Wykład

Temat: Niwelatory kodowe

A w nim: Opis niwelatorów kodowych oraz niwelatorów laserowych

Coraz powszechniej w użyciu spotyka się niwelatory kodowe, które coraz bardziej wypierają z rynku niwelatory klasyczne. Wynika to z ich większej wydajności oraz możliwości automatyzacji pomiarów i opracowania wyników.

Rys. 2 Niwelator kodowy Leica Na 2002

Wszystkie modele niwelatorów cyfrowych działają na podobnej zasadzie. Wxe wszystkich oś celowa ustawiona jest w kierunku poziomym dzięki układom kompensacyjnym. Różnią się od niwelatorów tradycyjnych sposobem identyfikacji odczytu położenia osi celowej na łacie, który wykonywany jest metodą optoelektroniczną. Aby to było możliwe w lunecie każdego niwelatora zamontowany jest przetwornik optoelektroniczny obrazu łaty. Stosuje się łaty z podziałem w formie specjalnego kodu, który złożony jest z naprzemianległych pól jasnych i ciemnych o różnej grubości. W przypadku niwelatora Ni 2002 każde pole ma szerokość k=2,025 mm.
Odczyt położenia osi celowej na takiej łacie odbywa się na zasadzie porównania dwóch obrazów. Łaty zrzutowanej przez układ optyczny na matrycę kamery cyfrowej CCD i wzorca wprowadzonego do mikroprocesora przez producenta. Porównywanie odbywa się metodą korelacji przetwarzanego sygnału pomiarowego z sygnałem wzorcowym.

Rys. 3 Pomiar niwelatorem Leica DNA10

W procesie tym pożądana jest znajomość odległości ogniskowania d(odległość niwelatora od łaty), która z dokładnością do 1 decymetra wyznaczana jest w niwelatorze z analizy położenia soczewki ogniskującej układu optycznego. Dlatego też, w czasie pomiarów należy zawsze pamiętać, aby nastawiać obraz łaty „na ostrość”. W niwelatorze cyfrowym zastosowano czujnik położenia soczewki ogniskującej, względem stałego punktu odniesienia, z którego jest wyznaczana odległość do łaty. Znajomość odległości przyśpiesza wykonywanie korelacji. Dwuwymiarowa funkcja korelacji między obydwoma sygnałami jest funkcją zależną od położenia osi celowej na łacie niwelacyjnej i odległości do łaty. Aby znaleźć maksimum korelacji trzeba przeanalizować całe pole pomiarowe w zakresie wysokości od 0 do 4,05 (bo taka jest wysokość łaty) oraz w zakresie odległości od minimalnej do maksymalnej celowej.
Liczba obliczeń w celu rozwiązania korelacji została zredukowana poprzez zastosowanie dwóch etapów interpolacji - korelacji zgrubnej i dokładnej. W korelacji zgrubnej wykorzystywana jest odległość wyznaczona z położenia soczewki ogniskującej. W jej wyniku powstaje pole do udokładnienia odczytu w korelacji dokładnej, w wyniku której zostaje zidentyfikowany odczyt odpowiadający odległości od zera łaty do osi celowej niwelatora.
Prawie każdy niwelator kodowy pozwala na eksport danych do komputera za pomocą odpowiedniego portu lub karty pamięci. Dzięki temu możliwe jest bezpośrednie przeniesienie odpowiednio sformatowanych wyników do programu komputerowego oraz ich archiwizacja. Oprogramowanie niwelatorów kodowych udostępnia wiele trybów pomiarów, jak również pozwala na wykonanie obliczeń oraz kalibracje instrumentu. Tu inwencja należy do producentów, którzy prześcigają się w wymyślaniu i udoskonalaniu swojego oprogramowania. W przypadku, gdy niemożliwy jest pomiar lub baterie wyczerpały się, możliwy jest zwykły pomiar dzięki temu, że łaty zwykle mają z drugiej strony podział klasyczny. Oczywiście, odbija się to na dokładności, która wówczas dorównuje niwelacji technicznej.

Na wykonywanie odczytów niwelatorami kodowymi mają wpływ warunki zewnętrzne, takie jak:
-turbulencja powietrza w wysokich temperaturach
-drgania kompensatora wywołane silnym wiatrem
-niejednorodne oświetlenie łaty(w warunkach dołowych lampa górnicza nie wystarcza, bo światło nie jest równomierne i oświetla fragment łaty)
-zasłonięcie części łaty (może uniemożliwić pomiar nawet, gdy zasłonięta jest część łaty, w którą nie celujemy. Widoczne musi być minimalnie 30 cm łaty)

Dokładność pomiaru zależy od oddziaływania wewnętrznego i zewnętrznego, czyli:
-dokładność wyznaczenia pozycji względnej
-skali obrazu łaty kodowej
-jakość oświetlenia
-wyboru programu pomiarowego i jego dokładności
-dokładności i sposobu ustawienia łaty

Do zalet niwelatorów cyfrowych zaliczyć należy:
-większą efektywność pomiarów dzięki automatyzacji
-wykluczenie z pomiarów błędów grubych popełnianych przez obserwatora podczas wykonywania odczytu
-możliwość prowadzenia pomiarów w warunkach niestabilnych przy zastosowaniu odpowiedniego trybu pracy
-automatyczna kontrola poprawności i dokładności pomiarów

 

Przydatne linki związane z powyższą tematyką:

Artykuł wyjaśniający działanie niwelatorów kodowych

Broszura firmy Leica nakłaniająca do kupna niwelatorów kodowych

Opis niwelatorów kodowych firmy Leica

Opis niwelatorów kodowych firmy trimble

Opis niwelatorów, tym razem firmy Trimble

Temat: Niwelatory laserowe

Niwelatory laserowe są instrumentami, które pozwalają na wizualizacje płaszczyzny poziomej bądź nachylonej pod odpowiednim kątem. Odbywa się to dzięki wiązce laserowej, która z dużą prędkością obracana jest wokół osi głównej instrumentu. Możliwy jest, więc bezpośredni odczyt z łaty przez osobę trzymającą ją.Wykorzystuje się do tego także specjalne fotodetektory, które pozwalają na zwiększenie dokładności pomiarów a czasem są one niezbędne, gdy wiązka laserowa nie jest widoczna. Niwelatory pracujące na świetle niewidzialnym ??? (780) mają większy zasięg i częściej stosowane są w terenie otwartym. Większość niwelatorów laserowych wyposażonych jest w kolimator, który zdecydowanie przyśpiesza pracę przy wyznaczaniu płaszczyzn poziomych.

Rys.4 Niwelator laserowy wykorzystany do sterowania pracą maszyn

Instrument ten znajduje szerokie zastosowanie na budowach, w robotach ziemnych oraz pracach tyczeniowych. Są one także wykorzystywane przy sterowaniu maszynami.

Rys.5 Sposoby zastosowania przemysłowego niwelatora laserowego

Przydatne linki związane z powyższą tematyką:

Artykuł o niwelatorach laserowych z "Geodety" część I

Artykuł o niwelatorach laserowych z "Geodety" część II

Literatura:

A.Płatek "Geodezyjne dalmierze elektromagnetyczne i tachimetry elektroniczne"

A.Płatek "Elektroniczne techniki pomiarowe w geodezji"

Holejko "Precyzyjne elektroniczne pomiary w geodezji"

---