Pomiar dłuższych odległości z wysoką dokładnością

12

Obecnie jestem zaangażowany w wytwarzanie konstrukcji stalowych o długości od 5 do 50 stóp. Obecnie mierzymy te konstrukcje za pomocą komercyjnych taśm mierniczych do różnych odmian ogrodowych. Przez większość czasu pracujemy z tolerancją około +/- 1/16 "i nie mamy żadnych problemów. Ostatnio staramy się, aby niektóre elementy miały bardzo wysoką tolerancję (co najmniej +/- 1 / 32 ", zbliża się do 1/64" lub .016 ") Ta tolerancja wynika z kryteriów wizualnych, a nie mechanicznych, ale nadal jest bardzo ważna dla naszego kierownictwa.

Moje pytanie brzmi: w jaki sposób możemy wiarygodnie zmierzyć tego rodzaju odległości przy takim poziomie precyzji? Jestem gotów zamówić jakieś mierniki taśmy NIST, ale nie jest dla mnie jasne, czy naprawdę poprawią sytuację. Czy istnieją inne technologie lub techniki, które można praktycznie zastosować w warunkach produkcyjnych? Czy jakieś narzędzia pomiarowe są wystarczająco dokładne, aby rozwiązać problem? Koszt jest oczywiście czynnikiem, ale bardziej zależy nam na powtarzalności i solidności niż na cenie.

Zdaję sobie sprawę, że dla większości ta tolerancja będzie absurdalna, ale wyobrażam sobie, że niektóre inne branże mogą musieć działać podobnie, być może duże silniki do statków lub komponentów elektrowni?

Ethan48
źródło
1
Lokalizacje sond kosmicznych na obrzeżach Układu Słonecznego są mierzone z dokładnością do kilku centymetrów ... więc zależy to od tego, ile chcesz zainwestować i jak precyzyjnie chcesz iść.
SF.

Odpowiedzi:

5

Uzyskanie tego rodzaju dokładności w tej skali nie jest trywialne i prawdopodobnie nie będzie tanie.

W przypadku mniejszych rozmiarów do kilku metrów przenośna maszyna współrzędnościowa byłaby opcją ( oto przykład ). Te mają dokładność rzędu 10 m i są używane do rzeczy, takich jak produkcja samochodów wysokiej klasy / F1.μ

Jednak przyrządy typu CMM nie byłyby przydatne do niczego większego niż kilka metrów, ponieważ są ograniczone długością ramienia i muszą być zamocowane na miejscu podczas pomiaru, aby uzyskać rozsądny wynik. W przypadku większych elementów najlepiej działającą opcją byłby rodzaj urządzenia do śledzenia laserowego ( przykład ). Mają też całkiem dobrą powtarzalność (~ 20 ).μ

Wersje, które widziałem, to interferometry z przesunięciem fazowym, które wystrzeliwują laser na światło odblaskowe w metalowej kuli, która jest umieszczona na powierzchni. Są używane przez ludzi takich jak Boeing / Airbus do sprawdzania tolerancji przy produkcji samolotów.

To nie są tanie, laserowe urządzenia śledzące kosztują około 80 000 $. Konwencjonalne laserowe dalmierze pomiarowe są znacznie tańsze, ale nie jestem pewien, czy miałyby odpowiednią dokładność.

nivag
źródło
Wymieniona przenośna maszyna współrzędnościowa jest również ograniczona długością ramienia. Możesz go przenosić, ale jest to przydatne tylko, gdy ramię jest nieruchome. Zaczynasz przesuwać go między pomiarami tej samej części i będziesz mieć niepotrzebne odczyty.
Trevor Archibald
Dzięki Nivag, myślę, że to może być coś, czego szukamy. @TrevorArchibald, a więc czy mówisz, że musielibyśmy ustawić narzędzie w pozycji nieruchomej, na jakiejś powierzchni odniesienia i zawsze brać nasz pomiar stamtąd? To nie jest idealne, ale można to zrobić.
Ethan48,
2
@ Ethan48 Tak, tak działa ramię Faro. Nadal jest dość przenośny, nie trzeba go kalibrować za każdym razem, gdy go przenosisz, ale wykonuje wszystkie obliczenia w odniesieniu do podstawy, więc jeśli baza się poruszy, twoje pomiary są wyłączone.
Trevor Archibald
@TrevorArchibald Tak, o to mi chodziło. Ponowne czytanie nie było zbyt jasne. Będzie edytować.
nivag
4

Nawet najlepsza taśma metalowa jest podatna na znaczną rozszerzalność cieplną na duże odległości.

Zamiast tego wypróbuj laserowe urządzenie pomiarowe („elektroniczny miernik taśmy”): http://www.engineersupply.com/Laser-Measurers.aspx

Laserowa miara odległości, płaskie płyty przymocowane do obiektu i niektóre podkładki o znanej grubości powinny być wszystkim, czego potrzebujesz, aby precyzyjnie zlokalizować coś na dużą odległość.

użytkownik2790167
źródło
Dzięki! Z pewnością używamy taśm laserowych na bardzo duże odległości, ale o ile mi wiadomo, nawet Leica obiecuje tylko +/- .040, co nie jest dużo dokładniejsze niż w przypadku taśmy. W tym miejscu zdecydowanie wzrasta ekspansja termiczna. Na szczęście temperatura w naszym sklepie jest dość dobrze regulowana, więc można ją kontrolować. Czytałem, że współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi 6,7x10 ^ -6, co moim zdaniem oznacza 0,004 "na stopień powyżej 50 stóp. Co ważniejsze, ponieważ zarówno taśma, jak i konstrukcja są stalowe (i zorientowane w tym samym kierunku) nie byłyby Czy rozwijają się podobnie? Czy to naiwne stwierdzenie?
Ethan48,
1
Jeśli oba są podobnymi gatunkami stali, powinny rozszerzać się o bardzo podobne ilości. Zgadzam się z twoim numerem ~ 0,004 "/ stopień F. Jeśli urządzenia laserowe nie są wystarczająco dokładne, wszystko, co mogę wymyślić, to jakiś szalony eksperyment Fizeau przeprowadzony w odwrotnej kolejności.
user2790167
Tak, to najlepsze, jakie do tej pory wymyśliłem, ale oczywiście niezbyt praktyczne. Z tego, co rozumiem, właśnie w ten sposób kalibrują taśmy-matki.
Ethan48
Skąd wiesz, jaka jest dokładność / błąd twoich pomiarów?
SF.
@SF, nie w sensie identyfikowalnym, ale sprawdziliśmy wybór taśm w stosunku do standardu 15 "mikrometrów, a także względem siebie na dużych kawałkach stali, aby uzyskać ogólny sens.
Ethan48,
3

Dla wysokiej dokładności na duże odległości typowe jest stosowanie ogólnych technik geodezyjnych. Używasz tachimetru ( takiego jak ten ), który zapewni ci dokładność 1,5 mm za jednym razem. Nie są to miary laserowe. Powtarzające się ustawienia / odczyty z pewnymi poprawkami statystycznymi powinny sprawić, że z łatwością spadniesz poniżej 1 mm. Zauważ też, że są one odporne na rozszerzalność termiczną dowolnej taśmy, ale oczywiście tematem będzie. To też może być dozwolone, jeśli chodzi o matematyczną kompensację.

Dobrą rzeczą jest to, że nie musisz kupować tachimetru. Możesz wypożyczyć na kilka dni. Jeszcze lepiej (w zależności od budżetu) jest zatrudnienie ankietera, który zrobi to za ciebie. Może to być droga, biorąc pod uwagę doświadczenie wymagane do korzystania z tego rodzaju zestawu. Początkujący dzień zajmie tylko postawienie go dokładnie nad znakiem. Myślę, że dokładność, o którą prosisz, można osiągnąć przy rozsądnych kosztach.

Paweł Uszak
źródło
OK, interesujące. Sam instrument jest więc dobry, jeśli chodzi o tolerancję 1/16 ", którą próbuję pokonać, ale mówisz, że przy wielu pomiarach są sposoby na uzyskanie większej dokładności?
Ethan48
@ Ethan48 Tak. To tak samo, jak mierzenie długości cygara. Powtórz pomiar 10 razy i średnio. Otrzymasz lepszą dokładność niż w jednym pomiarze. Raz spędziłem cały dzień na górze, robiąc 100 odczytów z czymś podobnym do tego zestawu.
Paul Uszak,
Twoim problemem będzie technika i doświadczenie. Tachimetr jest bardzo skomplikowany i najprawdopodobniej nie da się go ustawić w trakcie produkcji. Będzie musiał zostać przesunięty. Prowadzi to do zmniejszenia obciążenia geometrii i technik dyspersji błędów. Możesz osiągnąć coś w rodzaju poprawy dokładności pierwiastka (n), gdzie n jest liczbą odczytów (rund). Następnie dopuszcza się ruchy termiczne produkcji. Najlepiej byłoby wpuścić faceta na jeden dzień.
Paul Uszak
Tak, jestem za sprowadzeniem kogoś z tą wiedzą. Wcześniej rozumiałem, że metody statystyczne mogą zwiększyć zaufanie do pomiaru, ale w rzeczywistości nie zwiększyć dokładności, ale tak naprawdę nie jest to obszar, który studiowałem.
Ethan48,