激光测距仪在起重机检验中的应用
摘要：在起重机提升系统中，同步精度为最关键的技术指标之一，因此构件提升高度测量传感器的选择至关重要。本文简要介绍了激光测距仪测量起重机跨度，车轮对角线误差，主梁静态刚性度的方法，并概括了这种方法的优点和使用中应注意的问题。
关键词：激光测距仪 对角线 刚性度 问题
激光测距仪的使用，给检测工作带来了革命性的变革，测量变得快捷准确，解决了很多难题。测距仪最初是多用于地形测量和战场测量的，因为其价格昂贵，所以在其他方面的应用受到了限制。如今，激光测距仪的价格有所下降，使它在工业上的应用多了起来，同时给起重机检验的工作也带来了很大的方便。
1、激光测距仪
1.1 激光测距仪简介
简单地说，激光测距仪是通过利用激光对距离进行准确测量的仪器。在工作时，它对目标发射出一束激光，从目标反射回来的激光束被一个光电元件接收。计时器则会测定这束激光从发射到被接收的总时间，在理想情况下，可算出所要求的距离。
激光测距仪处于连续发射状态的时候，是可以昼夜工作的，并且测量的距离可以达到40km；当激光测距仪脉冲发射时，精度就比较低了，可以用于远距离测量。
世界上第一台激光器，诞生于1960年的美国休斯公司，是由科学家梅曼首先研发出来的。美国军方对这个激光机非常感兴趣，随后展开了研究，不久后，美国军方论证试验了第一台军用的激光测距仪。从此以后，激光测距仪走向了应用的道路。
1.2 激光测距仪的工作原理
激光测距仪的工作原理很简单，即利用红外线或是激光，用简单的物理知识来测量距离。
若光以速度在空气中传播，由A到B，再由B返回A，期间所用的总时间为t。则A、B间的距离D可用下式来表示出：
D=ct/2
式中：D———选定的测量点A、B两点间距离；
c———理想情况下，光在大气中传输的速度；
t———光往返于A、B之间一次所需的总时间。
为了解决测量时间比较困难这一问题，人们往往使用测相式测距仪，它是通过测定连续波的相位来工作的。
除了测相式测距仪，还有一种脉冲式测距仪，以WILD的DI- 3000为代表。
需要注意的是，测相是测量在红外线或者激光上面的信号相位。
这与建筑业上的一种手持式激光测距仪具有相同的工作原理。
在使用激光测距仪的过程中，一定要注意令光束与入射面垂直，来保证返回信号有足够的强度，避免由于信号过弱产生较大测量误差。
另外，需要注意的是，在进行精密测量时，需要用全反射棱镜进行配合；而在进行房屋测量时，光滑的墙面就可以满足要求了。
1.3 激光测距仪的特点
激光测距仪因具有重量轻、体积小、操作简单、速度快而准确的优点而受到人们的青睐。在使用激光测距仪进行距离的测量时，其误差仅仅为其他光学测距仪的1/5到数百分之一，具有很大的精度，因而被广泛用于飞机、舰艇和火炮对目标的测距，在军事上是一种很重要的技术装备。
2、起重机检验中遇到的难题
对于室内轻小型桥、门式起重机，通常采用检验规程中提供的2种测量方法———钢丝法和水准仪法（主要用水准仪法）来进行测量，基本上可以满足检验要求。然而用这2种方法在检验露天大型桥、门式起重机，尤其是港口的岸边集装箱桥式起重机（简称岸桥）和轮胎式集装箱门式起重机（简称场桥）时，却遇到一些难题。
2.1 钢丝绳法
钢丝绳法检验本身有2大弱点：（1）使用时钢丝绳容易弯折，造成测量误差，因而不能重复使用；（2）许多场合现场操作难度大，端头较难固定，而岸桥的主梁测量在两端点上还有鞍梁，不具备固定条件。对于跨度较大的露天起重机，风力对钢丝绳的影响也会造成测量误差，因为此时钢丝绳跨中会产生明显的风振现象，影响读数的准确度。如果跨度超过34·5m的起重机，其钢丝绳下垂修正值更是无从查找依据。故除成本低廉外，该方法是最原始的测量方法。
2.2 水准仪法
检规对检验现场环境要求风速不能超过13·8m／s。在无风状态下用水准仪进行上拱度测量，操作简便而且准确可靠。但在室外特别是港口环境，风力在5m／s以下，大型起重设备主梁离地面都很高，无法在地面实施上拱度测量。岸桥主梁距离地面高度一般都在40-50m左右，场桥主梁距离地面25m左右，并且由于整机依靠轮胎支撑，所以即使风力不大也会使整机发生无规律的晃动。
将水准仪架在主梁上用塔尺测量，这种晃动就会造成2条主梁和水准仪三脚架的相对不稳定，会产生读数偏差。风速6m／s环境下测量场桥的主梁上拱度，相对于水准仪，塔尺在最远端会产生近20mm的上下不规则波动，读数只能靠估计，所产生的随机误差使测量结果的准确性和可靠性根本无法保证。如果所有测量点与水准仪在同一垂直平面的话，其准确度最高，但实际测量时是很难做到的。水准仪的水平调整要求水准气泡在调平圈内即可，水平精度要求不高，测量时镜头旋转角度越大，测量距离越远，由此造成的读数误差也就相应更大。由于起重机检验现场环境的千差万别，合理选择水准仪的放置位置难度较大，很多高空位置（比如大车承轨梁）测量作业对检验人员的安全缺乏保障。
综上所述，目前检规提供的2种测量方法，对于大型起重机的检验具有很大的局限性，同时容易产生较大的测量误差，甚至有可能造成错误的检验结论。
3、利用激光测距仪的具体测量方法
3.1 跨度的测量
在一对车轮两跨侧，把一个车轮的端面作为测量基准面。
令激光测距仪的底座作为基准的端面，另一侧车轮的对应的另外端面需要延伸出一个遮挡板，该遮挡板必须平整且可以感光，这样才能让激光测距仪正常工作。随后按动激光测距仪控制版面上的按钮，让光束打在事先准备好的遮挡板上，读出屏幕上的数据，即为被测量起重机的跨度大小。为了保证数据的精度和准确性，我们一般进行测量多次，剔除明显有问题的数据，取平均值作为最终结果。
3.2 车轮对角线误差的测量
将待测的起重机行驶到较直的一段轨道上，画出过其中一个车轮与路面接触的中心并且过同一侧车轮中心的一条线，然后再分别画出过这两个车轮的中心与刚才的直线相垂直的两条线。当4个车轮都在路上做好标记以后，将起重机开走，用激光测距仪测量4个点对角线的距离，两条对角线长度之差即为车轮对角线的误差。为了得到精度较高的数据，我们需要反复测量几次，取其平均值。
3.3 起重机主梁静态刚性度的测量
把激光测距仪固定在可以调节高度的支架上，将连接好的激光测距仪安放在起重机跨度中的平整地面上，调节高度，直至适合工作人员操作的高度。
打开激光测距仪，按测距键。
将激光点对准双梁在受力面延伸出的遮挡板的中心，分别测量出起重机的主梁在空载和额定载重下的数值，将两个数值相减，取其绝对值，即为起重机主梁静态刚性度。
在测量过程中，要根据当时的实际情况安排放置激光测距仪的位置，尽量让其位于起重机主梁正下方。上述两种方法相同，需要多测量几次，取平均值。
当然，用激光测距仪还可以测量很多起重机的其他参数，方法与传统方法相似，只是利用了激光测距仪，提高了测量的准确度，减少了一部分工作量。
4、与传统测量方法比较的优点
4.1 红外测距仪
用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。利用的是红外线传播时的不扩散原理：因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离3.2超声波测距仪超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离 L。
4.2 激光测距仪测量方便准确
激光测距仪侧程0.2m至200m之间，精度达到±1.5mm，无论测量距离长短，一样快速精确的测量，且拥有数据存储及数据输出（有电脑输出接口）功能，便于测量数据的存储及处理。不仅体积小，自重轻，便于检验人员携带，操作简单方便，大大减少了测量时间，提高了测量的准确度。
4.3 测量安全可靠
激光测距仪为非接触测量距离、易于目标瞄准，故在测量人员难以接近的部位或不宜到达点的特殊测量中及诸如起重机主梁静态刚性度的测量中现场载荷物体积过大等因素存在时尤其安全方便。
5、激光测距仪使用注意事项
激光测距仪由于采用激光进行距离测量，而脉冲激光束时能量非常集中的单色光源，所以在使用时不要用眼对准发射口直视，也不要用瞄准望远镜观察光滑反射面，以免伤害人的眼睛。一定要按仪器说明书（不同厂家生产的激光测距仪略有异同）中安全操作规范进行测量。室外测量时不可将仪器发射口直接对准太阳以免烧坏仪器光敏元件。
参考文献
[1]GB6067-2010 起重机械安全规程[S].
[2]史海，徐杰群，张铖宏.全站仪在起重机检验中的应用[J].起重运输机械，2011（7）.
[3]GB/T3811-2008 起重机械设计规范[S].
[4]倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京：中国计量出版社，2007.
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