管片钢模激光测量技术的应用
文宇宏
摘要：随着我国当下隧道建设技术的不断提高以及建筑工艺的不断进步，对管片钢模测量精度的要求也随之提高。从传统的人工测量方式到当下的数字化测量方式，测量的准确性以及精度相较以前都有质的飞跃。本文将对管片钢模激光测量技术的应用进行探讨，从管片钢模的结构出发，分析激光测量技术，并对其应用展开讨论。
关键词：管片钢模;激光测量技术;精度;误差
前言：
在当下的建筑工艺中，对于管片的精度要求是十分严格的。像混凝土管片在整体拼装之后，对于其相邻管片的间隔也有着十分严格的要求。这种要求是毫米级别甚至更低，而想要达到这种精度，除了在安装时需要严谨认真，管片钢模的制作工艺至关重要，其成功与否将直接决定最终工程是否顺利。而想要制作成功，管片钢模的测量技术必不可少。
一、管片钢模的结构与测量方法
1.1管片钢模
管片钢模作为制作混凝土衬砌段的模具，它的精确度将直接决定所制作的钢筋混凝土衬砌段的精度，而这也将决定施工的质量问题，所以对于管片钢模的制作十分重要[1]。钢模的构成可以分为三个部分：端模、侧模以及下模，对其腔宽长的公差要求要在零点五毫米范围之内。同时，对于腔弧长的要求公差要在零点七毫米范围之内，只有满足这个要求，高精度的管片钢模才算合格。
1.2测量方法
对于钢模尺寸精度的测量大体上可以分为两种方法：传统的机械测量钢模精度方法以及现代的光学电子手段测量钢模精度方法，这二者在工具和精度上都有所差别：
传统的机械测量钢模精度方法使用相对传统的物理测控工具，它主要是通过人工对各个数据的测量和记录，然后经过计算获得整体的计算精度误差。测量工具主要有游标深度尺、千分尺等等。在使用大量程的内径千分尺的时候，为了减少测量误差，测量臂不会很长，一般将长度设置在一米以内。这就限制了所测量的模具范围，同时，因为传统的内径千分尺重量和体积都相对较大，这也意味着在人工测量时有所不便，在测量过程中十分消耗人力物力，这对测量效率以及测量精度的准确性都有极大的影响。如果再加上对成本的要求，这无疑会造成高投入低回报。也正因为如此，现代光学技术测量管片钢模应运而生。
因为工程的需要，所以运用现代光学技术进行钢模测量在当下占据重要地位。而在光学测量技术中，通过激光跟踪测量系统进行管片钢模的测量最为普遍[2]。与传统的机械测量钢模精度相比，现代光学技术测量拥有精度更高、效率更高的优点。它凭借着更小的操作设备，能够实时跟踪测量，对于大尺寸工件测量有着极大的优势，也正因如此，对于管片钢模测量采用激光测量技术十分必要。
二、激光跟踪测量系统
2.1激光跟踪测量仪
激光跟踪测量仪是激光跟踪测量系统的重要组成部分，它的本质是一台可移动的光学三维坐标测量设备，他所能实现的测量误差能够达到每米五至十微米，而且相较于其他激光测量设备，它不需要频繁的进行校准，这也意味着它的测量效率很高，因为它的激光管与跟踪头的距离相对较远，能够减少设备的意外情况，使其始终能够高效稳定地工作。凭借其内置的定位传感器，它的测量速度是十分迅速的，装载有自动光速锁定功能，它达到每分钟180点的高速测量。而且相较于传统的机械测量设备，它可以实现自动化操作，这免除了人工重复操作的烦恼，减少发生测量失误的可能，从而节省人力物力的同时，提高了测量的准确性。
2.2激光跟踪测量系统的原理
想要明白激光跟踪测量系统的原理，首先要清楚激光跟踪测量系统的基本组成，其主要由激光跟踪仪、控制器、PC端、反射器（靶镜）以及其他相关设备构成。它的工作原理是借助光学反射原理，在所要测量工件位置设置一个反射器，激光跟踪仪的跟踪头会对向反射器发射激光，反射器接收到激光并将光束返回跟踪头。当反射器（测量目标点）不断移动时，跟踪头会不断调整光束方向，从而能够确保反射回的激光束被捕捉并且检测到，通过这一模式，在PC端能够将测量数据进行计算并且记录，将最终测量结果直观地展示出来，通过这一过程，不只能够提高测量的准确性，同时测量效率也大大提高。
三、管片钢模激光测量技术的应用
通过激光跟踪测量仪中装备的角度编码器，能够实现对水平和垂直角度的测量，从而在角度方面获得更加准确的数据;同样，在测距仪的帮助下能够实现对距离的精准把控，这对于管片钢模这种相对大型的测量器件而言十分方便。因为其对体积相对较小，操作灵活，所以在不同领域都有重要的实施价值。在大型机械制造业中，比如管片模具制造，通过激光跟踪测量系统，能够快速比对实际模具的偏差。同时，通过激光测量技术，能够快速将模具模型数据化，而获得的数据不只可以用来比对模具误差情况，同时可以为后期其它处理提供测量的数据支持。
同时，管片钢模激光测量技术在逆向工程中也发挥十分关键的作用。对于一些图纸不完整的模具，或者想要从已有模具的基础上构建图纸进行批量生产，那通过CAD进行图纸设计是十分必要的，而这就需要各个部位的精准数据。如果采用传统人工测量方式，测量工作无疑是十分艰巨的，而且一旦出现测量失误，所制作图纸也会存在问题，而利用管片钢模激光测量技术中的激光跟踪测量系统，能够很快获取准确数据，从而在CAD技术支持下完成图纸的完善或者进行逆向工程，最终加工出准确的模具。
再者，通过管片钢模激光测量技术中的激光跟踪测量系统能够实现汽车工业领域的三维模型搭建。借助激光跟踪仪能够实现对汽车整体的不同部位测量，进而获得不同部位的点云数据，再经过系统的拼接以及3D建模技术，就能获得高精度的汽车3D模型。
结语：
通过将传统测量方式与现代光学测量方式相对比能够明显发现：无论是在人力物力方面还是测量的准确度方面后者都具有相当大的优势，通过激光跟随测量系统不只能够校验模具误差，同时对于逆向工程的数据获取，以及在后期对图纸的修改都发挥着重要作用。
参考文献：
[1] 潘伟捷. 管片钢模激光测量技术的应用[J]. 城市道橋与防洪， 2022（01）：225-227+26.
[2] 季军， 万洋. 隧道管片钢模宽度的数字化检测方法[J]. 中国公路， 2018（20）：142-144.
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