[Home Page]

Nov� kompar�tor pro kalibraci nivela�n�ch lat� na principu optick�ho k�dovac�ho syst�mu

P�es modern� a atraktivn� metody m��en� z�st�v� p�esn� nivelace nejp�esn�j�� metodou ur�ov�n� v��ek, resp. jejich �asov�ch zm�n. K dosa�en� v�rohodn�ch v�sledk� nivelace je v�ak nutn� p�esn� kalibrace invarov�ch nivela�n�ch lat�. V sou�asnosti jsou u��v�ny nov� digit�ln� nivela�n� p��stroje s lat�mi s k�dov�m d�len�m. S ohledem na tento specifick� zp�sob la�ov�ho d�len� (barcode - d�len�) je nutno dosavadn�, tradi�n� d�lkov� kompar�tory pro ��rkov� d�len� lat� p�ebudovat. Na Fakult� stavitelstv� a geodezie v Lublani byly dlouh� l�ta kalibrov�ny lat� s ��rkov�m d�len�m na kompar�toru Zeiss. O jeho p�ebudov�n� je pojedn�no v n�sleduj�c�m �l�nku.

P�estavba Zeissova d�lkov�ho kompar�toru

Kompar�tor je masivn� opticko-mechanick� p��stroj, kter� byl p�vodn� u��v�n ke komparaci d�lkov�ch m��idel maxim�ln� d�lky 3 m. Celkem existuj� �ty�i takov� kompar�tory, z nich� jeden je v Lublani. Kompar�toru bylo u��v�no pro komparaci invarov�ch p�sk� nivela�n�ch lat� nebo m��ick�ch p�sem. Pr�ce byla obt�n� a �asov� n�ro�n� a byly m��eny d�l�� rysky pro ka�d� decimetr. P�esnost z p�ev�n� ��sti z�visela na zku�enostech pozorovatele a na po�tu opakov�n�.

Za den dva m��i�i mohli zkalibrovat jeden p�r lat�. Po zaveden� k�dov�ch d�len� byla pozv�na spole�nost RLS Merilna technika (m��ick� technika), aby se zab�vala p�estavbou kompar�toru. Kompar�tor pak dostal novou formu a zejm�na pak i nov� obsah. Pro kvalitu komparace m� velk� v�znam opracov�n� vod�c�ch ploch. Tyto plochy mus� odpov�dat p��sn�m toleranc�m s ohledem na rovinnost. Korpus star�ho kompar�toru byl pou�it jako jednolit� podklad, kter� se stal nosnou ��st� inovovan�ho kompar�toru. Je mechanicky p�esn� opracovan� a horizontovan� a v p�vodn� verzi byl nosi�em optick�ch a mechanick�ch ��st� pro optick� zp�sob m��en�. Na tento podklad je nyn� postaven nov� d�lkov� etalon a osazen nov� m��ick� voz�k.

Z�kladem m��ick�ho voz�ku je aluminiov� deska s kuli�kov�mi lo�isky, kter� dovoluj� posunovat voz�k po podkladov�m korpusu. Optick� ��st m���c�ho syst�mu sest�v� p�edev��m ze standardn� CCD kamery a telecentrick�ho objektivu. Rovnob�nost optick� osy telemetrick�ho objektivu a osy pohybu voz�ku zabezpe�uje speci�ln� hranol. Na horn� ��sti desky jsou namontov�ny pohonn� ��sti a kabelov� svazky. Na spodn� stran� desky je p�ipevn�n nosi� �tec� hlavy a osv�tlovac� hlava kalibrovan�ho m��idla i etalonu. Nov� d�lkov� etalon (Optical Encoder System firmy Renishaw) je tvo�en samolep�c�m m���c�m p�skem, p��mo nalepen�m na podklad a ode��tan�m �tec� hlavou s rozli�en�m 1 mm. Pro um�st�n� nivela�n� lat� je podklad vybaven nosnou konzolou a za��zen�m pro stranov� ustaven� polohy lat�. Dorazn� plocha pro patu lat� je dopln�na mal�m kouskem ��rkov�ho d�len�, jeho� d�lky jsou m��eny CCD kamerou, a tak je mo�no p�esn� ur�it odstup k pat� lat�. S pomoc� tohoto d�len� lze ur�it nulov� bod lat� s vysokou p�esnost� v syst�mu Barcode d�len�.

Dal�� sou��st� m���c�ho syst�mu je PC. Ten kontroluje pr�b�h m��en� a zabezpe�uje vyhodnocen� m��en�ch hodnot. Na n�m je instalov�n dodatkov� hardware a software a to:

Pr�b�h m��en�

B�hem pohybu p�es kalibrovan� m��idlo (la�), se voz�k zastav� ka�d�ch 9 mm, co� je o n�co m�n� ne� v��ka zorn�ho pole kamery. V klidov� poloze sn�m� kamera d�l�� obraz. Poloha �tec� hlavy je sou�asn� ur�ena na etalonov�m p�sku. Mezi dv�ma d�l��mi sn�mky se pohybuje m���c� voz�k rychlost� asi 1 cm/s. Software zpracuje d�l�� sn�mek a d�ky zn�m� poloze um�st� v�sledky do posloupnosti sn�man�ch d�lk�. Sn�m�n� cel�ho d�len� nivela�n� lat� d�lky 3 m trv� asi 10 min.

V dal��m je prov�d�no zpracov�n� d�l��ch sn�mk� rozkladem na 750 x 570 pixel�, slou��c�ch v prv� �ad� k vyrovn�n� nerovnom�rn�ho osv�tlen�. P�i p�esn� zn�m�m zv�t�en� a s uv�en�m polohy kamery p�i d�l��m sn�mku jsou v n�sleduj�c�m kroku pixelov� sou�adnice p�evedeny do sou�adnicov�ho syst�mu m��ic�ho za��zen�. Ulo�en� sn�mky pak obsahuj� �daje o kontur�ch jednotliv�ch zna�ek d�len� pod�l cel� lat�. Program umo��uje jejich zobrazen� na obrazovku v libovoln�m zv�t�en� a nab�z� prost�edky k vyhodnocen� kontur. N�sleduje pak zpracov�n� vz�jemn�ch vztah� mezi zna�kami d�len� v d�l��ch oknech obrazovky. Pro odvozen� pr�m�rn�ch hodnot je u�ito regresn� p��mky, prolo�en� �adou pozorov�n�. Vyhodnocovac� program umo��uje p�edprogramov�n� pr�b�hu m��en� s uv�en�m specifik d�len� lat� r�zn�ch v�robc�. V�sledky m��en� jsou zkop�rov�ny na pam�ov� m�dium, a to v jednotn� form� pro p��padn� dal�� anal�zy.

Kalibrace kompar�toru

Po zakon�en� mont�e a p�ezkou�en� jeho funkc� byl kompar�tor kalibrov�n ve zplnomocn�n� laborato�i v Ravne. Postup zahrnoval kalibraci m���c�ho syst�mu Renishaw a syst�mu kamery. V�zkum byl proveden laserov�m interferometrem a ocelov�m etalonem s ryskov�m d�len�m podle standardn�ho postupu. D�lkov� etalon byl p�ezkou�en Slovinsk�m ��adem pro standardizaci a metrologii. V kone�n�m procesu z�skal posl�ze kompar�tor osv�d�en� o kalibraci. Dopl�kov� bylo provedeno je�t� kalibra�n� m��en� laserov�m interferometrem na TU Mnichov. Ob� kontroln� m��en� (kalibrace) vykazuj� prakticky stejn� line�rn� trend. Regresn� koeficienty se odli�uj� o 0,5 mikrometru na 1 m d�lky. Korektury metru kompar�toru, odvozen� ob�ma kontrolami, dosahuj� hodnoty +2 ppm.

Dal�� zpracov�n� m��en�ch �daj� p�esn�ch nivela�n�ch lat�

M���c� a zpracovatelsk� program dovoluje shrom�d�n� a zpracov�n� cel�ho d�len� nivela�n� lat� do d�lky 3 m, v�etn� syst�mu ur�en� la�ov�ho po��tku (nuly lat�). Ur�en� pr�m�rn� hodnoty la�ov�ho metru a nuly lat� vy�aduje zpracov�n� dvou r�zn�ch postup�. P�i odvozen� st�edn� d�lky la�ov�ho metru je nutno vz�t v �vahu polohu v�ech zna�ek d�len�. To znamen� nap�. 597 m��en� lat� s p�lcentimetrov�m ��rkov�m d�len�m, 339 m��en� pro k�dovan� lat� Leica GPCL3 a 265 m��en� pro k�dovan� lat� Zeiss LD3. P�i zpracov�n� je t�eba ur�it vzd�lenosti st�ed� jednotliv�ch ��rek od v�choz� zna�ky u paty lat�. Rozestup je vyj�d�en v milimetrech, ud�van� p�esnost je 1 mikrometr. Data jsou pak zpracov�na v�po�etn�m programem s uv�en�m oprav z vlivu teploty. Opravy jsou ur�eny z rozd�l� mezi aktu�ln� teplotou lat� a kompar�toru a tempera�n� teplotou laborato�e (200� C). Redukovan� m��en� hodnoty jsou porovn�ny s nomin�ln�mi hodnotami la�ov�ho d�len�. Z odchylek jsou vypo�teny prvky regresn� p��mky podle MN�. Jej� koeficient ur�uje opravu st�edn� hodnoty la�ov�ho metru. P�esnost m��en� a hledan� hodnoty je odvozena na z�klad� m��ick�ch oprav a kovarian�n� matice nezn�m�ch.

Oprava z nulov�ho bodu lat� je druhou la�ovou konstantou. Ud�v�, o kolik se odstup definovan� ��rky od paty lat� odchyluje od po�adovan� hodnoty. M��en� spo��v� v m��en� dev�ti ��rek invarov�ho p�sku na la�ov�m n�stavci a prvn�ch osmi ��rek d�len� k�dovan� lat�. Na z�klad� dvoj�ho porovn�n� je vy�et�ena st�edn� hodnota vzd�lenosti od paty lat� a srovn�n�m s po�adovanou hodnotou ur�ena oprava nuly lat�. Nadbyte�n� m��en� dovoluj� odhad p�esnosti m��en� a hledan� opravy. Kalibrace lat� je zakon�ena seps�n�m protokolu s nejd�le�it�j��mi �daji v numerick� a grafick� form�.

Z�v�r

P�ebudovan� p�vodn� kompar�tor Zeiss nyn� dovoluje ur�en� la�ov�ch oprav nivela�n�ch lat� libovoln�ho k�dov�ho d�len�. Postup m��en� je rychl� a spolehliv�. Kompar�tor je certifikov�n a jeho kvalita nez�visle ov��ena. Na z�klad� dobr�ch v�sledk� se zapoj� Lubla�sk� fakulta do mezin�rodn� propojen�ho syst�mu kompar�tor� univerzit v Bonnu, Darmstadtu, Grazu, Mnichov� a Curychu. Porovn�n� s t�mito kompar�tory bude uskute�n�no na �ad� vybran�ch nivela�n�ch lat� TU Mnichov za stejn�ch m��ick�ch podm�nek.

Florjan VODOPIVEC, Du�an KOGOJ
Z �asopisu AVN. Allg. Vermess.-Nachr.,
ro�. 108, �. 8-9 (2001)
p�elo�il pro Novinky zem�m��ick� knihovny 5/2001 (V�GTK)
P. Vysko�il
(zkr�ceno)

vyv�eno: 8. �ervence 2002


Z �asopisu Zem�m��i� �. 6+7/2002
[Server] [Geodezie] [Novinky zem�m����sk� knihovny] [Po�ta]