Реферат: Разработка методов и средств поверки и калибровки геодезических приборов для измерения превышений
представляет собой вертикально установленный на изолированном фундаменте швеллер 19, на котором расположена станина 18 с подвижной кареткой 15. На станине жестко закреплена оправа 6 растровой меры 5 (LID-300 (HEIDENHAIN)), длина меры 200 мм, дискретность отсчитывания 0,5 мкм. На каретке расположены считывающая головка 4 LID-300, нивелир Ni-007 (поз.2), блок разрезного четырех площадочного фотодиода 1. Отражатель исследуемого тахеометра (на рис. 6 не показан) – жестко закреплен на уровне разрезного фотодиода на корпусе Ni-007 с противоположной стороны.
Рис.6. Схема вертикального стенда для исследования тахеометров.
Сигналы с разрезного фотодиода через аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и электронного счетчика 21 LID-300 выводятся на ЭВМ. Растровая мера служит в качестве эталонной при измерении перемещений подвижной каретки, нивелир Ni-007 и разрезной фотодиод служат датчиками опорного направления при исследовании оптических приборов и приборов с лазерными указателями. Исследуемый теодолит (тахеометр) устанавливается на поворотном прецизионном столе, расположенном на изолированном фундаменте, расстояние между прибором и стендом – 9,8м (см . рис.5 ). Результаты испытаний тахеометра представлены на графике (рис. 7 ).
Рис. 7. Погрешности измерения вертикального угла тахеометром Leica TPS1100 на отражатель.
Из графика видно, что точность измерения вертикального угла при наведении на уголковый отражатель составляет 8”. Отсюда можно сделать вывод, что использование уголкового отражателя не приемлемо. Для исследований следует использовать разрезной фотодиод и полупроводниковый лазер для фиксации референтных направлений. В полученных результатах наблюдается закономерность, она возникает из-за не вертикальности движения каретки с отражателем вдоль стеклянной растровой меры (систематическая погрешность).
Исследование систематической погрешности вертикального стенда УМК-М с помощью лазерного интерферометра. Для этих исследований использован лазерный интерферометр фирмы HewlettPackardHP5528A с погрешностью измерения расстояний 1мкм+1ppm.
По результатам многократных измерений построен график погрешности (рис.8 ). В данном эксперименте систематическая погрешность не превышают 50 мкм. Полученные значения являются калибровочными и их следует вводить как поправки при поверке и калибровке тахеометров (нивелиров) на вертикальном стенде.
Рис.8. C истематическая погрешность работы стенда.
Стенд УМК-М для поверки и калибровки системы "нивелир – рейка" – рис. 3(а). В отличие от исследования ВУ, при исследовании нивелиров на подвижный столик устанавливается нивелир (1) (оптический, цифровой, лазерный). Нивелир устанавливался на горизонтальном столике вертикального стенда. Расстояние от прибора до рейки составляло порядка 3 метров. Винт микроподачи обеспечивает перемещение в вертикальном направлении подвижной части со столиком и нивелиром. Инварная метровая штрих-кодовая рейка (7) устанавливается неподвижно (для оптических нивелиров используется метровая инварная рейка с 5мм делениями). На подвижной каретке закреплена считывающая головка Lid-300 (HEIDENHAIN) (5), растровая мера длиной 200мм (6) установлена в корпусе, жестко связанном с неподвижным, вертикально расположенным на фундаменте, швеллером. Мера изготовлена из стекла, коэффициент линейного расширения которого составляет 10мкм/м градус. Погрешность отсчитывания составляет порядка 3мкм. Перемещение в вертикальном направлении отображается на цифровом блоке VRZ 735 (HEIDENHAIN) с дискретностью 0,5 мкм.
Рис. 9. Результаты исследования нивелира DiNi 10 и 1м штрих-кодовой инварной рейки.
Рис. 10. Результаты исследования нивелира DiNi 12 и 1м штрих-кодовой инварной рейки.
На графиках (рис. 9 и 10 ) показаны результаты исследования цифровых нивелиров DiNi10, DiNi12 и 1 метровой инварной штрих-кодовой рейки.
Из графиков видно, что погрешность определения превышения по инварной штрих-кодовой рейке цифровым нивелиром DiNi10 не превышает 0,05 мм, а DiNi12 – не превышает 0,015 мм. На графиках (рис. 9 и 10 ) показаны результаты исследования на одном из участков рейки, выбор именно этих участков обусловлен наибольшей величиной погрешности.
Горизонтальный стенд УМК-М для поверки и калибровки системы "нивелир – рейка". Основой разработанного стенда является оптико-механический компаратор МИИГАиК, существенно доработанный и усовершенствованный (см. рис.4 ).
Для совместного исследования нивелира и рейки применялась методика, разработанная в главе 2. Зная расстояние между микроскопами по инварному жезлу, мы имеем возможность переместить подвижную каретку на это расстояние. Вводим штрих рейки в бисектор микроскопа и снимаем отсчеты по нивелиру. Затем перемещаем каретку с рейкой так, чтобы тот же штрих рейки попал в бисектор другого микроскопа, и снимаем отсчеты по нивелиру. Разность двух соответствующих отсчетов даст нам перемещение. Также возможны исследования c использованием лазерного интерферометра.
В табл. 2 показаны результаты исследования цифрового нивелира DiNi12 и 3 метровой инварной штрих кодовой рейки.
Из результатов исследований следует, что инструментальная погрешность измерения метровых интервалов при помощи системы "цифровой нивелир DiNi12 – инварная 3-х метровая штрих-кодовая рейка" не превышает 0,06 мм.
Таблица 2
Метровые интервалы | Номинальная длина метровых интервалов рейки полученная на УМК-М | Длина метровых интервалов измеренных цифровым нивелиром DiNi12 | Погрешности измерения метровых интервалов цифровым нивелиром DiNi12 с учетом поправок за компарирование рейки на УМК-М | ||||||
| ход прямо | ход обратно | среднее | |||||||
| мм | мм | мм | мм | мм | |||||
| 1 | 1м | +0,009 | 1м | +0,01 | 1м | -0,01 | 1м | +0,000 | -0,009 |
| 2 | 1м | +0,007 | 1м | +0,01 | 1м | +0,02 | 1м | +0,015 | +0,008 |
| 3 | 1м | +0,003 | 1м | +0,01 | 1м | -0,01 | 1м | +0,000 | -0,003 |
| 4 | 1м | -0,012 | 1м | +0,02 | 1м | +0,00 | 1м | +0,010 | +0,022 |
| 5 | 1м | -0,005 | 1м | -0,01 | 1м | -0,02 | 1м | -0,015 | -0,010 |
| 6 | 1м | -0,021 | 1м | -0,01 | 1м | +0,00 | 1м | -0,005 | +0,016 |
| 7 | 1м | -0,008 | 1м | +0,02 | 1м | +0,02 | 1м | +0,020 | +0,028 |
| 8 | 1м | -0,007 | 1м | +0,01 | 1м | -0,01 | 1м | +0,000 | +0,007 |
Погрешность метровых интервалов инварной 3-х метровой штрих-кодовой рейки не превышает 0,02 мм. Инструментальная погрешность самого цифрового нивелира DiNi12 при измерении метровых интервалов не превышает 0,04мм.
Исследование системы "нивелир – рейка" с использованием концевых мер длины. Для проведения эксперимента было выбрано три высокоточных нивелира: оптический Н-05 и два цифровых DiNi10 и Dini12, а также рейки: инварная для оптического нивелира, инварная и четыре деревянных рейки для цифровых нивелиров. Все три прибора были установлены на штативы на одинаковом расстоянии от нивелируемых точек и на приблизительно одной высоте. Три точки установки реек представляли собой неподвижные горизонтальные площадки (предметный столик). Расстояния от нивелиров до трех точек нивелирования составляли: 3,5 м; 13,7 м; 29,0 м соответственно. Для изменения высоты точки использовались концевые меры длины (КМД), погрешность размера которых не превышала 0,4 мкм (при температуре 200 С). Размер КМД составлял от 0,5 мм до 200 мм.
На нивелируемую точку по очереди устанавливались рейки и снимались отсчеты. Затем на точку устанавливали концевую меру размера 0,5мм и снова поочередно ставили рейки и снимали отсчеты. Изменение высоты при помощи концевых мер проводилось от нуля (пустая площадка), до 200 мм. Шаг изменения высоты: от 0 до 10 мм составлял 0,5 мм; от 10 до 100 мм составлял 10мм; от 100 до 200 мм составлял 20мм; между мерой в 1 мм и 1,5 мм устанавливалась мера в 1,2 мм. Такая методика была использована на каждой из трех нивелируемых точек. Реализованная методика представляет собой нивелирование из середины.
В результате исследования получено, что отклонения в превышениях, определенных нивелиром Н-05 по инварной рейке с 5-ти миллиметровыми делениями, составили порядка 0,2мм. Отклонения в превышениях, определенных нивелиром DiNi 10 по инварной штрих-кодовой рейке, не превышают 0,1мм. Отклонения, определенные нивелиром DiNi 12 по инварной штрих-кодовой рейке, не превышают 0,05 мм. Можно сделать вывод, что нивелир DiNi 12 является более точным.
Методика проведения эксперимента в полевых условиях почти не отличается от методики в лаборатории. Разница лишь в том, что было добавлено расстояние 50м и подобрано максимальное расстояние 86,5м, на котором нивелиры DiNi 10 и DiNi 12 могли отсчитывать по рейке.
Из проведенных исследований вытекают следующие выводы. С ростом расстояния от нивелира до рейки растет и погрешность определения превышения. Максимальная погрешность измерения превышений нивелиром DiNi10 на 3,5м составила 0,2мм, на 13,5м – 0,2мм, на 29,0м – 0,5мм, на 50м – 0,6мм и на 86,5м погрешность достигла 1,2мм. Максимальная погрешность измерения превышений нивелиром DNi12 на 3,5м составила 0,15мм, на 13,5м – 0,25мм, на 29,0м – 0,35мм, на 50м – 0,55мм и на 86,5м погрешность достигла 1,2мм.