ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАТЧИКОВ ТАХЕОМЕТРА В СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА РАБОТ В СУДОСТРОЕНИИ
Авторы:
1.
Астраханский государственный технический университет
2.
Астраханский государственный технический университет
Тип:
Статья
Страницы:
с 52
по 57
Статус:
Опубликован
Получено:
05.04.2014
Одобрено:
25.04.2014
Опубликовано:
25.04.2014
Классификаторы:
ВАК 05.12.2013 Системы, сети и устройства телекоммуникаций
ВАК 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
ВАК 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
ВАК 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах
ВАК 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
ВАК 05.13.19 Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
УДК [681.783.24.08:681.586.5]:[658.562:629.5.081.4]
ГРНТИ 20.01 Общие вопросы информатики
ГРНТИ 28.01 Общие вопросы кибернетики
ГРНТИ 49.01 Общие вопросы связи
ГРНТИ 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
ГРНТИ 82.01 Общие вопросы организации и управления
ББК [32.96-044.3:34.962]:39.42-060-7
ВАК 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
ВАК 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
ВАК 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах
ВАК 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
ВАК 05.13.19 Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
УДК [681.783.24.08:681.586.5]:[658.562:629.5.081.4]
ГРНТИ 20.01 Общие вопросы информатики
ГРНТИ 28.01 Общие вопросы кибернетики
ГРНТИ 49.01 Общие вопросы связи
ГРНТИ 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
ГРНТИ 82.01 Общие вопросы организации и управления
ББК [32.96-044.3:34.962]:39.42-060-7
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
тахеометр, датчик, контроль, измерение, базовая система координат, локальная система координат, объектная система координат, совершенствование
Аннотация (русский):
Рассматриваются вопросы, связанные с применением тахеометров для решения задач измерений в судостроении и на этой основе - повышения качества при выполнении монтажно-технических работ при сборке судов. Приведены характеристики, описаны функции и возможности японского электронного тахеометра Sokkia. Предлагается методика определения и построения базовой, локальной и объектной систем координат, применяемых в процессе измерений для контроля положения объектов. Показано, что применение тахеометров в судостроении повышает качество результатов, производительность труда и, как следствие, конкурентоспособность верфей. Показана необходимость методических указаний по использованию современных трехмерных измерительных систем и разработки программного обеспечения для быстрого выполнения измерений при производстве, эксплуатации и ремонте кораблей и судов.
Рассматриваются вопросы, связанные с применением тахеометров для решения задач измерений в судостроении и на этой основе - повышения качества при выполнении монтажно-технических работ при сборке судов. Приведены характеристики, описаны функции и возможности японского электронного тахеометра Sokkia. Предлагается методика определения и построения базовой, локальной и объектной систем координат, применяемых в процессе измерений для контроля положения объектов. Показано, что применение тахеометров в судостроении повышает качество результатов, производительность труда и, как следствие, конкурентоспособность верфей. Показана необходимость методических указаний по использованию современных трехмерных измерительных систем и разработки программного обеспечения для быстрого выполнения измерений при производстве, эксплуатации и ремонте кораблей и судов.
Ключевые слова:
тахеометр, датчик, контроль, измерение, базовая система координат, локальная система координат, объектная система координат, совершенствование
тахеометр, датчик, контроль, измерение, базовая система координат, локальная система координат, объектная система координат, совершенствование
Введение В течение длительного времени в судостроении проверочные работы в цехе, на стапеле, на плаву и в доке выполнялись при помощи простейших мерительных и контрольных инструментов (металлические рулетки и меры, шланговые уровни (ватерпасы), шнуровые отвесы и пр.) Более прогрессивным и повышающим точность проверочных работ является применение оптических приборов. При этом значительно возрастает и производительность труда. В ряде случаев применение оптических приборов позволяет совместить несколько проверочных операций, например одновременно производить проверку положения секции по высоте и крену, по длине и дифференту и т. п. [1]. Именно поэтому одно из направлений улучшения проверочных работ - разработка и внедрение оптических приборов. Нами проведен теоретический анализ и предпринята попытка создания блок-схемы процесса измерений с помощью оптических приборов (тахеометров). Тахеометр - характеристики, функции и возможности Тахеометр является точным оптико-электронным прибором. За последние годы российскими и зарубежными фирмами (ОАО «ПО «Уральский оптико-механический завод» - в России; Leika - в Швейцарии; Sokkia - в Японии; Асman - в Финляндии; Trimble Navigation - в США) создан целый ряд оптико-электронных измерительных приборов [2]. На рис. 1 изображен один из тахеометров - тахеометр Sоккiа [3]. Рис. 1. Тахеометр Sokkia Одна из главных частей прибора - визирная труба. Она закреплена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси на столе. Стол вращается вокруг вертикальной оси. Перед измерениями прибор устанавливают на треногу. Тренога размещается устойчиво. От этого зависит точность измерений, и на это необходимо обращать особое внимание. Установленный на треногу прибор юстируют (точно выставляют). Юстировка состоит в ориентировании оси вращающегося стола тахеометра точно в зенит. Это выполняется последовательным использованием круглого и цилиндрического уровней тахеометра. Уровни тахеометра должны быть правильно настроены. Тахеометр проводит измерения в полярной системе координат (рис. 2). Он снабжен высокоточными электронными датчиками измерений вертикального Ω и горизонтального ∆ углов. Дальность от точки размещения тахеометра до марки S, на которую наведена визирная труба, определяется лазерным дальномером. Рис. 2. Система координат, измеряемая тахеометром Тахеометр снабжен внутренним вычислительным устройством. Это устройство может пересчитывать координаты из полярной системы координат (∆, Ω, S) в прямоугольную (Х, У, Z). Пользователь может получить данные в любом виде, по своему желанию. После юстировки тахеометр наводят на конкретную марку и проводят измерение. Затем очередь следующей марки (обмеряемой точки), затем следующей и т. д. Измеряемые по конкретной сборочной единице координатные данные серии точек тахеометр сохраняет в виде файла, который может быть передан в переносной компьютер по кабелю или с использованием системы передачи данных Bluetooth. Программа в переносном компьютере принимает и сохраняет эти данные для последующей переработки. Совершенствование принципа измерений в судостроении тахеометром В современных условиях судостроения конструктор, как правило, разрабатывает большие объемные объекты, используя трехмерную графику. На экране его компьютера отображается трехмерный объект (рис. 3), и в нем можно выделить конкретную сборочную единицу (секцию судна), которая в данный момент времени в цехе монтируется на свое место. Если бы мы на этом экране могли увидеть реальное положение устанавливаемой секции, это позволило бы нам понять, какой конец секции и в какую сторону нам необходимо подать. Такая оперативная и точная информация очень помогла бы в сборке. Рис. 3. 3D-модель конструкции судна В настоящее время тахеометры помогают решать такие вопросы. Однако, для того чтобы вывести реальное положение секции на экран с трехмерной моделью, придется пройти цепочку переходов из одной системы координат в другую, связать реальные объекты с картинкой на экране проектанта (рис. 4). Рис. 4. Блок-схема процесса измерений и пересчета координат Базовая система координат. Базовая система координат - это прямоугольная система координат, привязанная к опорным (реперным) точкам протоколом измерения координат этих точек. Ось Z базовой системы всегда направлена точно в зенит (строго против вектора ускорения свободного падения g в точке измерения) [4]. Рис. 5. Базовая система координат Построение базовой системы (рис. 5). Выберем построечное место для судна (или для секции судна). Вокруг него расставим стойки с марками на столбиках или прикрепим их к колоннам. Перекрестия на марках задают несколько опорных (реперных) точек. Жестко фиксированная в пространстве серия точек, определяемая перекрестиями марок, позволяет тахеометром измерить их координаты, создает предпосылки построения системы координат, привязанной к этим точкам. Разместим тахеометр в произвольной точке пространства на построечном месте, отъюстируем, произвольным образом направим горизонтальные оси прибора, проведем необходимые настройки и калибровки и тщательно измерим координаты реперных точек А, B, С, D (рис. 1). Назовем эту систему измерений базовой. Начало координат находится в точке размещения тахеометра, ось Z которой всегда точно направлена в зенит (против вектора ускорения свободного падения). Локальная система координат. Локальная система координат - это прямоугольная система координат, в начале которой размещен тахеометр и в которой проводятся текущие измерения. Ось Z локальной системы всегда направлена точно в зенит. Построение локальной системы (рис. 6). На построечное место выставим тахеометр в произвольной точке и произвольным образом направим горизонтальные оси прибора. Назовем эту координатную систему локальной. Начало координат находится в точке размещения тахеометра, и ось Z также всегда точно направлена в зенит. Рис. 6. Локальная система координат Объектная система координат. Объектная система координат - это прямоугольная система координат, соответствующая собираемому объекту. Объектные системы определяются типом собираемого объекта. В случае постройки судна объектная система определяется от оси судна (ось Х). Ось У ориентируется в горизонтальной плоскости перпендикулярно оси Х. Ось Z направляем вверх перпендикулярно осям Х и У. Построение объектной системы. Построение объектной системы координат может проводиться при помощи построения оси или задания трех точек приблизительно горизонтальной плоскости. Построение объектной системы координат при помощи построения оси. На построечном месте определим, как будет расположена ось судна, которое мы собираемся строить. Обойдя построечное место, в соответствии с проектом организации строительства «забиваем два колышка», через макушки которых будет проходить ось. Размещаем две марки на колышках и проводим измерение их координат. Теперь мы имеем в базовой системе координаты двух точек А и В, через которые проходит ось судна (рис. 7). Рис. 7. Построение объектной системы координат при помощи построения оси Они задают линию, которая проходит почти параллельно горизонту (в соответствии с наклоном построечного места). Мы ведь специально не контролировали строгую горизонтальность оси судна, да и стапель бывает наклонным. Построим, основываясь на этой линии, систему координат, которую назовем объектной. Построим вертикальную плоскость π так, чтобы ось АВ лежала в этой плоскости. Примем одну из точек (например, А) за начало координат. Ось Х направим по оси А. Ось Z построим в плоскости π перпендикулярно оси Х. Из начала координат (точка А) перпендикулярно плоскости π построим ось У. Объектная система координат готова. Построение объектной системы координат при помощи задания трех точек приблизительно горизонтальной плоскости. В случае изготовления плоских секций целесообразно строить объектную систему от трех точек, задающих плоскость, следующим образом. На сборочном месте в цехе собирается плоская секция. На ключевых точках разложенного полотнища секции располагаются три марки на стойках (рис. 8). Координаты точек измеряются и вводятся в компьютер. Рис. 8. Построение объектной системы координат при помощи задания трех точек приблизительно горизонтальной плоскости Одна из точек принимается за начало координат. Ось Х направляется по прямой, соединяющей начало координат и любую из оставшихся точек. Ось У перпендикулярна оси Х и лежит в плоскости, проходящей через три марки. Ось Z перпендикулярна плоскости. Таким образом, из вышеописанного очевидно, что по сравнению с традиционными инструментами измерений применение оптических приборов (тахеометров) повышает точность измерений и имеет ряд других преимуществ. Выводы 1. Применение оптико-электронных приборов и новых систем измерений является современным подходом при решении задач по точности изготовления и проверочных работ корпусных конструкций судна. 2. Проведенные исследования позволяют представить необходимые рекомендации по использованию современных трехмерных измерительных систем при производстве, эксплуатации и ремонте кораблей и судов, что повысит их качество и снизит трудоемкость.
1. Нгуен Чунг Ань. Контроль положения поперечных переборок судна в пространстве с помощью тахеометра 3Та5Р6 / Нгуен Чунг Ань, В. Н. Лубенко // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2013. № С. 46-50.
2. URL:http://www.wikipedia.org.
3. URL:http://www.sokkia.com.
4. Нгуен Чунг Ань. Применение тахеометров в судостроении - принцип измерения и пересчета координат / Нгуен Чунг Ань, Н. П. Боронина, В. Н. Лубенко // Современный науч. вестн. Cер.: Технические науки. 2014. № 7 (203). С. 133-139.
