一、检测内容
1、多节辊子的准线测量
多节辊子的轴线在水平面上的投影应为一条直线，如偏差超出许可范围，则应调整。
2、多节辊子的相对标高测量
设计数据表明，不同位置的辊子顶面相对两端点的零位基准有理论设计标高，实际标高偏离设计标高超出允许范围则应调整。
图1 辊子设计图
二、检测方案
1、辊子检测
在合适的位置架设全站仪，全站仪通过通讯电缆与计算机连接，在图2所示的专门工装的配合下，直接测量各检测点的三维坐标，并把三维坐标的测量结果实时传输给计算机。测量完毕后，计算机在专业软件的支持下，现场计算检测结果并指导调校。
检测基本方法是：测量时工装安放在需要检测的位置上，通过管水准器先整平工装底板，此时反射片目标支杆处于铅垂状态，因此反射片中心和辊子轴线处在一个铅垂面上，以此来检测过节辊子在水平面上的直线度，并根据软件计算给出的各检测点偏离直线的大小和方向指导调整。
通过比较各检测点的z坐标，可以看出各检测点相对两端零位基准的标高情况，如不在正确的范围内，即可根据高差的大小和符号调校辊子的标高。
图2辊子测量特制工装
2、坐标连接测量
如果测量范围较大或通视条件不好，则需要在多个位置设置全站仪，并通过坐标连接基准点实现多测站测量坐标系的统一。也就是说，无论全站仪在多个位置设了多少次站，只要进行坐标连接测量，就能把所有的目标点三维坐标统一到一个坐标系中，便于后续数据的处理。
因此，通过坐标连接测量，可以对大范围内的空间物体进行检测。如在车间中，可以把设备安装时建立的控制网点作为坐标系连接的基准点，在原设备安装时建立的坐标系中进行设备的运行后的检测与调整。
图3坐标连接测量示意图
三、索佳STMS工业测量系统简介
（一）概述
STMS是一个以系统软件为核心，集成索佳现代高精度全站仪及各种附件于一体的工业测量系统。系统以空间前方交会和空间极坐标测量原理为理论基础，通过获取角度或距离信息得到目标点的空间三维坐标，用于大型工业产品、部件以及生产、实验设备的空间大尺寸几何测量或安装调试。STMS可通过不同软硬件配置形成多台全站仪混合测量系统、单台全站仪极坐标测量系统。可结合用户特定需求定制专用测量功能模块，以*优的软硬件配置构成用户测量系统，从而更优、更省、更灵活地解决具体工作及特殊测量问题。
作为一种实时、非接触、移动式的大尺寸测量系统，STMS工业测量系统主要应用于航空航天、车辆制造、造船、钢铁、核工业、高能物理、通讯、机械制造、机器人、水利/水电、武器装备、造纸、工程测绘、逆向工程等众多领域。
（二）STMS系统主要硬件――NET1200全站仪简介
索佳NET1200是STMS工业测量系统的主要硬件设备，用于获取空间三维坐标信息。NET1200融合高性能的EDM（电子测距）技术和高可靠的**编码测角技术，集简便性、机动性和抗气候等环境影响等诸多优势于一体，以全新标准展现测量精度、范围和速度。
图4 索佳NET1200全站仪
1、主要技术特点
（1）世界独树一帜的超高精度反射片目标测距技术和无棱镜测距技术，甚至可以对半反射片也能实现高精度的测量；
（2）人性化的反射片目标照明功能，即安装在望远镜上部的白色发光二极管发出的光束，可以照亮反射片目标，亮度可根据环境条件设置，便于操作者在较黑暗的环境中寻找目标照准。此功能充分体现了索佳在反射片目标测量方面的专业水准
（3）长寿命电池。标准配置2块可快速充电的锂电池，每块电池可连续工作6小时以上。
2、NET1200主要技术指标
（1）测角精度：1″（在10m距离上的误差约为0.05mm），**编码读盘测角技术
（2）测距精度：反射片0.6mm+2ppm（实际精度可优于0.3mm），相位法测距技术
无棱镜 1.0mm+2ppm，相位法测距技术
（3）防护性能：IP66，可在雨中、高粉尘等恶劣环境中使用
（三）STMS系统软件功能简介
1、全站仪传感器的管理
主要功能是实现计算机与1台或多台全站仪的联机通讯，分窗口管理不同仪器组合，具有测量数据质量实时监控功能等。
2、测量坐标系的建立与空间点三维坐标的获取
系统提供多种坐标系的建立功能，并支持多次搬站与坐标系转换，在统一的坐标系中获取空间点三维坐标。
3、丰富的几何形状拟合计算功能
包括直线拟合（直线度）、平面拟合（平面度）、圆拟合（圆度）、椭圆拟合、椭球拟合、球拟合（球面度）、圆柱面拟合（圆柱度）、圆锥面拟合、抛物线拟合、抛物面、双曲面拟合。利用这些功能，可以对各种标准工件的形位误差进行检测。
4、几何形状之间关系的计算功能
在几何形状的拟合计算的基础上，软件还能提供相交、平行、投影、角度、距离等分析功能，可以测量平行度、垂直度、同轴度、同心度、铅垂度等各种检测量。
5、CAD模型比较功能
CAD模型比较功能可以将全站仪测量的离散点三维坐标与设计的CAD模型进行比较，准确显示出实际产品与其设计间的误差大小及分布。
总之，依据上述各种解算结果，可以对产品的现状实施检测，确定产品合格与否，同时可以指导安装工人实施调整，直至达到设计要求。
图5软件“直线拟合计算”结果显示界面
四、应用实例
1、项目背景
某钢铁集团公司炼钢热轧钢带厂连轧连铸机，是全套引进国外设备并由国外技术人员安装调试的。由于生产运行磨损和震动使设备部件发生了变形和移动，势必会影响设备正常工作致使产品质量不合格。因此必须对设备进行定期检修，对该设备的各轧辊进行调整,恢复其正确位置从而确保产品质量。如果聘请国外技术人员来测量调整不但周期长而且费用高，而炼钢厂原有的拉钢丝定位调整的方法速度慢、效率低、精度差，显然不能满足现代化生产要求。经多方调研该公司有关部门决定采用全站仪工业测量系统完成连轧连铸机轧辊的检修调整测量工作。实际工作表明系统操作方便、速度快、精度高，达到了非常好的效果，并节约了大量经费。
2、施测方法
（1）测量部位及要求
连轧连铸机轧辊部分的侧视截面图如图6所示（图中所示坐标系为设备设计坐标系）。
图6 侧视截面图
其中1＃
（2）测量标志
轧辊的设计位置是以轧辊左右两端圆截面中心的x、y坐标表示的。要直接在轧辊上确定测量点并照准施测是非常困难的，必须找出能够代表测量部位的其他辅助固定点，通过数学方法精密归算各截面中心点的位置。由于各轧辊尺寸一致，我们设计加工了专用辅助工装如图7所示。
使用时将其内侧柱面紧贴辊面，上板面借助水准器精密整平，将反射片标志安置在上板面上，如图2所示，因各个部分距离已知，则很容易归算得到圆截面Ei点坐标。由于轧辊设计是正规圆柱体，当轧辊两端各有一个圆截面中心满足设计坐标时该轧辊的位置就能保证正确了。
（3）测量方法
根据现场实际情况，我们采用全站仪、笔记本电脑及在笔记本电脑上运行的工业测量系统软件构成联机实时测量系统。达到了建立系统快速、操作简便的目的。测量时**整平仪器，对仪器的照准差、指标差、水平轴倾斜误差和补偿器误差进行了现场检校。现场测定了反射片标志对该仪器的加常数为34.0mm（其标称值为34.4mm）。测量时，尽量把测距反射片入射角控制在20º以内，并采用双面观测进一步确保测量精度优于0.3mm。利用辅助工装分别测量各辊两端，由系统软件直接得到各圆截面中心的测量坐标。
图7辅助工装示意图及实图
3、数据处理及测量调整结果
（1）数据处理
数据处理的关键就是将各圆截面中心的测量坐标转换到设备的设计坐标系下，从而和设计坐标进行比较进而给出调整量。在现场留有安装设备时标出的设备的中心线是设计坐标系的轴线方向，因此我们利用系统软件提供的轴对准生成坐标系和坐标系平移功能较准确地恢复设计坐标系。
（2）测量调整结果
我们对连轧连铸机进行了两次测量，**次为轧辊初始状态，**次为轧辊调整后的状态，结果见表1。轧辊调整靠增减垫片完成，垫片厚度为0.2mm。
从表1中可以看出初始状态有个别点超差和一些点误差较大，但经过一次调整后各轧辊误差全部控制在0.6mm以内，已满足精度要求，可见全站仪测量系统的效率非常高。
表1轧辊测量与调整结果 （单位：mm）
辊号 | 设计值 | **次（初始位置） | **次（调整后） |
左端点 | Δ | 右端点 | Δ | 左端点 | Δ | 右端点 | Δ |
2 | x | -4849.6 | -4850.4 | 0.8 | -4850.4 | 0.8 | -4850.1 | 0.5 | -4850.2 | 0.6 |
y | 3148.5 | 3148.1 | 0.4 | 3147.7 | 0.8 | 3148.4 | 0.1 | 3148.7 | -0.2 |
4 | x | -3675.2 | -3675.0 | -0.2 | -3675.9 | 0.9 | -3675.3 | 0.1 | -3675.5 | 0.3 |
y | 1686.0 | 1686.1 | -0.1 | 1686.2 | -0.2 | 1686.2 | -0.2 | 1685.5 | 0.5 |
6 | x | -2079.5 | -2078.6 | -0.9 | -2079.0 | -0.5 | -2079.1 | -0.4 | -2079.6 | 0.1 |
y | 699.0 | 699.1 | -0.1 | 699.0 | 0.0 | 699.1 | -0.1 | 698.9 | 0.1 |
8 | x | -45.7 | -45.9 | 0.2 | -45.9 | 0.2 | -45.6 | -0.1 | -45.9 | 0.2 |
y | 239.0 | 239.4 | -0.4 | 239.2 | -0.2 | 239.3 | -0.3 | 239.1 | -0.1 |
10 | x | 1818.0 | 1818.3 | -0.3 | 1818.0 | 0.0 | 1818.2 | -0.2 | 1817.7 | 0.3 |
y | 228.0 | 228.7 | -0.7 | 228.1 | -0.1 | 228.1 | -0.1 | 228.0 | 0.0 |
12 | x | 3708.0 | 3708.1 | -0.1 | 3708.6 | -0.6 | 3708.1 | -0.1 | 3708.2 | -0.2 |
y | 260.0 | 258.5 | 1.5 | 258.1 | 1.9 | 260.3 | -0.3 | 260.5 | -0.5 |
14 | x | 5597.0 | 5597.0 | 0.0 | 5597.6 | -0.6 | 5597.1 | -0.1 | 5597.2 | -0.2 |
y | 260.0 | 260.5 | -0.5 | 259.9 | 0.1 | 259.9 | 0.1 | 259.5 | 0.5 |
16 | x | 7483.0 | 7483.0 | 0.0 | 7482.8 | 0.2 | 7483.1 | -0.1 | 7482.9 | 0.1 |
y | 260.0 | 260.7 | -0.7 | 260.4 | -0.4 | 260.4 | -0.4 | 260.1 | -0.1 |
18 | x | 9374.0 | 9373.9 | 0.1 | 9374.1 | -0.1 | 9373.9 | 0.1 | 9373.9 | 0.1 |
y | 260.0 | 260.0 | 0.0 | 259.1 | 0.9 | 260.1 | -0.1 | 259.9 | 0.1 |
20 | x | 11262.0 | 11261.5 | 0.5 | 11261.8 | 0.2 | 11261.9 | 0.1 | 11261.9 | 0.1 |
y | 260.0 | 260.2 | -0.2 | 259.3 | 0.7 | 260.4 | -0.4 | 260.4 | -0.4 |
22 | x | 13149.5 | 13149.4 | 0.1 | 13149.4 | 0.1 | 13149.5 | 0.0 | 13149.4 | 0.1 |
y | 260.0 | 260.8 | -0.8 | 259.8 | 0.2 | 260.0 | 0.0 | 259.6 | 0.4 |
4、致谢
本应用实例由郑州测绘学院张冠宇等老师提供，在此表示衷心地感谢。