Обзор и анализ трехкоординатного стенда

Благодаря технологической революции в геодезическом приборостроении современная геодезия обеспечена новыми средствами измерительной техники, глобальными навигационными спутниковыми системами (ГНСС) для определения пространственных координат. Этот метод нашел широкое применение при создании геодезических сетей разного назначения, в инженерной геодезии, аэрофотосъемке, при создании геодезических базисов. Определение координат точек с миллиметровой точностью с помощью спутниковых наблюдений стало распространённой задачей в практике геодезических и землеустроительных работ. Достижение точности зависит от спутниковой аппаратуры и от методической составляющей, важной частью которой является метрологическая аттестация и поверка аппаратуры. Особенность метрологической аттестации спутниковых приемников состоит в том, что аттестация подлежит как сам прибор, так и программное обеспечение, используемое для обработки результатов наблюдений.

Как раз одно их средств измерительной техники – наш объект испытаний является трехкоординатный стенд для тестирования и сертификации геодезической аппаратуры и программно – математического обеспечения, использующих измерения по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем. Стенд был разработан в рамках научно- исследовательской опытно-конструкторской разработки (НИОКР).

Назначение: Стенд, макет которого разрабатывается в рамках научно-исследовательской опытно-конструкторской разработки, должен обеспечивать оценку параметров, на основании значений которых аппаратура может быть сертифицирована и делается вывод о принадлежности стенда спутниковой навигации к типам:

1. длительность непрерывной работы в часах

2. перечень навигационных систем, сигналы которых обрабатываются

3. частотный диапазон для приема сигналов навигационных систем

4. состав выдаваемых параметров

5. информационный протокол для выдаваемых параметров

6. максимальная частота выдачи результатов навигационных определений измерительной информации;

7. факт работы в дифференциальном режиме по фазе кода;

8. факт работы в дифференциальном режиме по фазе несущей в реальном времени (режим кинематики реального времени);

9. факт работы в режиме опорной станции по фазе кода;

10. факт работы в режиме опорной станции по фазе несущей;

11. факт работы от внешнего стандарта частоты;

12. факт выдачи метки времени;

13. шумовая погрешность измерений по фазе кода;

14. шумовая погрешность измерений по фазе несущей;

15. число пропусков циклов в измерениях по фазе несущей;

16. стабильность внутреннего стандарта частоты;

17. стабильность работы от внешнего стандарта частоты;

18. точность навигационных определений в абсолютном режиме;

19. точность навигационных определений в дифференциальном режиме по фазе кода, в реальном времени;

20. точность навигационных определений в дифференциальном режиме по фазе несущей, в реальном времени;

21. точность определения координат в относительном режиме, в режиме постобработки.

Макет стенда предназначен для тестирования:

-аппаратуры геодезического класса;

-специального программного – математического обеспечения, обеспечивающего выполнение работ с геодезической точностью.

Макет стенда должен обеспечивать оценку таких параметров как:

-шумовой погрешности измерений по фазе кода;

-шумовой погрешности измерений по фазе несущей;

-долю измерений аномальных измерений (пропусков циклов) среди набора измерений по фазе несущей;

-точность определения координат в относительном режиме в режиме постобработки.

Диапазон применения и точностные характеристики высокоточной геодезической аппаратуры в настоящее время:

-Одночастотная спутниковая ГЛОНАСС/GPS аппаратура в режиме «статика», «быстрая статика» на расстояниях до 10 км – первые миллиметры.

-Двухчастотная спутниковая аппаратура в режиме «статика» с использованием штатного ПО позволяет, на расстояниях до 100-200 ка получать относительные координаты с точностью 2мм+1ppm

-Двухчастотная спутниковая аппаратура в режиме «статика» (суточные наблюдения) на расстояниях – 2000 км с использованием специального ПО, точных орбит и т.п. позволяет получать относительную точность определения координат в единицах 8 знака.

Крепление инклинометра на наклонной оси позволит оценить масштаб перемещения в плане, полученный с использованием спутниковой системы, что актуально при сертификации автоматизированных систем геодезического мониторинга.

Как и любой трехкоординтный стенд имеет допустимую погрешность до мкм.

1.2 Обзор и анализ КИМ

Координатно-измерительная машина (КИМ) — устройство для измерения физических, геометрических характеристик объекта. Машина может управляться вручную оператором или автоматизированно компьютером. Измерения проводятся посредством зонда, прикрепленного к подвижной оси машины. Измерительные зонды могут быть механического, оптического, лазерного типа, дневного света, и другими.

Описание КИМ: типичная «мостовая» КИМ является трехосной с X, Y и Z осями. Оси ортогональны друг к другу и образуют обычную трехмерную систему координат. Каждая ось имеет свой масштаб, что определяет расположение этой оси. Машина считывает данные с сенсорного датчика, по указанию оператора или компьютера. Затем машина использует X, Y, Z координаты каждой из этих точек, чтобы определить размер и расположение. Как правило, точность измерений координатной машины порядка микрон, или микрометров, что составляет одну миллионную часть метра.

КИМ, как правило, используется в производственном и сборочном процессе для проверки размеров деталей или проверки качества сборки в сравнении с требуемым дизайном. После сбора X, Y, Z положений множества точек детали, полученные массивы данных анализируются с помощью различных регрессионных алгоритмов. Эти данные о точках собираются с помощью зонда, который позиционируется оператором или автоматически с помощью прямого управления компьютером. КИМ может быть запрограммирована на конвейерный поточный анализ, что позволяет считать КИМ специализированной формой промышленного робота.

Основные части КИМ:

Координатно-измерительные машины включают в себя три основных модуля:

· основная структура, обеспечивающая базу (как правило гранитную) для обеспечения платформы для трех осей движения;

· система зондирования;

· система сбора данных и управления как правило, состоит из контроллера, компьютера и прикладного программного обеспечения.

Использование и применение КИМ:

Координатно измерительные машины часто используются для:

· измерения габаритов и размеров деталей;

· измерения профиля деталей;

· измерения углов или ориентации;

· построения карт рельефа;

· оцифровки изображений;

· измерения сдвигов.

Особенности:

· Противоаварийная защита

· Возможность программирования и автоматизированного контроля действий машины

· Обратное проектирование, реверс-инжиниринг

· Возможность использования в цеху предприятий

· SPC программное обеспечение и режим температурной компенсации.

· Возможность импорта CAD-моделей

· Соответствие стандартам DMIS

Координатно измерительные машины производятся в широком диапазоне размеров и конструкций с различными технологиями зондов. Ими можно управлять вручную или автоматически через прямое управлением компьютера. Они предлагаются в различных конфигурациях, таких как настольный, карманный и портативный.