Ipari mérőrendszerek
Mérnökgeodézia II. Ágfalvi Mihály – Tóth Zoltán
Történeti áttekintés
'80 Geodéziai elvű módszerek gépészeti alkalmazások (Werner 1987)
Metrológia
Gépészeti mérőeszközök:
Kis mérési tartományban hatékony
Kis mérési tartományban szélső pontosságú Geodéziai módszerek (hagyományos):
lassúak a ellenőrzési (minőség biztosítási) folyamatokban
Áttörés: opto-elektronikus műszerek, hordozható személyi számítógépek Ipari Mérő Rendszerek (Industrial Measuring System, Industriemeβ system)
Gépészeti mérőrendszerek Klasszikus gépészeti mérőeszközök és rendszerek:
mobilak ugyan, de nagyon kis mérési tartományban és/vagy rendszerint 1 ill. 2 dimenzióban (D) "dolgoznak" (pl. a mikrométer, libella, műhelymikroszkóp stb.),
viszonylag nagy és 3D-s a mérési tartományuk, de szinte mindig helyhez kötöttek (pl. a gépészetből jól ismeret koordináta-mérő berendezések). −
l. analóg fotogrammetriai koordinatográf
−
térben mozgó, fizikai mérőjel
−
változó mérési tartomány (ár)
−
legváltozatosabb helyekre kell telepíteni és/vagy a mérendő objektum méretei változóan nagyok, akkor nem használható
Geodéziai eszközökre épülő gépészeti mérőrendszerek
Ipari Mérő Rendszerek (Industrial Measuring System, Industrieme β system) mobilak (azaz szinte tetszőlegesen telepíthetők tetszőleges munkahelyekre) tág mérési tartományban (néhány dm-től több száz méterig) "dolgoznak" AGA cég 1600 IMS (svéd DOMNARVET kohászati konszernnél az acélkonverterek üzemközbeni falvastagságának az ellenőrzése) IMR alkotó elemei:
az elektronikus mérőműszer −
elektronikus teodolit
−
mérőállomás (elektronikus tahiméter)
−
digitális kamera (CCD elemekkel)
személyi számítógép (szoftverrel)
kísérő teodolit (korábban, pontok kijelölésére homogén felületen).
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) a mérés-koordinátameghatározás időben három szakaszra bontható: a kalibrálás
a mérések végrehajtása
az eredmények kiértékelése és értelmezése (interpretálása) .
Kalibrálás: a IMR műszereinek ill. a IMR és a mérésbe vont objektum kölcsönös helyzetének meghatározása
pl. elektronikus teodolitok (2 vagy több) esetében
teodolitok kölcsönös "tájékozása"
távolságuk
magasságkülönbségük meghatározása
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Kölcsönös tájékozás:
egyszerű módon , amikor a teodolitokat kollimátor helyzetbe hozva mérjük a kollimációs szöget az u.n. Hansen-féle feladattal (amikor a referencia méretet a mérendő objektumon jelöljük ki) "sugárnyaláb kiegyenlítéshez" hasonló módon (a meghatározandó pontokra mért irányokat tekintve "nyalábnak", a teodolitokat "felvételi álláspontnak") a terepen kialakított alappontokra való tájékozással, ami nem mindig jelent egy hagyományos értelemben vett hálózatot, csak az alappontok "relatíve" (akár pusztán csak irányok mérésével) meghatározott együttesét. Ezek lehetnek egy már mért objektumon levő pontok vagy a terepen korábban mért pontok is, megengedve a "szabad álláspont" módszerét.
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Méretarányt (egy teodolit pár, vagy több teodolit) távolságának a megmérésével adhatjuk meg. Ennek technikája lehet: Direkt módszerek:
geometriai-optikai módszer (rendszerint az erre a célra fejlesztett speciális bázislécek alkalmazásával)
fizikai távmérés
Közvetett: vonatkozási (referencia) méretet az objektumon jelölik ki, s ebből kell levezetni a teodolitok távolságát
A magasságkülönbséget megmérhetjük hagyományosan is (szintezéssel, trigonometriai magasságméréssel), de levezethető a közvetett méretaránymeghatározás során is.
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Kalibráció a Poláris koordinátamérést végző eszközök esetében:
mérőállomás és a mérendő tárgy kölcsönös helyzetének a meghatározása (koordinátatranszformációhoz l. AGA ISM)
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Mérések végrehajtása:
szokásos észlelési technikával folyik a mérés. a mérendő pontokat vagy előre kijelöljük a szerkezeten, vagy kísérő teodolittal pásztázzuk végig - egy előre meghatározott terv szerint - a mérendő tárgyat, s a fényjelet irányozzuk.
az újabb műszerek esetében az irányzás-észlelés automatizált
A mérőprogram a mérési eredmények gyors regisztrálásán túl hibaszűrést,
"folyamatvezérlést" is végez, azaz nem engedi tovább a mérést mindaddig, amíg pl egy előre megadott hibahatárt túllép az észlelés
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) elektronikus teodolit P
+x
+z
P’
αB
B(0,b,m)
α A(0,0,0)
ϕA
m
A
ϕA
ϕB b
B’(0,b,0)
Létjogosultság: Rövid távolságoknál szögmérés pontosabb a távmérésnél. (Pl.: 10m irány – 2-3” -0.1mm helyzeti pontosságnak felel meg)
+y
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) elektronikus teodolit
Térbeli előmetszés:
1.
t AP ' = b ⋅
sin( ϕ B ) sin( ϕ A + ϕ B )
2.
t B 'P ' = b ⋅
sin( ϕ A ) sin( ϕ A + ϕ B )
3.
x P = t AP ' ⋅ sin( ϕ A ) y P = t AP ' ⋅ cos( ϕ A ) z P = t AP ' ⋅ tan( α A )
Vagy:
x P = t B ' P ' ⋅ sin( ϕ B ) y P = b − t B ' P ' ⋅ cos( ϕ B )
Csak a számításra ellenőrzés!
z P = m + t B ' P ' ⋅ tan( α B ) Ellenőrzés (azonos pontot irányoztak-e?)
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Eredmények értékelése:
A mért pontok térbeli adatainak (az esetek többségében koordinátáinak) számítása.
Klasszikusan −
síkbeli előmetszéssel számítjuk ki X,Y-t
−
trigonometriai úton a Z-t.
térbeli előmetszés
Megbízhatósági mérőszámok számítása (ld. folyamatvezérlés) (m x,my,mz) Koordinátatranszformáció a vizsgált (ellenőrzött) szerkezethez kötött koordinátarendszerbe Méretadatok számítása az egyes elemek - élek , felületek , síkok - térbeli helyzetére (vízszintes vagy függőleges voltukra) , a megmunkálásuk egyenes vagy sík voltuk - minőségére
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Ezeknek a hibáknak a forrása közismert:ránymérés megbízhatósága:
az iránymérésből (az alkalmazott teodolit típusából)
a bázishossz (a méretarány) meghatározásából
a geometriai elrendezésből (a topológiából) származó hibák ill.
a pontjelölés és az ebből (is) fakadó irányzási hiba (személyi hibák).
Iránymérés megbízhatósága:
a szögérzékelő rendszer feloldóképessége állótengely ferdeségének csökkentését szolgáló kompenzációs megoldás határozza meg. Ez a mai műszertechnikai megoldások mellett egy 10 m-es "tárgytávolság" esetén - 0.6-1“ középhibát feltételzeve 0.03 - 0.06 mmes lineáris eltérést jelent.)
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Az alapvonal meghatározásának a hibájából mintegy + 3x 10-6* B (mm) érték adódik.
A geometriailag (topológiailag) kedvezőtlen elrendezést több műszer alkalmazásával lehet feloldani.
A több mérőeszközt igénylő elrendezés egyben csökkenti a személyi hibákból származó hibahatást
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) A koordináta-meghatározás módja (és a hozzá használt műszer típusa) szerint szokás felosztani a rendszereket :
mono (azaz poláris koordináta-meghatározási technikát alkalmazó) és
összetett (azaz előmetszést használó) rendszerekre.
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) AGA IMS 1600
AGA Geodiméter 700-as mérőállomás
lézerimpulzus távmérő
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Sokkia MONMOS
NET 2 mérőállomás (Mono Mobil 3-D Station)
SDR4B típusú adatrögzítő
fotoelektronikus, inkrementális leolvasóberendezés
Szögmérés:± 2
Távmérés mérési tartománya 2-10 m, pontossága ± (1 mm + 2 ppm).
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Leica APS
Atomated Polar System
Leica GSE1 joystick modullal
mérés gyorsítására, ha a Leica TM3000V
videokamarával (V)
infravörös jelkollimátor
fekete-fehér monitor
automatikusan kereste a műszer egy
10o x 10o-os mezőben a mérendő pontokat
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Leica SMART 310
Dinamikus folyamatok mérése
Mérőfej (lézer interferométer egészít ki)
mp. 500 mérés prizmára
két tengely körül szabadon forgatható tükör
két processzorral (mérés-feldolgozás)
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Leica AT401
Absolute Tracker
Szögmérés: +/- 15 μm + 6 μm/m (+/- 0.0006” + 0.00007”/ft)
Távmérés:+/- 10 μm
Hatótáv:320m
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Leica AT901
lézer interferométer (IFM)
abszolút távolságmérők (ADM)
abszolút Interferométer (AIFM)
mozgó céltárgy
gyors
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Összetett rendszerek KERN ECDS 1
Elektronikus teodolit
Bázisléc
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Összetett rendszerek Leica (Wild) TMS ( Theodolit Mess-System)
4(8) teodolit
Ipari Mérő Rendszerek (IMR) Összetett rendszerek Leica ATMS (Automatisches Theodolit-Messsystem)
TM3000 (szervomotor meghajtás -M )
TM3000L jelű, rotációs optikával ellátott műszer
vetítette a lézer jelet a mérendő szerkezetre.
TM3000V jelű miniatűr video kamerával
(pontosabb a pontjelölés, objektívebb az irányzás, nincs u.n. személyi hibája a mérések)
Felhasznált és ajánlott irodalom Ágfalvi Mihály: Ipari mérőrendszerek (kézirat) Krauter András: Geodézia (BME jegyzet) www.leica-geodsystems.com
