng)前制造節(jié)段初步成型；

7、對(duì)當(dāng)前制造節(jié)段的弦桿內(nèi)法蘭進(jìn)行定位；

8、根據(jù)定位好的弦桿內(nèi)法蘭對(duì)法蘭進(jìn)行固定。

9、進(jìn)一步，獲取組拼節(jié)段的所有弦桿的端口圓心坐標(biāo)，具體包括：

10、將不少于3個(gè)光學(xué)棱鏡固定于弦桿的端口邊緣；

11、獲取光學(xué)棱鏡中心點(diǎn)的空間坐標(biāo)，確定如下式子：

12、

13、其中，xi、yi、zi表示第i個(gè)弦桿管口定位裝置中心點(diǎn)在局部坐標(biāo)系下的x、y、z坐標(biāo)，ri表示第i個(gè)管口半徑；第i個(gè)弦桿管口圓心的全局x、y、z坐標(biāo)為xo,i、yo,i、zo,i；

14、通過最小二乘法求解上述式子，獲取第i個(gè)弦桿的端口圓心的空間坐標(biāo)；

15、根據(jù)上述步驟進(jìn)行類推，得到所有弦桿的端口圓心坐標(biāo)。

16、進(jìn)一步，確定弦桿的位置偏差，具體包括：

17、對(duì)弦桿圓心進(jìn)行兩兩連線，得到弦桿之間的空間相對(duì)間距，將其與設(shè)計(jì)圖紙上的間距進(jìn)行對(duì)比，得到其位置偏差量。

18、進(jìn)一步，對(duì)當(dāng)前制造節(jié)段的弦桿內(nèi)法蘭進(jìn)行定位，具體包括：

19、將弦桿內(nèi)法蘭與法蘭定位工裝固定為一體，根據(jù)法蘭定位工裝的空間位置姿態(tài)，反算出弦桿內(nèi)法蘭的位姿；其中，將法蘭定位工裝安裝在法蘭調(diào)節(jié)裝置上，并將法蘭調(diào)節(jié)裝置套在弦桿上；所述法蘭調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)整弦桿內(nèi)法蘭的位姿；

20、通過已經(jīng)焊接成型的4個(gè)弦桿端口圓心o1、o2、o3、o4建立節(jié)段端面基準(zhǔn)坐標(biāo)系：

21、

22、其中，分別為以其中一根弦桿的管口中心o1為坐標(biāo)原點(diǎn)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向向量；(xo1,yo1,zo1)為o1的全局坐標(biāo)；(xo2,yo2,zo2)為o2的全局坐標(biāo)；(xo4,yo4,zo4)為o4的全局坐標(biāo)；

23、將棋盤格標(biāo)靶設(shè)置于法蘭定位工裝，拍攝棋盤格標(biāo)靶的圖像，獲取棋盤格中心點(diǎn)c點(diǎn)的(x,y,z)坐標(biāo)以及棋盤格標(biāo)靶的空間姿態(tài)；調(diào)整法蘭坐標(biāo)系xyz的角度姿態(tài)，使其坐標(biāo)軸方向向量與節(jié)段端面基準(zhǔn)坐標(biāo)軸向量平行，并調(diào)節(jié)棋盤格標(biāo)靶中心點(diǎn)c點(diǎn)的空間位置；使得法蘭盤孔群的中心點(diǎn)落在對(duì)應(yīng)弦桿的中軸線上，弦桿管口圓心連線與法蘭孔群的對(duì)稱軸平行。

24、進(jìn)一步，待拼接的弦桿內(nèi)法蘭端面處在同一個(gè)空間平面上，且該空間平面與節(jié)段同一端的任意管口端面平行。

25、進(jìn)一步，拼接的前后兩個(gè)法蘭孔位在法蘭盤端面上的投影重合。

26、一種鋼管節(jié)段高精度組拼定位裝置，包括節(jié)段初步成型單元以及弦桿內(nèi)法蘭固定單元；

27、所述節(jié)段初步成型單元，用于獲取組拼節(jié)段的所有弦桿的端口圓心坐標(biāo)；根據(jù)端口圓心坐標(biāo)，確定弦桿的位置偏差；調(diào)整弦桿的端口，使得弦桿的定位誤差滿足設(shè)定要求；焊接橫撐、斜撐和腹桿，使當(dāng)前制造節(jié)段初步成型；

28、所述弦桿內(nèi)法蘭固定單元，用于對(duì)當(dāng)前制造節(jié)段的弦桿內(nèi)法蘭進(jìn)行定位；根據(jù)定位好的弦桿內(nèi)法蘭對(duì)法蘭進(jìn)行固定。

29、進(jìn)一步，獲取組拼節(jié)段的所有弦桿的端口圓心坐標(biāo)，具體包括：

30、將不少于3個(gè)光學(xué)棱鏡固定于弦桿的端口邊緣；

31、獲取光學(xué)棱鏡中心點(diǎn)的空間坐標(biāo)，確定如下式子：

32、

33、其中，xi、yi、zi表示第i個(gè)弦桿管口定位裝置中心點(diǎn)在局部坐標(biāo)系下的x、y、z坐標(biāo)，ri表示第i個(gè)管口半徑；第i個(gè)弦桿管口圓心的全局x、y、z坐標(biāo)為xo,i、yo,i、zo,i；

34、通過最小二乘法求解上述式子，獲取第i個(gè)弦桿的端口圓心的空間坐標(biāo)；

35、根據(jù)上述步驟進(jìn)行類推，得到所有弦桿的端口圓心坐標(biāo)。

36、進(jìn)一步，對(duì)當(dāng)前制造節(jié)段的弦桿內(nèi)法蘭進(jìn)行定位，具體包括：

37、將弦桿內(nèi)法蘭與法蘭定位工裝固定為一體，根據(jù)法蘭定位工裝的空間位置姿態(tài)，反算出弦桿內(nèi)法蘭的位姿；其中，將法蘭定位工裝安裝在法蘭調(diào)節(jié)裝置上，并將法蘭調(diào)節(jié)裝置套在弦桿上；所述法蘭調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)整弦桿內(nèi)法蘭的位姿；

38、通過已經(jīng)焊接成型的4個(gè)弦桿端口圓心o1、o2、o3、o4建立節(jié)段端面基準(zhǔn)坐標(biāo)系：

39、

40、其中，分別為以其中一根弦桿的管口中心o1為坐標(biāo)原點(diǎn)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向向量；(xo1,yo1,zo1)為o1的全局坐標(biāo)；(xo2,yo2,zo2)為o2的全局坐標(biāo)；(xo4,yo4,zo4)為o4的全局坐標(biāo)；

41、將棋盤格標(biāo)靶設(shè)置于法蘭定位工裝，拍攝棋盤格標(biāo)靶的圖像，獲取棋盤格中心點(diǎn)c點(diǎn)的(x,y,z)坐標(biāo)以及棋盤格標(biāo)靶的空間姿態(tài)；調(diào)整法蘭坐標(biāo)系xyz的角度姿態(tài)，使其坐標(biāo)軸方向向量與節(jié)段端面基準(zhǔn)坐標(biāo)軸向量平行，并調(diào)節(jié)棋盤格標(biāo)靶中心點(diǎn)c點(diǎn)的空間位置；使得法蘭盤孔群的中心點(diǎn)落在對(duì)應(yīng)弦桿的中軸線上，弦桿管口圓心連線與法蘭孔群的對(duì)稱軸平行。

42、進(jìn)一步，待拼接的弦桿內(nèi)法蘭端面處在同一個(gè)空間平面上，且該空間平面與節(jié)段同一端的任意管口端面平行。

43、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明公開的一種鋼管節(jié)段高精度組拼定位方法及裝置，利用光學(xué)棱鏡定位鋼管節(jié)段弦桿表面，以毫米級(jí)精度擬合定位其中軸線空間位置，保證了鋼管節(jié)段的桿件的制造線形和每個(gè)管口中心點(diǎn)的精準(zhǔn)反饋；利用法蘭調(diào)節(jié)裝置精準(zhǔn)調(diào)節(jié)法蘭中軸線位置，使法蘭盤中軸線與弦桿中軸線重合，且保證了法蘭盤孔位與節(jié)段弦桿端面的空間相對(duì)關(guān)系規(guī)則。