Lézertechnika a mérnökgeodéziában
A lézerfény és tulajdonságai •Light Amplification by Sitmulated Emission of Radiation - fényerősítés indukált emisszióval •Einstein nevéhez fűződik (1917) •Maiman - gyakorlati alkalmazás (1960) •elektronok energiaminimumra törekvése •stimulált emisszió •spontán emisszió
A lézerfény és tulajdonságai A lézerek fajtái a fényerősítő közeg (Barsi) szerint: •Szilárdtest (pl. az előbb ismertetett rubinkristály 695nm) Előny: hosszú élettartam, de ritka (az anyag), főleg jó minőségben. •Gáz, pl. üvegcsőben hélium (632nm) vagy CO2 (infra) Olcsó, könnyen előállítható, de a hullámhossz és energia korlátozott. •Folyadéklézer (festéklézer) Hangolható (bármilyen hullámhossz), de rövidebb az élettartama és általában mérgező folyadékok. •Félvezető lézerek (piros és infra) A lézerek fajtái az emissziót gerjesztő energia szerint: •Kémiai •Rádióhullám •Elektromágneses sugárzás (fény) •Áram
A lézerfény és tulajdonságai A lézerfény tulajdonságai •poláros, azaz a hullámok mágneses mezejének iránya állandó •monokromatikus (egyetlen hullámhosszú összetevőből áll), •koherens (a fázis minden keresztmetszetben azonos), •kis divergenciájú(keskeny és kis széttartású nyaláb), •koncentrált energiájú, A lézer energiaosztályai:
lézerosztály: ide olyan alacsony teljesítményű lézerek tartoznak, amelyek normál működési körülmények között nem bocsátanak ki sugárzást, lézerosztály: az ide tartozó lézerek fénye már kilép a rezonátorból, de a kisugárzott teljesítmény még nem éri el az 1mW-ot. Az ilyen fény ha huzamosabb ideig éri a retinát, akkor akár látáskárosodást is okozhat. A szem automatikus pupillareflexe (aminek 0,25 s a reakcióide azonban megvédheti a retinát a sérüléstől. Ebbe a lézerosztályba tartozó lézerek pl. a kisebb He-Ne lézerek. II.a lézerosztály: az ide tartozón lézerek fénye is kilép a dobozból, ezért a szembe kerülhetnek. Teljesítményük kevesebb, mint 1mW, és csak 1000 másodpercnyi közvetlen megvilágítás után képesek a szemben maradandó károsodást okozni. Ilyen lézerek találhatók pl. a vonalkód olvasókban. III.a lézerosztály: ide a 1-5 mW közötti teljesítményű lézerek tartoznak. Ha a nyaláb csak kis ideig (másodperc törtrészéig) éri a szemet, akkor nem okoznak maradandó károsodást. Hosszabb behatás esetén, vagy pl. műszerek okulárisán átnézve, nagy eséllyel károsítják a szemet. Ilyen lézer dobozán (vagy a szobában, ahol a lézert működtetjük) figyelmeztető táblát kell elhelyezni. III.b lézerosztály: olyan folytonos üzemű lézerek, amelyek teljesítménye 5mW és 500mW között van. Ide tartoznak a 0, 25s-os impulzusos lézerek közül azok, amelyek kevesebb, mint 10j/cm2 energiasűrűségű nyalábot bocsátanak ki. Fényük közvetlenül a szembe jutva biztos látáskárosodást okoz. Még szórt vagy falról visszavert fényük is veszélyes. Ezeket a lézereket előzetes tájékoztató után, a lézerekre vonatkozó biztonsági szabályok ismeretével nem rendelkező személy is működtetheti, de cs IV. lézerosztály: az ide tartozó lézerek folytonos üzemben 500mW-nál nagyobb teljesítményűek
I. II.
A lézerfény és tulajdonságai A lézer energiaosztályai: •1 (Riegl VZ-400), •1M (Optech ILRIS-3D), •2 (Leica C10) vagy •ritkább esetben a 3-as (Optech ILRIS-LR)
A lézerfény és tulajdonságai Lézer típusok osztályozása hullámhossz (szín) szerint: •Kék 460nm •Zöld 532nm (vízbe hatoló) •Piros 635nm •Infra,UV
A lézerfény és tulajdonságai A lézerfény visszaverődési tulajdonságai (~900nm)
Anyag
Visszaverődés %
Hó
80-90
Fehér fal
85
Homok
40-60
Beton
24
Aszfalt
17
Mobil földi lézerszkennelés
Mobil földi lézerszkennelés
Mobil földi lézerszkennelés – külső tájékozási adatok biztosítása
Mobil földi lézerszkennelés – külső tájékozási adatok biztosítása
Mobil földi lézerszkennelés
Mobil földi lézerszkennelés
Mobil földi lézerszkennelés
Földi lézerszkennelés – távmérési módszerek Háromszögelés módszere:
Bázisviszony!!!
Földi lézerszkennelés – távmérési módszerek
http://www.breuckmann.com
http://www.inspekservices.co.uk
Földi lézerszkennelés – távmérési módszerek Időméréses távmérés:
Földi lézerszkennelés – távmérési módszerek Fázisméréses távmérés:
Földi lézerszkennelés – távmérési módszerek Teljes hullámalak vagy hullámforma (full waveform) rögzítése
Gyakorlati alkalmazások - Völgyhíd terhelésvizsgálata* Próbaterhelés mérési módszerek: •Nyúlásmérő bélyegek •Szabatos szintezés •Mérőállomás (pillérek dőlése)
•Lézerszkenner
Kis felbontás, Nagy pontosság
Nagy felbontás, Kisebb pontosság
Gyakorlati alkalmazások - Völgyhíd terhelésvizsgálata* Teherállás
Gyakorlati alkalmazások - Völgyhíd terhelésvizsgálata*
Nyers pontfelhő
3-4 teherállás egymásra vetítve
Gyakorlati alkalmazások - Völgyhíd terhelésvizsgálata*
3.teherállás
Gyakorlati alkalmazások - Völgyhíd terhelésvizsgálata*
Hidak terhelésvizsgálata*
A terhelést 42 tonnás teherautók biztosítják
Hidak terhelésvizsgálata – folyamat* szintezés • felsőrendű: • 7 csapat (mindegyik 4 fős) • 20 műszer • 5-6 mért pont műszerenként • minden teherállásban • a híd „utómozgásainak” hatása • maradó alakváltozások • időjárás befolyásoló hatása
Hidak terhelésvizsgálata – folyamat* szkennelé szintezés • földi: s • 2 műszer • 2 álláspont • 2 csapat • szintezés időtartama • anyagi jellemzők • kitakarás
Hidak terhelésvizsgálata*
A terhelés hatása a kábelekre – Megyeri híd
Összefoglalás* A lézerszkennelés nem a hagyományos módszerek kiváltásával, hanem azok kiegészítésével támogathatja legjobban a mérnöki szerkezetek mozgás- és deformáció vizsgálatát.
Gyakorlati alkalmazások – Építészeti alkalmazások
Gyakorlati alkalmazások – Építészeti alkalmazások
Gyakorlati alkalmazások – Mobil térképezés
Gyakorlati alkalmazások – Mobil térképezés
Lézertechnika az építési beruházásokban a tradicionális műszerek lézer műszerekkel helyettesíthetők, mert: •a mérések gyorsaságának növekedésében, •az egyszerűbb terepi adatgyűjtésében •az irányított, kontrollált műveletbe való gyorsabb és közvetlen beavatkozásban jelentkezik.
következő építési geodéziai feladatok megoldására használható: •kitűzések, ellenőrző mérések során, a vonatkozási (referencia) egyenes, ill. sík kijelölésére •mozgás- és alakváltozás mérések során, a referencia egyenes, ill. sík kijelölésére •dinamikus folyamatok (pl. földmunkagépek) vezérlésére.
Lézertechnika az építési beruházásokban Lézerrel szerelt műszerek fajtái: •hagyományos geodéziai műszerek, amelyeket valamilyen módon összekapcsolunk a lézersugárral (rezonátorral). •önálló •egyenest kitűző műszerek (hibás szakmai zsargonnal vonalkitűzők), •lézerteodolitok •lézerszintezők •libellás, •kompenzátoros és •rotációs felépítésűek •lézervetítők
Lézertechnika az építési beruházásokban Önálló műszerek: •Egyenes kitűzők
Lézertechnika az építési beruházásokban Önálló műszerek: •Lézerteodolit
Lézertechnika az építési beruházásokban Önálló műszerek: •Lézerszintezők
Lézertechnika az építési beruházásokban Hagyományos műszerek lézerrel:
Lézertechnika az építési beruházásokban Hagyományos műszerek lézerrel:
Lézertechnika az építési beruházásokban Hagyományos műszerek lézerrel:
Lézertechnika az építési beruházásokban Az elektromos érzékelők lehetnek: - sugárdetektorok - sík detektorok - elektromos mérőlécek automatikus kereső detektorral - többcsatornás érzékelők, helyzetjelző műszerekkel stb.
A fotoelektromos detektorok érzékenysége 0,01 mm körüli érték
Lézertechnika az építési beruházásokban A lézeres mérések pontossága függ: •a lézerfolt észlelési pontosságától vagy •a fotoelektromos érzékelő pontosságától •a lézer iránystabilitásától •a légkör refrakciós hatásától A szabad szemmel végzett érzékelés középhibája mv (Ódor 1981) alapján:
mv =
(0,6 ∗10 T ) −5
2
+ m2j
T az észlelés távolsága mj a foltközép kijelölését jellemző középhiba, amelynek értéke függ még: •a folt átmérőtől •kontúrvonal élességétől •céltárcsa v. skála felépítésétől •fordítottan a megvilágítástól A lézeres mérések megbízhatóságát ezek után a következő ml középhibával jellemezhetjük (Ódor, 1981):
ml = m2f + mi2 + mr2 mf az érzékelő pontossága (a lézerfolt észlelésének pontossága) mi a lézer iránystabilitását jellemző középhiba mr a refrakcióból származó hiba.
Felhasznált és ajánlott irodalom: Ágfalvi Mihály: Mérnökgeodézia Támop jegyzet Barsi Árpád, Lovas Tamás: Lézerszkennelés tárgy ppt bemutatói *Berényi Attila: Földi lézerszkennelés mérnökgeodéziai célú alkalmazása (PhD értekezés) *Berényi Attila: Mérnökgeodézia és lézerszkennelés ppt bemutató Szabó Gergely: Alagútfúró gépsor geodéziai irányítása az épülő Gotthard vasúti alagút példáján (TDK dolgozat, BME 2003.) R+C: A lézerről alapjaiban (http://www.colop.hu/szakmai_lezer_alap.html) www.polmeus.com www.topcon.com www.riegl.com
