[Home Page]

Systémová kalibrace digitálních nivelačních přístrojů - novinka na ČVUT v Praze

<p class='tucna-kurziva-odstavec'>V laboratoři Katedry vyšší geodézie na Stavební fakultě ČVUT v Praze byl uveden do testovacího provozu automatický horizontální komparátor pro systémovou kalibraci digitálních nivelačních přístrojů. Vývojový tým ve složení ing. Z. Vyskočil, A. Roubal a doc. ing. F. Krpata CSc. dolaďuje hladký průběh celého procesu kalibrace. Na novém komparátoru je možné automaticky otestovat přesnost měření sestavy digitálního nivelačního přístroje a latě s čárovým kódem a určit měřítko tohoto systému. Podobných zařízení je ve světě mnoho, v ČR se však jedná o novinku.</p> <h3>Systémová kalibrace</h3> <p>Kontrola jakosti nivelačních přístrojů spočívá jak u klasických, tak digitálních přístrojů především ve zjištění nevodorovnosti záměrné přímky. Tato kontrola se provádí v laboratoři i na místě měření, po transportu přístroje. V případě nivelačních latí je pak kontrolována délka laťového metru, tedy měřena vzdálenost dílků latě. Měření laťového metru se provádí v laboratorních podmínkách za použití velmi přesného laserového dálkoměru jako délkového etalonu.</p> <p>S nástupem digitálních nivelačních přístrojů však vyvstala nutnost pokrýt kalibrací i případné chyby elektroniky a snímacího systému přístroje. Tyto chyby totiž nelze zjistit ani odstranit běžným postupem komparace latě či polním určováním chyb přístroje. Systémová kalibrace je opakované laboratorní měření digitálním nivelačním přístrojem s postupnou změnou a kontrolou výšky nivelační latě. Výstupem měření je měřítko systému, tedy konkrétní latě a konkrétního přístroje. Kalibrace dále odhaluje chyby z kvantování na CCD jednotce přístroje, vzniklé diskrétním přechodem signálu na sousední pixel CCD kamery při změně výšky latě. Tato chyba se projevuje jen v tzv. kritických vzdálenostech, při kterých se do jednoho pixelu CCD kamery zobrazí celý počet pixelů čárkového kódu latě.</p> <p>Pro systémovou kalibraci se používá nejčastěji vertikální komparátor (TU Graz, Stanford Uni), ale i horizontální komparátor. Ten je však nutné vybavit zrcadlem či jiným elementem, který umožní měřit nivelačním přístrojem na obraz čárového kódu latě.</p> <p>Komparátor v laboratoři na FSV ČVUT je vybaven zrcadlem, které je vůči záměrné přímce nivelačního přístroje a zároveň k normále k nivelační lati skloněno o 45°, což umožňuje měření digitálním nivelačním přístrojem na vodorovně uloženou lať. Tento systém je používán např. na TU München. Celý komparátor se pak skládá z těchto součástí:</p> <ol> <li>zrcadlo s úchytnou konstrukcí a jemnými ustanovkami, které jej umožňují nastavit do správné polohy </li><li>velmi přesný dálkoměr v podobě laserového interferometru pro kontrolu polohy latě </li><li>vozík, nesoucí nivelační lať a hranol laserového interferometru - pohybem vozíku se pak 'zvedá' obraz latě v zorném poli nivelačního přístroje a tento 'zdvih' je měřen interferometrem </li><li>pohonné zařízení - krokový motor se závitovou tyčí </li></ol> <p>Hlavní výhodou a předpokladem systémové kalibrace je automatizace celého procesu. Proto byl vyvinut vlastní software pro současné ovládání nivelačního přístroje (opakované měření a stahování naměřené výšky), krokového motoru (posun latě v zadaném kroku kalibrace) a laserového interferometru (kontinuální kontrola polohy vozíku s latí, resp. změny jeho vzdálenosti od nivelačního přístroje). Při kalibraci jsou pak online kontrolovány všechny součásti a měřič získává průběžně hodnotu tzv. výškových odchylek (rozdíl relativních výšek, měřených nivelačním přístrojem a laserovým interferometrem.</p> <h3>Nivelační přístroj</h3> <p>Pro testování komparátoru je používán digitální nivelační přístroj Wild NA3003, který komunikuje s počítačem přes sériový port pomocí GSI formátu a GSI příkazů. Po spuštění provozu komparátoru se předpokládá vytvoření ovladačů pro přístroje jiných výrobců a tedy jejich kalibraci. Nivelační přístroj je na komparátoru umístěn v ose kalibrace a jeho vzdálenost od latě lze měnit v rozsahu 1,6 m - cca 8 m. Minimální vzdálenost je omezena možnostmi přístroje a maximální vzdálenost je limitována velikostí zrcadla, které čárový kód zobrazuje.</p> <h3>Délkový etalon</h3> <p>Katedra vyšší geodézie vlastní špičkový kompaktní laserový interferometr Renishaw ML10 Gold, který při správné kontrole atmosférických podmínek měření dosahuje přesnosti 1 ppm, měřenou délku 1 metr určí s přesností 1 mm. Přístroj je pomocí interface DX10 spojen s USB portem počítače a komunikuje buď přes firemní software (neumožňuje online využití dat) či přes uživatelem vytvořený ovladač. Pro Katedru VG naprogramoval ovladač DX10 Measuring ing. Jiří Matoušek v rámci své práce ve firmě Adastra, za což mu náleží autorovo vřelé poděkování. K ovladači se lze připojit přes jednoduchý TCP protokol a zasílat mu textové příkazy, příslušné k interface DX10 a volně uváděné výrobcem interferometru.</p> <h3>Posun latě</h3> <p>Pro posun vozíku byl použit krokový motor SX23-2520 od firmy Microcon, který lze pomocí řídicí jednotky programovat a ovládat přes sériový port. K motoru je přes pružnou spojku připojena závitová tyč, která je závitem spojena s vozíkem, otáčením se tedy vozíkem pohybuje. Motor má dynamický točivý moment 2 Nm, což pro otáčení závitovou tyčí o průměru 18 mm a tahu vozíku o celkové hmotnosti asi 10 kg bohatě dostačuje. Otáčky motoru, rychlost a zrychlení motoru jsou nastavovány online z PC.</p> <p>Ovládací software je programován v prostředí Matlab R2006a a LabView 8.0. Spojuje ovládání nivelačního přístroje a motoru přes dva sériové porty a interferometru protokolem TCP. Výstupem programu pak bude textový soubor měření a online zobrazované výškové odchylky a měřítko systému.</p> <p>Celý projekt je finančně zaštítěn Katedrou vyšší geodézie a je základem pro disertaci autora článku.</p>

Ing. Zdeněk Vyskočil, Katedra vyšší geodézie, Stavební fakulta ČVUT v Praze

vyvěšeno: 20.05.2007
ID článku: 2509


Z časopisu Zeměměřič č. 07-03
[Server] GeodézieŠkolství [Pošta]