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).
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
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.
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.
Kalibráció a Poláris koordinátamérést végző eszközök esetében: mérőállomás és a mérendő tárgy kölcsönös helyzetének a meghatározása (koordinátatranszformációhoz l. AGA ISM)
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
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
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?)
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
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.)
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
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.
AGA IMS 1600 AGA Geodiméter 700-as mérőállomás lézerimpulzus távmérő
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).
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
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)
Leica AT401 Absolute Tracker Szögmérés: +/- 15 μm + 6 μm/m (+/- 0.0006 + 0.00007 /ft) Távmérés:+/- 10 μm Hatótáv:320m
Leica AT901 lézer interferométer (IFM) abszolút távolságmérők (ADM) abszolút Interferométer (AIFM) mozgó céltárgy gyors
Összetett rendszerek KERN ECDS 1 Elektronikus teodolit Bázisléc
Összetett rendszerek Leica (Wild) TMS ( Theodolit Mess-System) 4(8) teodolit
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