CC BY
126
УДК 528.5: 528.48
М.А. Боков, Д.Б. Буренков, А.В. Полянский, Ю.И. Пупков, Л.Н. Сердаков ИЯФ СО РАН, Новосибирск П.П. Мурзинцев СГГ А, Новосибирск
ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ПРЕВЫШЕНИЙ ЛАЗЕРНЫМ ТРЕКЕРОМ API TRAKER 3 В ИЯФ СО РАН
При установке уникального оборудования на ускорительно-накопительных комплексах возникает проблема не только в применении лазерных геодезических приборов, но и в исследовании их точностных возможностей и адаптации под конкретные задачи. Рассмотрена методика исследования точности лазерного трека API Traker 3, цифрового нивелира Trimble DiNi 030 и оптического нивелира Ni 007.
M.A. Bokov, D.B. Burenkov, A.V. Polyansky, Yu.I. Pupkov, L.N. Serdakov
The Institute of Nuclear Physics, Siberian Division of Russian Academy of Sciences,
Novosibirsk P.P. Murzintsev SSGA, Novosibirsk
RESEARCH OF ELEVATION MEASUREMENT ACCURACY BY LASER TRACKER API TRAKER 3 AT THE INSTITUTE OF NUCLEAR PHYSICS OF THE SIBERIAN DIVISION OF RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES
When installing the unique equipment on the accelerating-storage complex the problem arises as concerns not only the laser geodetic instruments application but also the research of their accuracy capabilities and adaptability to specific tasks. The paper presents the techniques for accuracy investigation of laser track ARI Traker 3 , digital level Trimble DiNi 0303 and optical level Ni 007.
Проблема разработки методик геодезических измерений для высокоточной установки оборудования на ускорительно-накопительных комплексах является актуальной [1], [2].
В институте ядерной имени Г.А. Будкера Сибирского Отделения Академии наук в 2009году был выполнен цикл экспериментальных исследований по определению возможности использования цифровых нивелиров и лазерного трекера API Traker 3 для установки магнитных элементов.
Местом проведения исследования был выбран прямолинейный участок тоннеля транспортного канала перепуска с накопителя-охладителя на ВЭПП-3. Тоннель находится на глубине порядка 20 метров,
Условия измерений на данном участке тоннеля ускорителя максимально близки к идеальным лабораторным условиям. Хорошая освещенность за счет ламп дневного света и отделки тоннеля белого цвета. Постоянная температура воздуха около +21-22 градуса по Цельсию (согласно показаниям установленных в тоннеле термометров). Низкая влажность воздуха, а также отсутствие вибраций. Небольшим неблагоприятным фактором, возможно,
являлось перемещение теплых и холодных воздушных масс, за счет того, что в тоннеле работали электрические обогреватели с принудительным нагнетанием воздуха. Но на время проведения измерений они были заблаговременно отключены.
Цель исследований заключалась в сравнении возможностей лазерного трекера API Tracker3 цифрового нивелира Trimble DiNi 030 с традиционной методикой геометрического нивелирования короткими лучами (нивелир Ni 007); для выполнения высокоточного нивелирования геодезической сети ускорителя.
Рис. 1. Лазерный трекер на геодезическом знаке
Отметим, что первая попытка использовать цифровой нивелир швейцарской фирмы Leica была предпринята в 2003-2004 годах, при выверке магнитов на ВЭПП-2000. Тогда, к комплекту оборудования пришлось не только докупить, специальную штрихкодовую рейку, но и изготовить, приспособление с помощью специальной втулки, позволяющее устанавливать рейку на геодезический знак [3]. Штрихкодовая рейка, высотой 0,7 метра устанавливалась, непосредственно на магнит (рис. 2). Данный цифровой нивелир оказался очень капризным к освещению, к помехам в поле зрения. Первую проблему, удалось решить путем использования подсветки непосредственно на рейке. Вторая из-за большого количества оборудования, осталась самым большим недостатком.
Хотя результаты геодезических измерений достаточно хорошо соответствовали данным предыдущих лет, было принято решение отказаться от дальнейшей разработки методики нивелирования с цифровым нивелиром Дини 2001 швейцарской фирмы Лейка.
В комплекте, к высокоточному цифровому нивелиру Trimble DiNi 030 прилагается двухметровая штрих-кодовая рейка. Она снабжена двумя круглыми уровнями и металлической пяткой, что, безусловно, повышает точность работы и удобство установки рейки на нивелируемую точку.
Нивелируемые электромагнитные линзы уже были предварительно выставлены горизонтально в одной плоскости, с точностью порядка 0,0015 м. Соответственно величина полученных при помощи нивелира Trimble DiNi 030 превышений, не должна быть больше 0,0015 м.
Исходя из результатов проведенного исследования, можно сделать следующий вывод. Прибор оказался очень удобным для работы в тоннеле. Значительно увеличивалась производительность труда (по сравнению с нивелиром Ni 007), исключается ошибка при взятии отсчета наблюдателем. Однако при больших расстояниях, более 25-30 метров наблюдалось ухудшение внутренней сходимости между двумя отсчетами, взятыми при одном и том же положении рейки. Поэтому используя цифровой нивелир Trimble DiNi 030 для установки элементов оборудования ускорительных комплексов можно порекомендовать его для нивелирования короткими лучами. Недостаточно удобной была сама рейка - чрезмерно длинной и массивной. Поэтому для дальнейшего использования цифрового нивелира Trimble DiNi 030 в тоннелях ускорителей рекомендуется использовать более короткую и менее массивную рейку. Причем необходимо изготовить специальный набор втулок разного диаметра, позволяющих точно устанавливать рейку в гнездовые центры геодезических знаков и различного оборудования, например, магнитов и линз.
В процессе использования лазерного трекера API Tracker3 для получения высотного обоснования, у геодезической группы ИЯФ СО РАН возникло подозрение на неточность полученных данных, на наличие систематических ошибок измерительного комплекса API Tracker3. А так как данный измерительный комплекс автоматизирован, и ошибки наблюдателя полностью исключены, то было предположено, что появление некорректных измерений связано с ошибками в работе самого лазерного трекера.
Было принято решение о проведении исследования API Tracker3 на наличие ошибок измерений при создании высотного обоснования. В качестве участка испытаний был выбран тоннель транспортного канала перепуска с накопителя-охладителя на ВЭПП-3. Решено было определить превышение между геодезическими знаками при помощи трех измерительных средств -оптического нивелира Ni 007, электронного нивелира Trimble DiNi 030 и лазерного трекера API Tracker3.
В центре линейного участка, а именно на геодезическом знаке К-8 был установлен оптический нивелир Ni 007, в непосредственной близости от него на штативе установлен цифровой нивелир фирмы Trimble - DiNi 030, и на противоположной стороне тоннеля лазерный трекер API Tracker3. Таким образом, все три геодезических прибора находились в центре нивелируемого участка, то есть, выполнялось нивелирование из середины с равными плечами, с исключением ошибки за нарушение главного условия нивелира (угла «i»). Из результатов геодезических наблюдений прошлого года было известно об имеющемся наклоне плоскости примерно на 4 мм между геодезическими знаками К-7 и К-9.
Работу одновременно выполняли три бригады по два человека в каждой. Нивелирные рейки: штрих-кодовая, двухметровая - для цифрового нивелира Trimble DiNi 030, пятидесятисантиметровая, специально изготовленная для нивелира Ni 007, и отражатель сферического типа для лазерного трекера API Tracker3 поочередно устанавливались на одни и те же геодезические пункты.
Рейка для нивелира Ni 007 изготавливалась в ИЯФ специально для нивелирования геодезических сетей в тоннелях ускорителей. Поэтому она имеет небольшую длину, около пятидесяти сантиметров, и снабжена специальной втулкой для установки в гнездовой центр геодезического знака. Вследствие этого, работать с данной рейкой очень удобно. Штрих-кодовая рейка для нивелира Trimble DiNi 030 имеет длину два метра. Это вызывало некоторые неудобства в ее использовании, так как большинство тоннелей ускорителей имеют невысокий потолок и различное подвесное оборудование: магниты, высоковольтную проводку и т.д.
Достоинствами нивелира Trimble DiNi 030 являются: значительная экономия времени, чем при работе с Ni 007, а следовательно повышение производительности труда и отсутствие ошибки при взятии отсчета. Прибор оказался гораздо менее прихотливым к освещенности штрих-кодовой рейки и наличию помех в поле зрения, чем его «предшественник» цифровой нивелир Leica Dini 2001. Недостатком же данного прибора явилось неудобство использования штатной двухметровой рейки.
На рис. 2 представлены две схемы нивелирования, согласно которым выполнялись измерения.
Рис. 2. Первая схема измерения превышений в полигоне, между геодезическими знаками К-6, К-7, К-8, К-9, и К-10
Невязка в полигоне, измеренном по первой схеме, составила -0,32 мм, а по второй схеме нивелирования составила -0,34 мм. Таким образом, разность невязок двух полигонов равна 0,02 мм. Создание высотного обоснования по первой схеме нивелирования, является более предпочтительным. Так как в отличие от второй схемы, прибор можно было устанавливать на сами геодезические пункты. В этом случае отпадает необходимость установки штатива, уменьшается время, затраченное на измерения. Наиболее «слабым» местом нивелирного полигона оказался промежуток между линзами К-7-К-9, имеющий общий наклон порядка 4мм. Нивелирование выполнялось тремя приборами, по трем различным методикам; геометрическое нивелирование короткими лучами, цифровым нивелиром с двухметровой штрихкодовой
рейкой и лазерным трекером на сферический отражатель. Результаты нивелирования для «слабого» места полигона представлены в табл. 1.
Исходя из результатов проведенных исследований, можно сделать следующий вывод. Нивелирование при помощи прибора Ni 007 и комплекта специальных реек, было, есть и остается одним из самых простых и надежных методов создания высотного обоснования в тоннеле ускорителя. Недостатком данного прибора являются большие затраты времени, чем при работе с цифровым нивелиром Trimble DiNi 030 и возможные ошибки при взятии отсчета.
Таблица 1. Максимальная ошибка предварительной установки линз в
«слабом» месте
Название прибора Обозначение превышения Среднее ■значение измеренного превышения, мм
Огтшческнй нивелир Ni 007 К7-К9 -3,739
Цифровой нивелир Trimble DiNi 030 К7-К9 -3,773
Лазерный трекер API TreckerS К7-К9 -3,116
Результаты исследований лазерного трекера API Trecker проведенные в Институте Ядерной Физики СО РАН подтверждают данные исследований Московского университета геодезии и картографии, выполненные для другого лазерного трекера фирмы «FARO». Исследования выполнялись на «Универсальном метрологическом комплексе МИИГАиК» (УМК-М); в обоих случаях получены свидетельства о наличии «скачка», то есть о существовании неучтенной погрешности.
Для эффективного использования лазерных трекеров при установке уникального оборудования ускорительно-накопительных комплексов требуются разработки специальных методик геодезических измерений, позволяющих учитывать систематические погрешности, выявленные при исследованиях на компараторах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ямбаев Х.К. Роль высокоточных геодезических измерений в создании уникальных сооружений [Текст] / Х.К. Ямбаев, Г. Е. Рязанцев, В.А. Горелов. - Геодезия и картография, № 4, 2004. - С.122-27.
2. Технические требования на установку в проектное положение магнитных элементов модернизированного ускорительно-накопительного комплекса ВЭПП-4М ИЯФ СО АН СССР [Текст]: Ю.А. Пупков, Ю.И. Левашов. - ИЯФ: 1987.
3. Боков, М.А. Высокоточные инженерно-геодезические работы по созданию опорной геодезической сети ускорителя [Текст]: лаб. практикум для вузов / М.А. Боков, Д.Б. Буренков, П.П. Мурзинцев, А.В. Полянский. - Новосибирск: СГГА, 2007 - 62 с.
© М.А. Боков, Д.Б. Буренков, А.В. Полянский, Ю.И. Пупков,
Л.Н. Сердаков, П.П. Мурзинцев, 2010
