Установки для определения погрешности измерительной системы «Цифровой нивелир кодовая рейка» Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УСТАНОВКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ «ЦИФРОВОЙ НИВЕЛИР - КОДОВАЯ РЕЙКА»

Александр Викторович Куликов

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.

Плахотного, 10, заведующий метрологической лабораторией, тел. (383) 344-4-71, е-mail: [email protected]

Виктор Тимофеевич Новоевский

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.

Плахотного, 10, заведующий лабораториями кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383) 344-44-71, е-mail: [email protected]

Александр Алексеевич Ильин

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.

Плахотного, 10, заведующий лабораторией кафедры высшей геодезии, тел. (383) 344-44-71, е-mail: [email protected]

Александр Николаевич Носов

Сибирский научно-исследовательский институт метрологии, 630004, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, старший научный сотрудник, тел. (383) 210-14-13, е-mail: [email protected]

Константин Витальевич Тукмачёв

Сибирский научно-исследовательский институт метрологии, 630004, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, младший научный сотрудник, тел. (383) 210-14-13, е-mail: [email protected]

Разработанные установки обеспечивают проведение работ по поверке и калибровке измерительной системы «Цифровой нивелир - кодовая рейка» на современном уровне требований.

Ключевые слова: средняя квадратическая погрешность, поверка.

CALIBRATORS FOR SYSTEMATIC ERROR DETERMINATION OF THE MEASURING SYSTEM «DIGITAL LEVEL - CODE ROD»

Alexander V. Kulikov

Siberian State Academy of Geodesy, 10, Plakhotnogo, st, Novosibirsk, 630108, Head of metrological laboratory, tel. (383) 344 - 44 71, е-mail: [email protected]

Victor T. Novoevsky

Siberian State Academy of Geodesy, 10, Plakhotnogo, st, Novosibirsk, 630108, Head of laboratorys, department of nanosystems and optoengineering, tel. (383) 344-44-71, е-mail: [email protected]

Aleksandr A. Ilyin

Siberian State Academy of Geodesy, 10, Plakhotnogo, st, Novosibirsk, 630108, Head of laboratory, department of higher geodesy, tel. (383) 344 - 44 - 71, е-mail: [email protected]

Alexander N. Nosov

Siberian research institute of metrology, 4, Dimitrova, st, Novosibirsk, 630004, Senior researcher assaciate, tel. (383) 210-14-13, е-mail: [email protected]

Konstantin V. Tukmachev

Siberian research institute of metrology, 4, Dimitrova, st, Novosibirsk, 630004, Junior researcher, tel. (383) 210-14-13, E-mail: [email protected]

Developed installation and ensure conduct of work on the verification and calibration of the measuring system «Digital level - gradueted code rod» on the current level of requirements.

Key words: mean-square value, calibration, standard.

В настоящее время накоплен большой отечественный опыт по использованию измерительной системы «Цифровой нивелир - кодовая рейка», результаты анализа которого должны быть использованы и отражены в нормативных документах с целью повышения достоверности и точности результатов исследований.

Погрешность измерительной системы «Цифровой нивелир - кодовая рейка», далее Система определяется двумя способами:

- С помощью Установки поверки системы (УПС) сравнением показаний Системы с показаниями микрометрического винта или длиной КМД;

- С помощью горизонтального лазерного интерферометра путем сравнения разностей отсчетов, взятых по рейке цифровым нивелиром, с эталонными разностями, полученными по интерферометру.

УПС, разработанная ПО «Инжгеодезия», представлена на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид УПС с нивелирной рейкой (нивелир и КМД не показаны)

На основании 1 установлены четыре стойки 2 с крышкой 3, на двух стойках установлен подвижный узел 5 с салазками 4. На подвижном узле закреплен микровинт 6 для перемещения салазок 4. На салазках закреплен рейкодержатель 7 с винтами 9 для фиксации рейки 8. На основании 1 установлены уровни 11, а лампа 12 для подсветки рейки - на одной из стоек, КМД устанавливают на основании 1 в упор салазкам 4. На рейкодержателе 7 с винтами 9 закрепляют рейку 8. Против рейки устанавливают нивелир (не показан), приводят его в рабочее состояние.

В поле зрения нивелира наблюдают изображение штрихов рейки. Снимают отсчёт по отсчётному устройству нивелира и одновременно по шкале микрометрической головки 6 перемещают рейку 8 через каждые 5 мм. По разности показаний нивелира и микровинта судят о погрешности системы Дс. Сравнивают значение этого перемещения с показаниями нивелира -несовпадение есть погрешность Системы.

Горизонтальный интерференционный компаратор для определения погрешности измерительной системы «цифровой нивелир- кодовая рейка» разработанный в СГГА представлен на рисунке 2.

Погрешность измерительной системы зависит от величины масштаба в нивелире (например, в связи с эффектом старения ПЗС-матрицы) и от состояния штрих-кодов, которое может изменяться, если повреждается поверхность реек (например, поцарапанные кодовые элементы). Поэтому определение погрешности измерений системы необходимо выполнять как совместную калибровку нивелира и комплекта реек. Идея такой методики состоит в сравнении разности отсчётов, взятых цифровым нивелиром по двум кодовым рейкам, с эталонной разностью отсчётов, полученных по интерферометру. Нивелир 3 устанавливается на подставке 4 и приводится в рабочее положение. Кодовые рейки 5 и 6 укладываются на ложементе 9 каретки 7 и жёстко соединяются через концевую меру длины (КМД) 8 пятками навстречу друг другу. Передвигая каретку 7, моделируют минимально возможный для взятия нивелиром при помощи зеркала 9 отсчёт по одной из реек.

После приведения системы в рабочее положение обнуляется показание интерферометра и выполняется серия отсчётов нивелиром по одной из реек. Перемещая каретку, производится аналогичная установка высоты для второй рейки. Берутся отсчёты по интерферометру, серия отсчётов по нивелиру и второй рейке, используя функцию программного обеспечения нивелира “перевёрнутая рейка”. Таким образом, перемещая каретку с заданным шагом, фиксируемым лазерным интерферометром, исследуется комплект реек по всей длине штрих-кодовых шкал. Затем выполняется обратный ход.

По полученным данным определяется N - разность отсчётов нивелира по двум рейкам за вычетом номинального значения КМД и I- - разности соответствующих показаний интерферометра:

N = Ни - N2 - - КМД,

I = 1ц - Ьг,

где N¡1 и N21 - отсчёты нивелира по рейкам; КМД - величина концевой меры длины; 11г - 12г - отсчёты по интерферометру.

По расхождениям этих разностей вычисляется СКП измерительной системы «Цифровой нивелир - кодовая рейка».

СКПпр, 06р =7^^,

где Аг = N1 -1; п - число измерений в ходе.

СКП измерительной системы ”нивелир-комплект реек” определяется как среднее из погрешностей СКПпр, обр.

а)

б)

а) установка двух штрих-кодовых реек скреплённых КМД (5, 6 - кодовые рейки; 7 - каретка;

8 - КМД; 9 - ложемент) б) общий вид установки (1 - лазерный интерферометр; 2 - уголковый отражатель с мишенью; 3- цифровой нивелир; 4 - подставка; 9 - зеркало)

Рис. 2. Лазерный интерференционный компаратор СГГА

2

9

1

Результат определения СКП измерительной системы ”нивелир-комплект кодовых реек” приведён на примере нивелира Trimble DiNi 03 и двух кодовых реек LD11 NEDO. По результатам измерений получены: СКПпр = 0.062567 мм; СКПобр = 0.021572 мм; СКП изм. сисх = 0.042069 мм.

© А.В. Куликов, В.Т. Новоевский, А.А. Ильин, А.Н. Носов, К.В. Тукмачёв, 2012