Измерение больших расстояний с высокой точностью

Я сейчас занимаюсь изготовлением металлоконструкций длиной порядка 5-50 футов. В настоящее время мы измеряем эти структуры с помощью коммерческих рулеток. Большую часть времени мы работаем с допуском около +/- 1/16 "и не испытываем никаких проблем. В последнее время мы пытаемся сделать некоторые элементы с очень высоким допуском (по крайней мере +/- 1 / 32 дюйма, приближается к 1/64 дюйма или 0,016 дюйма). Этот допуск обусловлен визуальными, а не механическими критериями, но он все еще очень важен для нашего руководства.

У меня вопрос: как мы можем надежно измерить эти виды расстояний с таким уровнем точности? Я готов заказать некоторые отслеживаемые рулетки NIST, но мне не ясно, действительно ли они улучшат ситуацию. Существуют ли другие технологии или методы, которые могут быть практически применены в производственных условиях? Достаточно ли точны геодезические инструменты для решения проблемы? Стоимость, безусловно, является фактором, но нас больше заботит повторяемость и надежность, чем цена.

Я понимаю, что этот допуск будет звучать нелепо для большинства, но я полагаю, что некоторым другим отраслям, возможно, придется работать аналогичным образом, возможно, большие двигатели для кораблей или компоненты силовых установок?

— Ethan48
источник

Расположение космических зондов на окраинах Солнечной системы измеряется с точностью до нескольких сантиметров ... так что это зависит от того, сколько вы готовы инвестировать и насколько точно вы хотите идти.

— SF.

Ответы:

Получить такую точность по этой шкале нетривиально и, вероятно, не будет дешевым.

Для меньших размеров, до нескольких метров, можно использовать переносную КИМ ( вот пример ). Они имеют точность порядка 10 и используются для таких вещей, как производство автомобилей класса High End / F1. $\mu$

Тем не менее, инструменты типа CMM не будут полезны для чего-либо большего, чем несколько метров, так как они ограничены длиной руки и должны быть зафиксированы при измерении, чтобы получить ощутимый результат. Для более крупных изделий лучше всего использовать лазерный трекер ( пример ). Они также имеют довольно хорошую повторяемость (~ 20 ). $\mu$

Версии, которые я видел, - это фазовращающие интерферометры, которые запускают лазер на светоотражатель в металлическом шарике, который находится на поверхности. Они используются такими людьми, как Boeing / Airbus, для проверки допусков при изготовлении самолетов.

Это не дешевые лазерные трекеры, которые стоят около 80000 долларов. Обычные геодезические лазерные дальномеры намного дешевле, но я не уверен, что они будут иметь подходящую точность.

— nivag
источник

Портативный CMM, который вы перечислили, также ограничен длиной руки. Вы можете перемещать его, но это полезно, только когда рука неподвижна. Вы начнете перемещать его между измерениями одной и той же детали, и у вас будут бесполезные показания.

— Тревор Арчибальд

Благодаря Nivag, я думаю, что это то, что мы ищем. @TrevorArchibald, вы хотите сказать, что нам нужно установить инструмент в стационарное положение, на какую-то опорную поверхность, и всегда проводить измерения? Это не идеально, но можно сделать.

— Ethan48

@ Ethan48 Да, так работает рука Фаро. Он все еще довольно переносим, его не нужно калибровать каждый раз, когда вы перемещаете его, но он выполняет все свои вычисления относительно своей базы, поэтому, если база перемещается, ваши измерения отключаются.

— Тревор Арчибальд

@TrevorArchibald Да, это была моя точка зрения. Читая это снова, это было не очень ясно Буду редактировать.

— Nivag

Даже лучшая металлическая рулетка подвержена значительному тепловому расширению на большие расстояния.

Вместо этого попробуйте лазерное измерительное устройство («электронная рулетка»): http://www.engineersupply.com/Laser-Measurers.aspx

Лазерное измерение расстояния, плоские пластины, закрепленные на объекте, и некоторые прокладки известной толщины - все, что вам нужно для точного определения местоположения на большом расстоянии.

— user2790167
источник

Благодарность! Мы, конечно, используем лазерные ленты на очень большие расстояния, но, насколько мне известно, даже Leica обещает только +/- .040, что не намного точнее, чем мы получаем с помощью ленты. Тепловое расширение определенно становится значительным здесь. К счастью, температура в нашем магазине довольно хорошо регулируется, поэтому она может быть управляемой. Я читал, что коэффициент теплового расширения составляет 6,7x10 ^ -6, что, я думаю, означает 0,004 "на градус более 50 '. Более важно, поскольку и лента, и конструкция выполнены из стали (и ориентированы в одном направлении) они расширяются так же? Это наивное утверждение?

— Ethan48

Если они оба одинаковые сорта стали, они должны расширяться на очень похожие количества. Я согласен с вашим числом ~ 0,004 "/ градус F. Если лазерные устройства недостаточно точны, все, о чем я могу думать, это какой-то сумасшедший эксперимент Физо, выполненный в обратном порядке.

— user2790167

Да, это лучшее, что я придумал, но, очевидно, не очень практично. Из того, что я понимаю, именно так они калибруют мастер-ленты в первую очередь.

— Ethan48

Как узнать, какова точность / погрешность ваших измерений?

— SF.

@SF, я не в прослеживаемом смысле, но мы проверили выбор лент по 15-дюймовому стандарту микрометра, а также по отношению друг к другу на больших кусках стали, чтобы получить общее представление.

— Ethan48

Для высокой точности на больших расстояниях обычно используются общие методы съемки. Вы используете тахеометр ( как этот ), который даст вам точность 1,5 мм за один выстрел. Они не лазерная рулетка. Повторные настройки / показания с некоторыми статистическими исправлениями позволят вам легко опускаться ниже 1 мм. Также обратите внимание, что они невосприимчивы к тепловому расширению любой ленты, но, конечно, предмет будет. Это тоже можно допустить, хотя и с математической компенсацией.

Хорошо, что вам не нужно покупать тахеометр. Вы можете арендовать его на несколько дней. Еще лучше (в зависимости от бюджета) - пригласить парня, который сделает это за вас. Это может быть способ пойти с учетом опыта, необходимого для использования этого вида комплекта. Начинающему понадобится день, чтобы точно встать на отметку. Я думаю, что требуемая точность может быть достигнута за разумную цену.

— Пол Ушак
источник

ОК, интересно. Таким образом, сам прибор хорош до допусков 1/16 ", которые я пытаюсь превзойти, но вы говорите, что с несколькими измерениями есть способы повысить точность?

— Ethan48

@ Ethan48 Да. Это то же самое, что измерять длину сигары. Повторите измерение 10 раз и в среднем. Вы получите лучшую точность, чем при одном измерении. Однажды я провел целый день на горе, взяв 100 показаний с чем-то похожим на этот комплект.

— Пол Ушак

Ваша проблема будет в технике и опыте. Тахеометр очень сложен и, по всей вероятности, не может быть настроен над изготовлением. Это должно быть смещено. Это приводит к снижению нагрузки на геометрию и методам рассеяния ошибок. Вы могли бы достичь чего-то вроде улучшения точности root (n), где n - количество чтений (раундов). Тогда есть учет тепловых движений изготовления. Возможно, лучше всего завести парня на день.

— Пол Ушак

Да, я за то, что привел кого-то со знанием. Мое предыдущее понимание состояло в том, что статистические методы могут повысить достоверность измерений, но на самом деле не повысить точность, но это не та область, которую я действительно изучал.

— Ethan48