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三维激光扫描测量管片钢模精度分析 　　摘要：随着我国城市地下隧道建设的飞速发展，盾构法技术施工已占主体地位，隧道管片制作精度日趋提高，因此对浇筑管片的钢模的制造精度也提出了更高的要求。现在国内主要制作钢模的检测手段多局限于量具或专用样板检测。文章引入了三维激光扫描技术，对管片钢模的制造工序进行了全程检测和质量控制，为生产高精密钢模提供了有力保障 关键词：三维激光扫描；管片钢模；测量精度；地下隧道建设；盾构法 文献标识码：A 中图分类号：P234 文章编号：1009-2374（2017）07-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.048 钢筋混凝土衬砌管片需要在高精度钢模内制作成型。钢模由底模、侧模、端模三部分拼装而成，整体型腔内部组合成和浇筑衬砌环管片一致的腔体结构。其中型腔宽度公差要求控制在0.5mm范围内，型腔弧长公差要求控制在0.7mm范围内。混凝土管片整体拼装后，相邻环面间隙和纵缝相邻块间隙小于1mm。为达到这样的尺寸精度，要求钢模在制造工艺全流程中严格控制，只有完全符合精度要求的单体结构最终才能装配出合格的整体钢模。而常规的测量控制工具如千分尺、游标深度尺、专用检测样板等仅能测量单点局部尺寸，不能检测整体形位尺寸，单一的检测数据和结果难以分析制造过程缺陷和问题。为解决这一问题，笔者所在公司引入三维激光扫描技术，利用数字化检测手段对管片钢模进行全程检验和数据分析，为产品控制和生产工艺提供有力的数据支撑 1 三维激光扫描技术简介 1.1 三维激光扫描技术概述 三维激光扫描技术自问世以来就受到测量界的广泛关注，其技术优势有目共赌。与传统的检测技术相比，三维激光扫描仪能提供视长内、有效测程的一定采样密度的点云数据，并且具有较高的测量精度和极高的数据采集效率，可以有效避免传统的检测数据的局限性和片面性。而且三维激光检测技术对光线条件没有要求，能快速直接获取目标物表面所有三维坐标，可以利用三维坐标重建三维模型，通过三维坐标可以重建物体的线、面、体，进行各种计算、运算和分析等。三维激光扫描技术在建材机械、工程机械制造领域极具推广和现实意义 1.2 三维激光扫描仪 三维激光扫描仪如图1所示。三维激光扫描仪由手持式扫描探头、笔记本工作站、三维检测分析软件和光学坐标测量系统组成。仪器可以对工件进行整体三维数据采集，形成全面的检测数据报表，也可通过全局定位系统先对整体工件进行全局定位，将整体三维数据采集后通过检查软件和理论CAD数模进行三维比较，然后进行分析，得出的结果用色谱图的形式反映偏差分布情况。最后对偏差位置进行重点标注，生成详实的检测报告 1.3 三维激光扫描仪的检测精度 检测最高精度0.01mm，体积精度0.020+0.060mm/m，分辨率0.050mm，检测速率480000次测量/s，扫描区域275*250mm，基准距300mm。相对于管片钢模要求的尺寸精度而言，三维激光检测完全可以满足使用要求 2 管片钢模实际检测案例分析 隧道衬砌环管片的长度一般根据隧道直径的大小达到数米，根据隧道工程的要求生产管片的钢模的精度要求一般以0.01mm级别测量检验。这样的高精度是钢结构制造中比较少见的，也是管片钢模具不同于其他模具的技术难点。就此对一组典型的6m系列管片钢模部件进行了全程跟踪检验，根据数据结论分析生产工艺中存在的不足和缺陷，通过改善工艺流程，提高产品质量。三维激光扫描技术用于管片钢模的生产检测，并通过检测结果对生产工艺过程进行反馈修正，全面控制单件尺寸和整?w钢模拼装形位尺寸 2.1 管片钢模的组成部分 一般由两个侧模、两个端模、一个底模和相关附件组成。两个侧模形成的档距尺寸是环宽尺寸，两个端模间的尺寸是弧长尺寸，底模至侧模顶面的尺寸是深度尺寸。这三组尺寸是管片钢模装配后的关键控制尺寸。为达到装配后整体尺寸合格，必须严格控制单件的尺寸精度，及时修正过程缺陷是关键 2.2 端模检测 端模是管片钢模的端部组件，结构简单，面板加工型面长宽比较小。常用的制造工艺是组焊后整体退火消除内应力，最后整体数控机加成型。数控机加时采用焊接临时压板方式装卡。传统检验方法为百分表检查和刀口尺检查平面度，但弧度及微小的斜面尺寸却难以检测，激光扫描技术却以轻松解决测量难题。经三维激光检测数据采集和理论三维模型拟合对比，用颜色谱图的形式反映偏差分布情况。具体图谱报告如图2所示： 通过色制图谱分析判断，端模加工表面多呈绿色，且色制均匀，说明整面加工精度基本符合要求，仅在角落处有颜色突变，其中红颜色代表向上凸起，蓝颜色代表塌陷，证明存在微量的机加缺陷。经工艺跟踪检查发现，变形处恰在焊接工艺装卡压板区域，微量变形和焊接