Автор работы: Пользователь скрыл имя, 01 Декабря 2013 в 10:27, курсовая работа
Целью курсового проекта является получение знаний по разработке метрологического обеспечения процессов управления качеством, мероприятий метрологического контроля и надзора, направленных на соблюдение правил единства измерений, высокое качество продукции на основе современных методов управления качеством.
Задачами, решаемыми в курсовом проекте, являются:
1. изучение современных методов и средств измерения расстояний;
2. приобретение теоретических и практических навыков эксплуатации контрольно-измерительных средств – оптических дальномеров;
Введение
В настоящее время практически ни один род деятельности человека не обходится без измерений. Так или иначе, с измерениями мы сталкиваемся каждый день, хотим мы того, или нет – будь то время, количество денег в кармане или температура воздуха за окном.
С измерением же расстояния мы сталкиваемся несколько реже, но это нисколько не умаляет его важности. В настоящее время, наиболее технологически емкими процессами, связанными с измерением расстояний, являются геодезия, строительство, проведение ремонтных работ и военное дело, в той области, где оно затрагивает баллистику и ведение боевых действий, что, несомненно, является важной составляющей нашей жизни.
Как следствие из вышесказанного, вопрос измерения расстояния актуален и важен в наше время, поэтому, объектами изучения в данной курсовой работе являются методы и средства измерения параметров и контроля процесса измерения расстояния с помощью оптических дальномеров.
Целью курсового проекта является получение знаний по разработке метрологического обеспечения процессов управления качеством, мероприятий метрологического контроля и надзора, направленных на соблюдение правил единства измерений, высокое качество продукции на основе современных методов управления качеством.
Задачами, решаемыми в курсовом проекте, являются:
1. изучение современных методов и средств измерения расстояний;
2. приобретение теоретических и практических навыков эксплуатации контрольно-измерительных средств – оптических дальномеров;
3. изучение номенклатуры измеряемых и контролируемых параметров продукции и технологических процессов, установление оптимальных норм точности измерений и достоверности методов контроля, выбора средств измерения, испытания и контроля;
4. ознакомление с методиками измерения и стандартами, на основе которых проводятся измерения.
В первой главе настоящей курсовой работы описаны теоретические и нормативные основы процесса измерения расстояний. Также перечислены основные показатели качества дальномеров, рассмотрены статистические методы анализа ошибок и погрешностей при проведении измерений.
Во второй главе приводятся конкретные методы измерениярасстояния, производится отбор дальномеров с рассмотрением их характеристик, проводится анализ точности используемого оборудования.
В третьей главе проводится квалиметрический анализ имеющихся средств измерения с последующим выбором дальномера, наиболее удовлетворяющего требованиям потребителя.
В четвертой главе описаны нормативные документы, касающиеся вопросов техники безопасности в лазерной дальнометрии; приведена классификация приборов по мощности излучения и опасным эксплуатационным факторам; рассмотрены вопросы медицинского и экологического контроля процесса измерения.
Объектом исследования являются существующие на сегодняшний день оптические дальномеры.
Предметом исследования являются физические основы дальнометрии и методики проведения измерений.
1 Метрологическое обеспечение процесса измерения расстояний
1.1 Описание объекта измерения
Объектом измерения является расстояние, то есть разница положений двух объектов в пространстве. Длина кратчайшего отрезка, которым можно соединить эти два объекта и называется расстоянием между ними.
Единицей измерения расстояния, как и длины, является метр (1 м). На практике чаще всего используется либо эта единица, либо дольные единицы – миллиметр (1 мм = 10-3 м) и сантиметр (1 см = 10-2 м). Реже используется кратная единица километр (1 км = 103 м), но только в тех случаях, когда точность измерения в подобных величинах достаточна.
Существует более 15 разновидностей приборов, устройств и приспособлений для измерения расстояния – от линеек до электронных тахеометрических устройств и комплексов. В данной работе речь пойдет о применении оптических дальномеров, также именуемых тахеометрами. Данные приборы имеют различную конструкцию и отличаются между собой по широте набора выполняемых функций, в зависимости от их назначения и предъявляемых требований.
В настоящее время широко используются средства линейных измерений, основанные на принципах лазерной дальнометрии. Современные углоизмерительные приборы, такие как электронные тахеометры, снабжены лазерными дальномерами, что позволяет проводить не только измерения углов между объектами, но и расстояния до этих объектов. При этом развитие и совершенствование лазерных дальномеров, возрастающие требования к их точности и надежности приводят к необходимости создания новых методов и средств контроля метрологических характеристик таких приборов. Поэтому метрологический контроль измерительных систем лазерных дальномеров является на данный момент актуальной задачей.
Погрешности современных измерительных
систем оптико-электронных
Поскольку речь идет об оптических дальномерах, то стоит упомянуть и единицы измерения, которыми оперируют внутренние системы электронных дальномеров. За единицу времени (по причине высокой скорости распространения света в воздухе) принимается наносекунда (1 нс = 10-9 с). Как будет сказано ниже, электронная система измерения посылает сигнал в направлении объекта, до которого измеряется расстояние, и ждет ответа. Поскольку сигнал доходит до объекта и возвращается к приемнику, проходя при этом расстояние равное 2L, время возвращения сигнала равно 6,6 нс при L=1 м.
1.2 Нормативная
документация на процесс
В качестве нормальных условий измерений, если другое не установлено в нормативно-технической документации на объект измерения, принимают: температуру окружающей среды 293 К (20°С); атмосферное давление 101,3 кПа (760 мм рт. ст.); относительную влажность окружающего воздуха 60%; относительную скорость движения внешней среды 0 м/с.
Измерения выполняют, как правило, двойными наблюдениями параметра в каждом из установленных сечений или мест (при числе повторных наблюдений в каждом сечении или месте m, равном двум).
Для уменьшения влияния систематических погрешностей на результат измерения наблюдения производят в прямом и обратном направлениях, на разных участках шкалы отсчетного устройства, меняя установку и настройку прибора и соблюдая другие приемы, указанные в инструкции по эксплуатации на средства измерения. При этом должны быть соблюдены условия равноточности наблюдений (выполнение наблюдений одним наблюдателем, тем же методом, с помощью одного и того же прибора и в одинаковых условиях).
Перед началом наблюдений средства измерений следует выдерживать на месте измерений до выравнивания температур этих средств и окружающей среды [2].
Основными нормативными документами, обеспечивающими процесс измерения расстояний в целом и в строительстве в частности, являются:
В качестве рабочих средств измерений применяют: дальномеры, теодолиты, линейки, рулетки металлические и проч.
1.3 Теоретические основы дальнометрии
Дальномер – прибор для определения расстояния без непосредственного измерения на местности. Применяется в геодезии, маркшейдерии, топографии, строительстве и при выполнении ремонтных работ, а также в военном деле, радио- и гидролокации, навигации. Дальномеры конструируют как в виде самостоятельных средств измерений, так и в комбинациях с другими геодезическими приборами [6].
По принципу действия различают дальномеры геометрических и физических типов. Измерение расстояний дальномером первого типа основано на решении треугольника (рис. 1.1), в котором определяемое расстояние
, (1.1)
причём одна из величин правой части (b или β) является постоянной, а другая измеряется с помощью оптических элементов прибора. По этому признаку различают дальномер с постоянным углом β и дальномер с постоянной базой b. Среди первых наибольшее распространение имеет нитяной дальномер для зрительных труб геодезических приборов, в котором постоянный угол образован лучами, проходящими через 2 дальномерных штриха сетки нитей и узловую точку объектива, а базой является измеряемый отрезок между изображениями дальномерных штрихов, проектируемых через зрительную трубу на рейку с равноотстоящими делениями. Нитяными дальномерами снабжены многие геодезические инструменты (теодолиты, нивелиры и др.). Относительная погрешность нитяного дальномера 0,3—1%. Другие модификации дальномера имеют устройства для образования двух изображений визирной цели и измерения их взаимного смещения (дальномер двойного изображения, см. рис 1.2). B таких дальномерах угол β создаётся с помощью линзового или клинового компенсатора; причём если β = const, то базой служит раздвоенное изображение дальномерной рейки; если β изменяется, то постоянной базой служит рейка с визирными марками, расстояния между которыми известны (рис. 1.3, а). Для измерения расстояний до недоступных объектов применяют внутрибазные дальномер с постоянным углом и переменной базой на приборе (рис. 1.3, б) [3], [7].
Рис. 1.1 Схема, поясняющая принцип действия дальномера геометрического типа: b=AB — база, β — параллактический угол, h — высота треугольника, т.е. расстояние L
Рис. 1.2 Устройство монокулярного дальномера: B1 и B2 — отражатели концах базы; O1 и O2 — оптические системы, строящие изображения; С —призма, совмещающая оба изображения в общей фокальной плоскости F; Ок — окуляр. В кружках показано видимое в окуляр изображение до (а) и после совмещения (б)
Pис. 1.3 Схемы определения расстояний с помощью дальномеров: а - оптического топографического (ОТД); б - внутрибазного геодезического (ДВГ)
Имеются также конструкции, позволяющие редуцировать измеряемые наклонные расстояния в соответствующие горизонтальные положения. Различные типы дальномеров двойного изображения имеют относительную погрешность измерений не выше 1:1000-1:5000, что определяет область их применения (теодолитные ходы, маркшейдерия и полигонометрия) [8].
Более сложные дальномеры геометрического типа имеют собственную постоянную базу. Они разделяются на две группы: монокулярные и бинокулярные (стереоскопические).
Монокулярный дальномер (рис. 1.2) устроен таким образом, что изображение объекта (цели) видно в окуляре Ок составленным из двух половин, разделённых горизонтальной линией; разные половины изображения построены лучами, прошедшими различные оптические системы дальномер (O1 и O2).
В случае очень удалённого объекта, когда попадающие в дальномер лучи A1 и A2 практически параллельны, обе половины изображения находятся в одном месте на горизонтальной линии раздела и образуют цельное изображение. С приближением объекта к дальномеру параллельность лучей A1 и А2 нарушается, и половинки изображения расходятся вдоль линии раздела. Для измерения расстояния до объекта требуется свести смещенные половинки изображения с помощью оптического компенсатора, расположенного в одной из оптических систем. Результат измерения прочитывается на специальной шкале. Погрешность монокулярных дальномер двойного изображения Дальномер 0,1% при длинах до 1 км [4], [5].
Монокулярные дальномеры с базой 3—10 см широко применяют в качестве фотографических дальномеров. Обычно фотографические дальномеры объединяют в одну оптическую систему с видоискателем фото- или киноаппарата. Лучи света от объекта съёмки проходят в фотографический дальномер (рис. 1.4) через две различные оптические системы (основную и дополнительную). Построенные этими системами изображения видны в окуляре дальномер несовмещёнными. Для наведения объектива на резкость и получения чёткого фотоснимка оба изображения совмещают в одно перемещением оптического компенсатора, связанного с механизмом фокусировки объектива фотоаппарата [9].
Рис. 1.4 Фотографический дальномер: C1 и C2 — призмы, В — объектив фотоаппарата, К — рычаг; до фокусировки глаз видит в видоискателе два изображения (а), после фокусировки — поворота объектива и смещения рычага с призмой — одно (б)
Стереоскопический дальномер с постоянной базой (рис. 1.5) представляет собой двойную зрительную трубу с двумя окулярами. Действие дальномер основано на стереоскопическом эффекте: рассматриваемые отдельно каждым глазом изображения сливаются в одно объёмное, в котором ощущается разница в расположении предметов по глубине. Для определения расстояния до объекта (цели) изображение объекта совмещают с изображением специальной метки («марки»), находящейся в фокальной плоскости дальномер Объект и «марка» должны как бы находиться на одинаковом расстоянии от наблюдателя. Смещение оптического компенсатора, требуемое для совмещения «марки» и цели, пропорционально определяемому расстоянию. Точность стереоскопического дальномера, особенно с базой в несколько м, на порядок выше точности монокулярных дальномеров [7].