Temat 3

Badanie czynników wpływających na dokładność pomiarów bezzwierciadlanych. Badanie dokładności pomiarów zrobotyzowanych ATR do ruchomego pryzmatu.

Król Mariusz

Kruczek Grzegorz

Malach Krzysztof

Rok akademicki 2014/2015

Spis treści

1. Sprawozdanie techniczne 1

2. Materiały o oprogramowanie 1

3. Etapy prac:

2. Badanie dokładności pomiarów zrobotyzowanych „ATR” do ruchomego celu

Sprawozdanie techniczne

1. Dane formalno-prawne

1. ZLECENIODAWCA: Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

2. WYKONAWCA: Sekcja w składzie: Kruczek Grzegorz, Król Mariusz, Malach Krzysztof.

3.PRZEDMIOT ZLECENIA: przeprowadzenie badań czynników wpływających na dokładność pomiarów bezzwierciadlanych; zbadanie dokładności pomiarów zrobotyzowanych ATR do ruchomego pryzmatu.

4.TERMIN ZLECENIA: 08.04.2015

5. TERMIN WYKONANIA ZLECENIA: 15.05.2015

2. Materiały i oprogramowanie

1. Konspekt opisujący poszczególne procedury testowe;

2. Tachimetr Topcon z funkcją pomiaru bezlustrowego;

3. Materiały , na które wykonywano pomiary tachimetrem Topcon: wkład długopisu, żel pokrywający powierzchnię, folia aluminiowa, styropian, karimata, pleksi, plastik, guma, różnokolorowe kartki (biały, zielony, niebieski, czarny, czerwony);

4. Tachimetr Leica z funkcją pomiaru ATR;

5. Wózek z zamocowanym pryzmatem dalmierczym.

3. Badanie czynników wpływających na dokładność pomiarów bezzwierciadlanych

1. Czynniki geometryczne

1. Porównanie wielkości plamki dalmierza bezzwierciadlanego i pionownika laserowego w tachimetrze Topcon: nie można było dokonać porównanie, gdyż w badanym tachimetrze wbudowany był pionownik optyczny;

2. Ocena widma plamki lasera:

1. Na odległości kilku metrów: plamka lasera o kształcie zbliżonym do elipsy o półosiach równych: 3,5 i 3,0 mm. Inne sekcje wykazały odpowiednio wymiary: 5,0 i 4,0 mm; 7,0 i 7,0 mm; 4,0 i 3,0 mm.

2. Na odległości około 50 metrów: plamka lasera o kształcie zbliżonym do elipsy o półosiach równych: 11,5 i 7,0 mm. Inne sekcje wykazały odpowiednio wymiary: 14,0 i 8,0 mm, 25,0 i 14,0 mm; 12,0

i 7,0 mm.

Na odległości około 1 m plamka zachowuje kształt trapezu.

Wraz ze wzrostem odległości rośnie powierzchnia widma plamki lasera.

3. Ocena błędów pomiaru odległości dla wiązki oświetlającej cele na różnych odległościach. W celu wykonania procedury testowej ustawiono pionowo wkład od długopisu w odległościach 1 i 2 m od ściany, a następnie wycelowano na ścianę znajdującą się za prętem (tak aby plamka lasera go nie oświetlała). Wykonano pomiary odległości do ściany, przesuwając leniwkę skokami o 2-3 mm tak, że plamka lasera przesunęła się na tle wkładu od strony lewej do prawej. Wyniki pomiarów zamieszczono w poniższych tabelach, odpowiednio dla:

1. 1 m:

16,200	16,197	16,191	16,188	16,199	Seria 1
16,199	16,195	16,184	16,188	16,199	Seria 2

2. 2 m:

16,204	16,216	16,222	16,204	16,204	Seria 1
16,204	16,203	16,203	16,205	16,204	Seria 2

Wartości w tabelach podano w metrach. Wyraźnie widać wpływy ustawienia cienkiego pręta na drodze plamki lasera - zakłócenia pomiaru dające odbiegające od siebie wyniki.

Dla porównania zamieszczono wyniki pomiarów innych sekcji:

	Odległość od ściany
	1 m	0,2 m
I seria	16,832	16,831
	16,833	16,828
	16,86	16,815
	16,855	16,817
	16,928	16,831
	16,834
II seria	16,833	16,83
	16,867	16,811
	16,918	16,83
	16,855	16,831
	16,34

Pomiar dalej	Pomiar bliżej
	s1
obok	9,451
na środku	8,529
za	9,457

cel	pomierzone odległości
	do ściany
gwóźdź	3,429
	3,453

W drugiej tabeli widać, że plamka mogła odbić się od przeszkody w postaci pręta.

4. Ocena błędów związanych z justowaniem plamki lasera względem osi celowej. W celu wykonania procedury testowej wycelowano na oś pionową obrotowej tarczy celowniczej, która następnie obracano w lewo i w prawo o kąty zbliżone do 10^g.

Kierunek	Kąt
obrotu	0^g
w lewo	3,247
w prawo	3,247

Wartości odczytów są zbliżone do siebie z dokładnością 1 mm co wskazuje na nie występowanie błędu justowania badanego lasera.

Wyniki pomiarów innych sekcji:

I seria	II seria
15,697	15,698	tarcza prostopadle do celowej
15,699	15,699	pod kątem
15,699	15,699
15,7	15,699
15,699	15,7
15,701	15,701

g	s1	s2
10	8,665	8,665
20	8,665	8,665
30	8,665	8,665
40	8,666	8,666
50	8,667	8,667
60	8,667	8,667
70	8,667	8,667
80	8,668	8,668
90	8,668	8,668

obrót tarczy [g] (w przybliżeniu)	pomierzona odległość [m]
0	10,257
10	10,257
20	10,257
30	10,257
40	10,257
50	10,258
60	10,299
70	10,268

Rozbieżności pojawiające się przy odchyleniu większym niż 50 gradów są spowodowane zbyt dużym odchyleniem płaszczyzny tarczy celowniczej względem padającej wiązki lasera.

2. Czynniki związane z elementami znajdującymi się na drodze wiązki:

1. Ocena przesunięcia plamki spowodowanego przejściem przez przezroczystą przeszkodę - przepuszczanie wiązki przez pleksi:

1. Na odległości około 1 m od ściany: zmiana nachylenia pleksi powoduje ruchy i częściowe rozpraszania plamki lasera. Inne sekcje również stwierdziły rozpraszanie sie plamki lasera.

2. Na odległości około 1 m od instrumentu: nie zaobserwowano istotnych zmian plamki lasera. Inne sekcje stwierdziły rozmywanie się plamki lasera.

2. Ocena przesunięcia plamki lasera spowodowanego gradientem temperatury na drodze wiązki poprzez nacelowanie na poziomą linię zlokalizowana

w odległości około 1 m od instrumentu i ogrzewanie wiązki lasera za pomocą suszarki. W wyniku przeprowadzonej obserwacji stwierdzono brak jakichkolwiek zmian, na co mogła wpłynąć niewielka odległość obiektu od instrumentu. Inne sekcje stwierdziły drganie i powiększanie się plamki.

3. Czynniki związane z zawilgoceniem powierzchni - ocena błędu pomiaru odległości spowodowanego zawilgoceniem powierzchni poprzez ustawienie ukośnie do poziomu nieprzezroczystej nienasiąkliwej powierzchni i zawilgocenie jej substancją żelową.

Zarejestrowane odległości [m]
Seria 1
3,246
3,247
3,247
3,248
3,246
3,243
3,241
3,240
3,239
3,240

Zmiana wartości odległości w trakcie pomiarów spowodowana jest nierównomiernym rozprowadzaniem i spływaniem żelu po powierzchni. Im grubsza warstwa żelu zalegała na powierzchni tym bardziej zmieniała się wyznaczana do niej odległość.

Wyniki pomiarów innych sekcji:

bez żelu	z żelem
Odchyły	I seria
16,933	16,949
16,934	16,948

s1	s2
8,660	8,660	plama na blachę
8,660	8,661	mokre
8,661	8,661	suche

powierzchnia	odległość [m]
sucha	10,305
stopniowo zawilgacana	10,306
	10,304
	10,302
	10,301
	10,297

Pozostałe sekcje otrzymały porównywalne wyniki.

4. Ocena własności pomiarów odległości do celów o dobrych właściwościach odbijająco- przepuszczających. W celu wykonania procedury testowej wykonano pomiary do arkusza folii aluminiowej ustawionej pod kątami zbliżonymi do 90° i 45° oraz tak aby uzyskać podwójne odbicie plamki lasera (w dwóch pierwszych przypadkach pomiar powtórzono do arkusza zakrytego białą kartką papieru). Otrzymano następujące wyniki:

folia - kąt prosty	folia - kąt 45°	podwójne odbicie
bez kartki
3,117	5,238	3,230
3,117	5,234	3,296
3,118	5,257	3,309
z kartką
3,117	3,115	-
3,119	3,116	-
3,116	3,115	-

Pomiar do folii aluminiowej ustawionej pod kątem prostym w stosunku do celowej nie zmienia zasadniczo mierzonej odległości, podczas gdy pomiar do folii aluminiowej nachylonej pod kątem 45° w stosunku do celowej wykazuje aż dwumetrowy błąd. Podwójne odbicie wiązki lasera od arkusza folii aluminiowej powoduje rozbieżności pomiarów na poziomie kilku centymetrów.

	I seria	II seria
prostopadle	16,908	16,917
prost.+kartka	16,91	16,916
45^o	16,99	17,016
45^o+kartka	16,91	16,913
odbicie 30-50cm	17,021	16,981

s1	s2
9,048	9,049	folia
9,040	9,039	folia+kartka
9,031	9,032	folia 45
9,450	9,046	folia+kartka 45
9,127	9,128	folia pleksi 45
9,032	9,036	folia plexi kartka 45

Cel	odległość [m]
	prostopadle
folia	8,042
kartka	8,043

Niejednoznaczność odpowiadających sobie wyników z różnych pomiarów jest spowodowana nieokreślonym ukierunkowywaniem wiązki lasera przy nieprostopadłym kącie jej padania na wybrany obiekt.

5. Ocena dokładności pomiaru odległości do materiałów syntetycznych.

Do każdego z materiałów (styropian, karimata, pleksi, plastik, guma) wykonano pomiary na odległościach około 5 i 50 m, bezpośrednio do materiału oraz po zasłonięciu go białą kartką papieru. Pomiary powtórzono po podgrzaniu każdego z materiałów suszarką do włosów.

Materiał	Odległość
	około 5 m
	Seria 1
styropian	4,680
z kartką	4,674
karimata	4,686
z kartką	4,686
pleksi	4,704
z kartką	4,691
barwione pleksi	4,704
z kartką	4,691
guma	4,691
z kartką	4,692
Po podgrzaniu suszarką
styropian	4,678
z kartką	4,674
karimata	4,686
z kartką	4,685
pleksi	4,703
z kartką	4,691
barwione pleksi	4,704
z kartką	4,693
guma	4,691
z kartką	4,691

Pomiar do mieszanki pleksi + plastik + guma

	5 m	50 m
	Seria 1	Seria 2
bez kartki	4,704	4,704
z kartką	4,704	4,704

Wyniki zarejestrowane dla poszczególnych materiałów odpowiadają ich właściwościom

w stosunku do pomiarów bezlustrowych.

Wyniki innych sekcji pomiarowych:

	Bez kartki	Z kartką	Bez kartki	Z kartką
	I seria	II seria	I seria	II seria
Styropian	5,256	5,256	5,246	5,251
Pianka	5,264	5,272	5,266	5,272
Plexi	5,274	5,279	5,259	5,263
Plastik	5,261	5,261	5,257	5,257
Guma	5,274	5,269	5,254	5,255
Wszystkie	5,265		5,254

nagrzane	Bez kartki	Z kartką	Bez kartki	Z kartką
	I seria	II seria	I seria	II seria
Styropian	5,243	5,246	5,237	5,238
Pianka	5,242	5,245	5,245	5,249
Plexi	5,246	5,248	5,235	5,237
Plastik	5,237	5,238	5,236	5,235
Guma	5,237	5,229	5,232	5,229
Wszystkie	5,255	5,259	5,25	5,248

5 [m]	s1	s2
	4,348	4,347	styropian
	4,359	4,360	styropian+kartka
	4,251	4,246	pianka
	4,276	4,280	pianka+kartka
	4,321	4,318	kol. Pleksi
	4,305	4,307	kol. Pleksi+kartka
	4,293	4,281	styropian ogrzany
	4,243	4,245	pianka ogrzana
	4,263	4,357	plexi ogrzane

50 [m]	s1	s2
	34,499	34,500	styropian
	34,494	34,497	styropian+kartka
	34,511	34,511	pianka
	34,511	34,511	pianka+kartka
	34,525	34,526	kol. Pleksi
	34,514	34,514	kol. Pleksi+kartka
	34,500	34,500	styropian ogrzany
	34,509	34,508	pianka ogrzana
	34,526	34,525	plexi ogrzane

Materiał	Odległość [m]
	cel chłodny
	do materiału
styropian	10,293
karimata	10,298
guma	10,299
barwione pleksi	10,305
plastik	10,309

Materiał	Odległość [m]
	cel chłodny
	do materiału
styropian	47,499
karimata	47,508
guma	47,502
barwione pleksi	47,512
plastik	47,509

Złożenie materiałów	Odległość [m]
	do materiału
guma + styropian + karimata	10,294
karimata + guma + styropian	10,282
plastik + karimata + guma	10,288

6. Badanie zasięgu dalmierza w zależności od koloru celu.

Pomiar wykonano do kartek papieru o różnych kolorach, na dystansach zbliżonych do 20 i 50 m oraz pod kątami 90° i 45°

Kolor	20 m i 90°	20 m i 45°
	Seria 1	Seria 2
biały	23,769	23,769
zielony	23,768	23,768
niebieski	23,760	23,760
czarny	23,769	23,769
czerwony	23,768	23,769
Kolor	50 m i 90°	50 m i 45°
	Seria 1	Seria 2
biały	54,216	54,217
zielony	54,214	54,214
niebieski	54,207	54,207
czarny	54,215	54,215
czerwony	54,214	54,215

Odległości zmieniały się w zależności od nachylenia mierzonej kartki.

Wyniki innych sekcji:

kolor	I Seria	II seria	I seria	II seria
żółty	40,858	40,861	2,116	2,116
czarny	40,861	40,86	2,115	2,115
biały	40,859	40,857	2,115	2,116

	35 [m]	35 [m] 45s	20 [m]	20 [m] 45
	s1	s2	s1	s2
biały	34,513	34,513	34,500	34,510
czarny	34,512	34,513	34,512	34,511
zielony	34,513	34,513	34,516	34,516
niebieski	34,509	34,510	34,493	34,492
czerwony	34,513	34,514	34,498	34,497

	Odległość [m]
kąt względem celowej	90°
kolor celu
biały	10,348
ciemnoszary	10,347
zielony	10,349
niebieski	10,349
czerwony	10,349
czarny	10,348

4. Badanie dokładności pomiarów zrobotyzowanych ATR do ruchomego pryzmatu.

Wzdłuż niezdeformowanej ściany, na wysokości podłogi ustalono linię pomiarową o długości kilkunastu metrów. W odległości około 3 metrów od ściany ustawiono stanowisko instrumentu w położeniu około 2/3 długości mierzonej linii. Pryzmat ze spodarką na wózku ustawiono na początku linii, dociskając ją do ściany. W tachimetrze Leica ustawiono tryb ATR (śledzenie lustra), wycelowano na pryzmat i wykonano trzy pomiary: krok wolny średni i szybki przesuwania wózka wzdłuż ściany. Pomiar zarejestrowano w instrumencie.

Po pomiarze przestawiono stanowisko kilka metrów za linię pomiarową i powtórzono wyżej wymienione czynności pomiarowe.