Разработка методов и средств поверки и калибровки геодезических приборов для измерения превышений : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.32

Развитие и совершенствование оптических и оптико-электронных приборов для измерения превышений, возрастаюш,ие требования к их точности и надежности, а также автоматизация процесса измерений, приводит к необходимости создания новых методов и средств испытаний с целью поверки и калибровки геодезических приборов. Наибольшие трудности возникают при создании эталонных средств поверки и калибровки высокоточных приборов, таких как, высокоточные теодолиты, тахеометры, астрономические универсалы, ла

Глава 1. Анализ существующих методов и средств исследования, иоверки и калибровки ириборов для измерения нревышений Метрологические испытания предполагают исследование средства измерения, которое выполняется метрологическим органом с целью определения его метрологических свойств и выдачу документа с указанием полученных данных [1]. Исследования проводят при вводе средства измерений (СИ) в эксплуатацию, при использовании нестандартизованных СИ, при ввозе СИ из-за границы, а также при исполь

1.1. Аналитический обзор совремеиных методов и приборов для измерения нревышений В геодезии применяются различные методы и приборы определения превышения между двумя точками местности, остановимся на самых распространенных и применяемых: отсчитывания на уровне - метод барометрического нивелирования;

- метод гидростатического нивелирования;

- метод тригонометрического нивелирования;

- метод геометрического нивелирования; Барометрическое нивелирование один из методов нивелиров

Для поверки и испытаний геодезических приборов применяются различные контрольно-измерительные средства и поверочное оборудование. Их многообразие предопределяется конструктивной сложностью геодезической техники, наличием большого количества нормируемых метрологических характеристик, необходимостью их получения с достаточной надежностью. В поверочной практике выделяют контрольноизмерительные средства (КИС) двух групп: общетехнические и специализированные. Общетехнические средства широ

1.3. Методы и средства исследований и поверок нивелиров и реек Основной метрологической характеристикой геодезических приборов является средняя квадратическая погрешность (СКП) измерения в заданном диапазоне. При этом решаюш;ий вклад в значение погрешности вносят инструментальные составляющие, получению которых при испытаниях и поверке средств измерений должны способствовать методики их определения. Для определения СКП в метрологической практике используют следующие методы: поэлементный мето

1.4. Методы и средства исследования и поверок систем отсчитывания вертикальных углов геодезических ириборов Кроме геометрического нивелирования превышения могут быть измерены тригонометрическим методом ( h = Stgv + i-v + f ). В настоящие время широко используются электронные тахеометры, позволяющие автоматически определять превышение по измеренным v и S. При этом средняя квадратическая погрешность (СКП) измерения угла -Стусоставляет порядка 2-5", а средняя квадратическая погрешность из

Глава 2. Разработка методов и средств оиределения основных метрологических характеристик геодезических приборов для измерения превышений В настоящее время в геодезические измерения все больше внедряются и используются оптико-электронные приборы. Оптико-электронные методы позволяют расширить функциональные возможности средств измерений, повысить точность и автоматизировать, как процесс измерений, так и обработку его результатов. На российском рынке используется широкая гамма цифровых нивел

2.1. Метод и средства исследования короткопериодической погрешности измерения вертикальных углов геодезических нриборов Важной задачей при исследовании оптико-электронных геодезических приборов является испытание систем измеряющих вертикальные углы. В измерительных растровых системах доминирующей составляющей суммарной погрешности является короткопериодическая (внутришаговая) погрешность. Для исследования короткопериодической погрешности предлагается способ косвенного измерения онределения

2.2. Метод поверки системы лазериого трекера для измерения превышений и вертикальных углов Лазерный трекер рис.

2.2 является геодезическим средством измерения и, в соответствии с законом о единстве измерений, требует проведения Рис.

2.2. Лазерный трекер метрологической вертикальной поверки координаты или калибровки. Погрешность измерения «Z» (превышения) современных лазерных трекеров составляет порядка 20 мкм. Для проведения поверки и калибровки системы лазерного трекера для из

Основной метрологической погрешностью нивелира является средняя квадратическая погрешность измерений превышений на 1 км нивелирного (двойного) хода. Пути её получения являются весьма трудоемкими, и получение чисто инструментальной погрешности нивелирования невозможно. Для решения этой задачи в диссертации разработаны и исследованы методы и средства калибровки системы «нивелир-рейка». В работе представлено три метода калибровки: исследование при помош,и растрового измерительного преобразовате

2.3.1. Метод исследования системы «иивелир - рейка» при помощи растрового измерительного преобразователя Для получения инструментальных погрешностей системы «нивелир рейка» разработан метод с использованием вертикального стенда. Методика исследования представлена Еарис.

2.5. В качестве эталонного средства, при калибровке предложено использовать растровый измерительный нреобразователь, погрешность измерения которого на не нревышает подвижную 3 мкм. Исследуемый совместно с нивелир растро

Разработанный метод калибровки системы «нивелир рейка» основывается, как и в предыдущем пункте, на компарировании или сравнения. Для проведения калибровки используется два эталонных средства измерения превышений. Это лазерный интерферометр (точность 1мкм+1ррт) и инварный жезл (точность Юмкм). Главное отличие метода заключается в том что, перемещение рейки и эталонного жезла осуществляется в горизонтальном положении по направляющим рельсам на подвижной тележке. Основой данного метода

2.3.3. Метод исследования системы «нивелир - рейка» с использованием концевых мер длины Метод основан на сравнение эталонных превышений, задаваемых при помощи концевых мер длины, с измеренными превышениями нивелиром по рейке. Для изменения высоты точки в разработанном методе используются концевые меры длины II разряда (КМД), погрешность размера которых не превышает 0,4 мкм. [36]. Эталонные превышения задаются в диапазоне от 0мм. до 200мм., с шагом от 0,2мм. до 10мм, что позволяет выявить коро

Глава 3. Разработка и исследование универсального метрологического комнлекса УМК-М В Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) на базе оптико-механического компаратора для аттестации 24-х метровых инварных проволок и штриховых реек разработан и изготовлен универсальный метрологический комплекс УМК-М. Комплекс предназначен для аттестации в том числе оптических и оптико-электронных геодезических приборов: электронных тахеометров, светодальномеров, лазерных рулеток

3.1. Стенд УМК-М для поверки и калибровки систем геодезических приборов для измерепия вертикальпых углов Схема стенда для поверки и калибровки систем геодезических приборов для измерения вертикальных углов представлена парис.

3.1. Исследуемый прибор + 0,5 Дискретность 0,5 мш Бетонное основание Рис.

3.1. Схема стенда для исследования геодезических приборов для измерения вертикальных углов, В точках К1, КЗ, К4, К5, Кб, установлены коллиматоры (в качестве коллиматоров иснользова

3.2. Стенд УМК-М для исследования коротконериодической погрешности систем геодезических нриборов для измерения вертикальных углов Часть стенда рис.

3.2 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 1 мкм. На каретке расположены считывающая головка 4 LID-300, нивелир N

3.3. Исследование систематической погрешности вертикального стенда УМК-М с помощью лазерпого интерферометра Для исследования систематической ногрешности работы стенда был нрименен лазерный интерферометр (1) фирмы Hewlett Packard с точностью измерения расстояний 1мкм + lppm (рис

3.5). Отражатель интерферометра (3) был закреплен на подвижном столике стенда (4), ниже располагался разворотный (90°) блок (2), и далее блок опорного канала и сам интерферометр. Подвижная каретка приводилась в

3.4. Вертикальный стеид УМК-М для поверки и калибровки системы «нивелир - рейка» Стенд является частью разработанного с участием автора универсального метрологического комплекса УМК-М. Схема стенда для поверки и калибровки системы «нивелир - рейка», представлен на рис

3.7 В отличие от исследования ВУ, при исследовании нивелиров на подвижный столик устанавливается исследуемый прибор (1), измеряющий превышения (оптический, цифровой, лазерный). Нивелир устанавливается на горизонтальном ст

3.5. Горизонтальный стенд УМК-М для поверки и калибровки системы «иивелир - рейка» Стенд является частью универсального метрологического комплекса УМК-М, стенд предназначен для новерки и калибровки системы «нивелир рейка». Основой данного стенда является оптико-механический компаратор МИИГАиК, существенно доработанный и усовершенствованный при участии автора диссертации (рис.

3.11). На изолированных «малых» фундаментах с интервалом в 1м. закреплены рельсы, выставленные в горизонт и п

3.6. Исследование системы «иивелир - рейка» с иеиользоваиием коицевых мер длииы Целью исследования являлось: определить инструментальную погрешность системы «нивелир - рейка» с помош;ью концевых мер длины. Методика проведения эксперимента в лаборатории Для проведения эксперимента было выбрано три высокоточных нивелира: оптический Н-05 и два цифровых DiNilO и Dinil2, а также рейки: инварная для оптического нивелира, инварная и четыре деревянных рейки для цифровых. Работа проводилась в

3.7. Исследование разрешающей способности системы «нивелир - рейка» с номощью индуктивного датчика Целью исследования являлось: выявить разрешающую способность системы «нивелир - рейка» с помощью индуктивного датчика. Методика проведения исследования Для проведения исследования были выбраны цифровые нивелиры DiNi 10 фирмы Цейсе и DiNi 12 фирмы Trimble. Нивелиры были поверены на соблюдение главного условия. Нриборы были установлены на штативы на приблизительно одинаковой высоте на расстоянии 1

3.8. Результаты поверки и калибровки системы лазериого трекера для измереиия иревышеиий Исследование проводилось в соответствии с разработанной методикой, представленной в главе 2. Для исследования был предоставлен лазерный трекер фирмы «FARO»pwcJ.54. Рис.

3.34. Лазерный трекер фирмы «FARO». Заявленная фирмой точность измерения вертикальной координаты «Z» или превышения составляет 18мкм + Зррт . При такой заявленной точности в качестве эталонного средств были выбран растровый измерите