船厂测量基础知识的培训教材.docx

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船厂测量基础知识的培训教材

测量技术培训教材

一、船厂测量的特点

1.1船厂测量特点与对测量设备要求

船舶精度管理对数据勘测部分的硬件是有特殊要求的。

这些特殊要求决定了船舶建造必须使用针对船厂特点而研发的专用全站仪。

船厂的数据勘测现场与技术有特殊要求如下：

1、现场环境恶劣，温差大，灰尘多而细小；

2、测量目标多，测量点复现情况复杂，反射片测量是船厂测量的主要任务。

3、分段、搭载现场测量空间小，测量角度大；

4、作业强度高；

5、船坞船台资源有限，需要多班24小时连续作业，实施夜间作业；

6、依据船型不同，测量精度要求不一。

由此，我们需要一台具备如下特点的全站仪：

1、具备高等级防水防尘要求；具备宽范围工作温度——来满足船厂的恶劣环境。

2、具备优异的反射贴片测量技术，并要求有各类配套的测量附件来复现各类测量点——来复现并准确获得各类管理点坐标。

3、具备较短的视距，并具备高仰角和高俯角测量的测量条件，并要求有高精度的角度校正基准作为保障——来实现在狭小范围进

4、行精准测量。

5、具备长时间工作时间的能力；——来帮助配合高强度的工作。

6、具备黑夜模式下的测量能力；

7、仪器精度依据造船的要求进行选择。

——来满足不同类型的测量任务。

1.2船厂反射片测量的重要意义的强调

我们考究全站仪进入中国船厂的历史，是由于韩国船厂在国内设分段厂，逐渐引进了索佳全站仪，同时引进了相关的测量配件。

这些测量配件的反射载体都是反射贴片。

为什么采用反射贴片作为船厂的测量模式呢？

由于全站仪在测量构件和分段上的管理点时，首先必须复现这些管理点。

而且，要考虑到测量设备测距光线的特点，选择一种稳定的测量模式——红外测量模式；还要考虑到测量设备测量光束与被测对象之间入射角正对的问题。

这三个问题都考虑到并得以解决，才能成为船厂的一种科学的测量方法。

而反射贴片很好地解决了以上三个问题：

第一、采用各种类型的贴片可以复现各类构件点；第二、反射贴片测量模式的测量精度是非常稳定的，鉴定机构可检测出其精度在亚毫米级（见“附件3：

SET2X检定证书”对于反射贴片的精度表示。

）；第三、反射贴片可以通过角度磁块，很好地解决入射角的问题。

免棱镜测量模式则采用激光发光管进行实物的直接测量。

由于激光本身不稳定和发散性的特点，其精度和测量范围受被测物体颜色、粗糙度、材质、形状等因素的影响。

所以激光测量不稳定。

同时，由于分段结构上的各类管理点——构件交叉点本身的特点，有些是凹的，有些是凸的，有些（如破口点）是找不到的，若采用免棱镜的测量方式，则无法很好的复现这些点，这为测量的准确性带来一系列的问题。

第三、由于全站仪测量时测量光束对于入射角无法进行约束，也会对测量的结果产生误差。

所以，在船厂采用免棱镜测量技术，将会使测量工作不严谨，存在误区，对精度管理的发展带来许多无法管理的因素和不利的影响。

不利影响如，在技术上无法对分段的管理点进行统一，由于免棱镜测量的实物，没有精细的点的标记，而每个人对于被测实物点的理解的不一，在前道和后道工序中，无法对同一个被测点进行准确性的描述、复现、瞄准和测量。

又如，难于落实按标准实施作业：

由于每个人对“够得到”和“够不到”的点的理解不同和执行力的不同，若船厂放任免棱镜测量的测量方式，将导致船厂无法按作业标准实施作业，对我们整体推动精度管理理念是非常不利的。

依据以上考虑，参考国内外先进造船厂的测量模式，反射贴片作为一种测量标准大力推广，而免棱镜（实物测量）被限制使用。

具体的措施如下：

1、大范围进行贴片测量方式的推广，船厂在选择测量设备的时候，需要多考究该全站仪反射贴片测量的技术能力。

2、提升实现管理点预先设置的理念，需要预先对过程管理中的管理点进行预设，这不光有利于测量，同时有利于帮助船厂加速精度管理的建设过程。

3、需要纠正和限制免棱镜测量的使用。

二、测量技术基础

2.1全站仪的基本原理

全站仪简介

定义：

全站仪是一种集角度测量（水平角、垂直角）与距离测量（斜距、平距、高差）为一体的测量仪器。

本质测角部分相当于电子经纬仪，测距部分相当于光电测距仪。

特点：

测量范围大、智能程度。

在外业操作时，仅需单台全站仪即可根据现场环境自由选择设站位置进行坐标采集工作。

应用：

全站仪已广泛用于点位测量、施工放样、形状检测等多方面的测量工作中。

2.2全站仪测量原理

全站仪经纬仪部分的基本结构及其相互关系

*经纬仪三轴及相互关系（图1）

图1

*测角原理

水平角原理：

水平角是两垂直照准面与仪器水平切面之间的夹角。

垂直角原理：

垂直角是目标视准线与其相应水平视线之间的夹角，又称

为竖直角或高度角。

在实际测量中，目标方向的垂直角常用天顶距表示,天顶距是目标视线与铅垂线（天顶方向）之间的夹角。

*测距原理

光速测距法：

相位法测距：

测定仪器发出的连续正弦信号在被测距离上往返传播所产生的相位差，并根据相位差求得距离。

*全站仪的水平状态确定

全站仪有三个气泡，圆水准气泡、长水准气泡、电子气泡。

圆水准气泡：

大致水平，精度不高

长水准气泡：

精确水平，精度较高，受外部影响，稳定性较差

电子气泡：

精确水平，精度高，具有补偿作用

注意事项：

全站仪的外部水平泡由于反应比较灵敏，光照、温度、轻微震动、仪器转动都会导致偏离，所以在整平时，查看电子气泡，保证在允许范围内后，测量过程以电子气泡为准。

*全站仪的电子气泡补偿状态

用水准气泡整平仪器时，由于水准气泡本身的置平精度限制，不能保证仪器垂直轴与铅垂线完全一致；另外，受温度变化、基础震动等因素的影响，仪器垂直轴与铅垂线的相对关系将会不断发生变化。

垂直轴的倾斜可以分解为纵（望远镜方向）、横（水平轴方向）两个方向的倾斜分量，该两个倾斜分量分别影响垂直角和水平角的观测。

为了动态补偿垂直轴倾斜对角度观测，特别是垂直角观测的影响，全站仪中安装了双轴补偿系统。

所谓双轴补偿是指自动补偿垂直轴纵向倾斜分量对垂直度盘读数的影响和垂直轴横向倾斜分量对水平度盘读数的影响。

在船上或者浮船坞测量时，测量基准在船上，由于测量过程中有震动，需将倾斜补偿关闭，保证仪器与船体的相对基准统一。

*坐标计算基本原理

左图中点O为仪器中心位置，P为观测目标点，实测斜距、水平方向角、垂直角分别为S、α、β。

2.2全站仪的误差来源和消除方法

*仪器

系统误差（三轴误差改正、气象改正、常数改正等）

偶然误差（偶然误差不可避免，表面上看不出任何规律）

目标误差（采用配套的目标反射装置，点位精度优于1mm）

*外界环境

温度（不宜在周围温差过大情况下测距）

日照（避免仪器在强光下暴晒过久）

光雾（避开周边电焊等产生的强光、尽量不在雾天进行测量）

*观测人员

在仪器整平、目标瞄准等操作中均会产生误差，由于各人感观存在差异性，建议每次测量操作均

由同一观测人员完成。

棱镜、反射片、无协作目标三种测距模式，单键目标类型切换操作，

无协作目标棱镜反射片

2.3全站仪设置

*操作面板按键介绍

✧

关机

[ON]键：

打开电源

✧[

]键：

发射激光或打开背光

✧[F1]～[F4]键：

选取软键对应功能

✧[ESC]键：

退出当前操作返回上一菜单

✧[BS]键：

删除前一字符

✧[SFT]键：

目标类型切换或键盘输入模式切换

✧[[FUNC]键：

菜单翻页

✧[0]～[9]、[.]、[+/-]键：

数字字母输入

✧[]、[►]、[▲]、[▼]键：

光标移动或改变选项

✧

键：

选取选项或确认输入数据

a.开机方式

正常开机：

[ON]

热启动开机：

[F4]+[BS]+[ON]（仪器参数初始化）

冷启动开机：

[F1]+[F3]+[BS]+[ON]（清除内存全部数据，恢复出厂设置）

b.状态模式菜单结构

SETXSOKKIA

S/NXXXXXX

Ver.XXX-XX-XX

XXX-XX-XX

文件JOB3

测量内存配置

状态模式

设置模式

仪器参数设置、键功能定义等操作

内存模式

文件、已知坐标和代码操作

测量模式

测量的各种操作

c.设置模式菜单结构

测距类型:

斜距/平距/高差

倾斜改正:

YES（H,V）/YES（V）/NO

视准改正:

YES/NO

两差改正:

NO/K=0.142/K=0.20

手设竖盘:

NO/YES

竖角类型:

天顶距/垂直角/垂直90o

坐标格式:

N-E-Z/E-N-Z

角度显示:

1”/5”

水准面改正:

NO/YES

观测条件

仪器设置

仪器常数

通讯设置

单位设置

键功能

更改密码

关机方式:

5/10/15/30分钟/NO

亮度:

1/…/3/…/5

对比度:

1/…/10/../15

恢复功能:

开/关

EDM接收调节:

自调/不调

倾斜零点测定

视准差测定

设置模式

温度:

℃/℉

气压:

hPa/mmHg/inchHg

角度:

degree/gon/mil

距离:

meter/feet/inch

键定义

键寄存

键恢复

键功能

测距切换置零坐标

菜单倾斜设角EDM

对边偏心记录放样

OK

键功能

用户定义1

用户定义2

键功能

用户定义1

用户定义2

默认定义

更改密码

旧密码

:

d.测量模式菜单结构

测量模式下的各种功能操作是通过按[F1]…[F4]四个功能软键来实现的，软键菜单共含12项功能（3页×4项），其键位可由用户自行定义，菜单页面切换通过按[FUNC]键进行。

测距切换置零坐标P1

菜单倾斜设角EDMP2

对边偏心记录放样P3

测量

ppm0

S6.701m

ZA90°55′40″

HAR43°53′01″P1

测距切换置零坐标

测量模式

测距：

距离测量切换：

观测值显示切换置零：

水平角值置零

坐标：

坐标测量复测：

水平角均值测量对边：

目标点间距离、高差测量

放样：

放样测量偏心：

偏心测量记录：

进入存储数据菜单

EDM：

测距参数设置设角：

水平角值设置倾斜：

电子气泡和倾角显示

菜单：

常用程序菜单悬高：

悬高测量后交：

后方交会测量

右/左：

左右角切换ZA/%：

坡度值显示切换锁定：

水平角锁定或解锁

显示：

显示最新观测值输出：

数据通讯口输出信号：

测距信号检测

面积：

面积测算英尺/米：

单位切换显示仪器高：

仪器、目标高输入

放线：

直线放样测量投点：

点投影计算———：

未定义

2.4附件的使用注意

*半反射片摆放：

注：

反射片摆放时，使反射片正对仪器，成一定角度，45°~60°为宜。

*双点标靶摆放

注：

隐蔽标靶摆放时，角度没有影响，只需确保两个标靶能够同时看见，端部对准被遮挡点即可。

测量时，先对外部标靶测量，再测内部标靶，确保两标靶中心与测杆端部的共线性及相对长度关系。

*搬站

仪器进行搬动时，两个基准点（旋转标靶）尽量分布在分段两端，如现场条件不允许，基准点放置于与仪器所成角度大于15°处（30°~150°为宜）。

为确保搬站前后所测同一基准点的位置偏差较小，在测量过程中，应尽可能严格瞄准旋转标靶十字丝中心。

由于转动标靶时可能出现稍许的中心位置偏移，导致搬站测量偏差过大，此时可偏离中心重新测量，直至精度在1mm内。

仪器可进行多次搬动，但是搬动次数越多，测量精度越低，建议现场条件允许情况下，一般不超过2次。

三、EcoMES分段测量软件

3.1软件功能介绍

EcoMES提供了多种测定方法，用以测量实物分段的在胎架上生产状态、装配状态以及其它状态。

1.测定

1.1建立局部坐标系

该方法在没有测定对象分段的设计数据情况下，选取任意一点作为原点，剩余点将用以生成用户指定的轴，然后进行测定。

以下所记述的是在标准测定中所提供的3种设置坐标轴的方法。

●原点（第1点）+X轴（第2点）:

第一测定点作为原点（确定好XY平面），第二测定点与第一测定点的连线为X轴（如果该连线不在XY平面上，则该连线在XY平面上的投影为X轴），Z轴方向始终以全站仪的水平垂直方向为准。

其后所测定的点将自动按照先前生成的坐标系显示坐标。

原点（第1点）+X轴（第2点）测定范例

●

X轴（第1-2点）+Y轴（第3点）:

第一测定点为原点，第二测定点与第一测定点的连线为X轴（YZ平面确定），第三测定点与第一测定点的连线为Y轴（如该连线不在YZ平面上，则该连线在YZ平面上的投影为Y轴）。

其后所测定的点将自动按照先前生成的坐标系显示坐标。

X轴（第1-2点）+Y轴（第3点）测定范例

●X轴（第1-2点）+Z轴（第3点）:

第一测定点为原点，第二测定点与第一测定点的连线为X轴（YZ平面确定），第三测定点与第一测定点的连线为Z轴（如该连线不在YZ平面上，则该连线在YZ平面上的投影为Z轴）。

其后所测定的点将自动按照先前生成的坐标系显示坐标。

X轴（第1-2点）+Z轴（第3点）测定范例

1.2距离

计算测定点和设计点的实际空间距离以及X/Y/Z距离，并可便于查看查看。

因此，可轻易获知设计与实物之间的实长距离及X/Y/Z距离差异。

同时，在EcoMES中，该功能也具备实时测量的分析能力，因此对于测定时遗漏的测定坐标，在现场即可直接进行补测并执行快速分析。

两点间距离

例如测量分段中心线或分段上任意两点位置等

（1）点击计算-两点间的距离

（2）在测定点上选择起始点和结束点2点

（3）选择坐标（测定坐标和设计坐标）

（4）点击“计算”

（5）查看结果（X长，Y偏差，Z偏差，空间实长等…）

两点间距离计算

1.3直线度

计算测定点和设计点的直线度，结果便于查看。

因此，用户可轻易进行实物直线度的实长偏差及X/Y/Z偏差分析。

例子如下。

（1）首先选择任意2点作为基准直线。

（2）以

（1）中选择的2点所组成的基准直线为准，选择要求直线度的点后，点击计算按钮，进行结果分析。

直线度计算

1.4平面度（分段平整度）

在EcoMES中，为分析实物分段的平面度提供了相应的计算功能。

该功能支持实时测量分析，在现场即可对测定点/设计点进行快速分析。

以下所记述的是分段平面度的计算方法。

计算平面度

[1]在构件上选择或测定任意3点构成平面。

[2]对应[1]中所形成的平面选择需要确认平面度的点，然后点击计算按钮。

[3]分析平面度

计算平面度的方法

1.5角度

计算测定坐标和设计坐标的角度，结果便于查看。

同时，在EcoMES中，该功能也具备实时测量的分析能力，因此对于测定时遗漏的测定坐标，在现场即可直接进行补测并执行快速分析。

因此，用户可对比设计及实物，轻易进行角度分析。

1.5.1三点间角度

表示计算测定坐标和设计坐标的三点间的角度

（1）实施计算-三点间角度

（2）选择3点

（3）确认计算结果以及误差分析

三点间角度计算

1.5.2两直线间角度

可以计算测定点或设计点所构成的直线夹击角。

（1）实施计算-两直线间角度

（2）选择两直线

（3）选择坐标（测定坐标和设计坐标）

（4）确认计算结果以及误差分析

空间两直线夹角

1.5.3构件间的角度

可计算构件间的角度（测定坐标和设计坐标）计算，现场直接测量两构件交叉线以及构面上各自的点，即可得出角度。

以下所记述的是构件间角度计算的方法。

红色线段为构件交叉线

构件间的角度计算

（1）实施计算-构件间的角度

（2）选择构件间交叉线上的两点进行测定

（3）选择构件面上的任意点进行测定

（4）确认计算结果以及误差分析

构件间角度计算方法

1.7圆心

测量圆周上的任意3点后，可求圆心坐标。

可对管道或球型物体的设计及实物进行对比分析偏差。

计算圆心坐标

1.8弧长

测量任意组成弧线上的3点后，即可求出弧线

长度。

计算弧线长

1.9余量划线/检测

以船的对焊面上的检查线或临近对焊面的最近一道肋检线为基准，设立基准面（1.1内容中的第二或第三种方法）。

随后在对焊面上任意打点并比对设计数据后，即可知道该点的余量值（X.Y.Z三个方向坐标均已考虑）。

（1）使用‘X轴（第1-2点）+Y轴（第3点）’或‘X轴（第1-2点）+Z轴（第3点）’设置局部坐标系

确立基准面

（2）采用‘X轴（第1-2点）+Y轴（第3点）’时，，若采用‘X轴（第1-2点）+Z轴（第3点）’方法，a）开始设置“原点-X轴”，前3点的Y值均为0。

（3）测量端面（BUTT面）上的其它纵骨和外板交叉点。

采用‘X轴（第1-2点）+Y轴（第3点）’时，根据Z值数据划余量线；采用‘X轴（第1-2点）+Z轴（第3点）’时，根据Y值数据划余量线，。

※注意：

分段的变形是必然的，查看端面数据时一定要同时注意X，Y，Z数据，根据三维空间数据偏差才能得出真正准确的余量值和变形值。

单纯取信其中一个数值的方法是片面和不合理的！

1.10水线划线/检测（该功能仅支持SOKKIA仪器）

在船的中心线上有吊线垂的标记位置，在这里设置两个支点作为“原点-X轴”后（即2点所成的直线于全站仪的水平Z轴组成的面平行或重合于船体中纵面可或），设置‘水线划线/检测’。

然后看现在测定的坐标、基准坐标和偏差，可以找出划水线刻度的位置。

（4）运行‘水线划线/检测’

（5）设置‘水线划线/检测’

a）轴设置方法：

选择“原点（1PT）+-X轴（2PT）”模式

b）输入船台斜率（角度或Tangent值，二选一）

c）设置水线间隔：

输入以米为单位的刻度间隔

（6）出现测定信息框后根据提示测定（按设置原点-X轴、水线基准点的顺序测定）

a）开始设置“原点-X轴”，首先出现“完成原点测定”对话框

b）点击“确定”

c）根据提示进行“原点-X轴”设置的原点测定

d）进行“原点-X轴”轴点的测定，然后完成“原点-X轴”的设置

f）程序自动根据输入的斜率调整坐标轴

水线划线/检测

（7）测定水线的基准点

※如果测定好基准点后，就会出现基准坐标、测定坐标、偏差值

-测定坐标X,Z是当前测定的坐标值

-基准坐标X是从“原点-X轴”中所设定的原点到水线基准点的X轴向坐标值

即，因为船体存在倾角，所以如果测量的水线垂直于船台线且经过水线基准点的话，其X值将始终和基准坐标X值相同。

-“基准坐标Z”是水线刻度的水平理论高度位置

-如）假设水线的基准点水平为“100”，水线间隔为“200”，现在测定的水平为“130”，基准坐标Z为“100”，偏差值就为“30”。

假设现在测定的水平为“280”，基准坐标Z输入300，那么偏差值就为“-20”。

偏差值是测定坐标减去基准坐标的值。

（8）设置测定方法

a）单一测定：

仅一次的测定

b）连续测定：

点击一次测量按钮，仪器就会自行连续测定

（终止：

再次点击按钮，就会终止连续测定）

（9）完成测定

Draft测定演示

3.2软件操作实践

四、全站仪的检校与维护

4.1使用规范

1、严格执行测量计划，务须提前备好测量所需的仪器及各种工具。

2、测量仪器属精密仪器，使用时必须严格操作程序，精心爱护。

3、测量仪器必须定期保养和维护，并应认真登记备案。

若出现严重损坏、损失或其他现象，须立即上报并按照损失赔偿。

4、测量仪器严禁擅自拆卸或改装，更不得私自外借。

5、使用设备时必须爱护测量仪器，防止振动、日晒、雨淋，仪器箱子不应坐人。

6、开箱提取仪器：

①先安置三脚架，使三脚架稳妥，开箱取出仪器前应看清仪器在箱中摆放的位置，以便用毕装箱时放回原处。

②从箱中取出仪器时不可握拿望远镜，应握住基座或望远镜的支架，取出仪器后小心地安置在三脚架上，交立即旋紧连接螺旋，做到连接牢固。

③仪器调平，要领：

“调架高，粗整平；调螺旋，精整平。

”

特别注意：

整平以电子气泡为准，由于光照、震动等原因，在测量过程中长水泡常常会偏离。

7、现场测量

⑴整平完成后开始测量，操作时应先松开制动螺旋，再转动仪器，使用仪器各螺旋必须十分小心，应有轻重感。

⑵仪器所在地必须时时有人，所谓“人不离机”，防止其他无关人员使弄以及行人车辆等冲撞仪器。

⑶在细雨中使用仪器时，必须撑伞，特别注意不得使仪器受潮。

⑷瞄准时必须将被测物体与仪器十字丝均调整至最清晰状态，然后才可以进行测量。

⑸测量过程中，反射片摆放时应大致正对仪器，成一定的角度，摆放角度尽量不要小于30度角。

⑹测量隐蔽靶的时候，隐蔽靶上的两个反射目标大致正对仪器，俯仰角度不宜过大，测量时先外后内，确定测量偏差在允许范围内。

⑺若需进行搬站，旋转靶摆放尽量放在被测分段两侧，“长边控制短边”，形成“交会优质角度”，若条件不允许，则旋转靶与仪器之间所成的角度至少应大于15度角（经验值）。

8、搬移仪器：

⑴搬移仪器前，若为全站仪应使望远镜对向度盘中心，若为水准仪物镜应向后。

⑵搬移仪器时，应先检查一下连接螺旋，然后，一手握住仪器的基座或支架，一手抱住三脚架，近乎垂直地搬移，不得横放在肩上，以免损坏仪器。

当搬移距离较长时，必须装箱搬移。

⑶搬移仪器时必须带走仪器箱及有关工具。

9、使用完毕：

⑴应清除仪器及箱子上的灰尘、脏物和三脚架上的泥土，将基座上的脚螺旋处于大致相等的高度。

⑵拧松连接螺旋，卸下仪器，装入箱子后，应该旋紧有关的制动螺旋。

⑶箱门要关紧，并立即扣上门扣或上锁。

⑷工作完毕应检点一切附件与工具，以防遗失。

10、其他工具：

一切仪器工具必须保持完整、清洁，不得任意放置，并需有专人保管，小件工具如反射片、旋转靶等尤应防止遗失。

11、一切仪器工具若发生故障，应及时向相关管理人员报告，不得自行处理，若有损坏或遗失，应写书面检查，进行登记，按有关条例赔偿。

12、仪器长时间使用时，半个月应对仪器进行检查，确认仪器状态，出现问题的仪器不能使用。

13、仪器应定时进行清洁保护，以延长仪器使用寿命；电池长时间不用时，半个月进行一次充放电。

4.2仪器的检校

*水准器的检校

1）松开水平制动扭转动照准部，使照准部水准器轴平行于脚螺旋A、B，使气泡居中。

2）将照准部旋转90°，使照准部轴垂直于脚螺旋A、B的连线，旋转脚螺旋C

使气泡居中。

3）再将照准部旋转90°，检查气泡是否居中。

若不居中按下述步骤进行调整。

4）用脚螺旋A、B气泡反向调整偏离量的1/2。

5）剩下的1/2通过照准部水准器的校正螺丝移动气泡，使其到中央位置。

6）重复1～5步骤，直至不管向哪个方向转动照准部，气泡始终居中。

7）在调整完长水准器后确认仪