WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Плавность подхода поворотного стола в настоящее время обеспечивается с помощью устройства, состоящего из типовой фрикционной передачи (два катка – ведущий и ведомый). Усилие поджатия катков друг к другу осуществляется пружиной.

Поворотный стол установлен на вращающейся на насыпном подшипнике 10 (диаметры шариков подобраны с отклонением диаметра не более

1 мкм) планшайбе, диаметр образующей дорожки которой 270 мм. Биение диаметра подшипников может приводить к наклону поворотного стола в вертикальной плоскости на 0,7". Половина отклонения (0,4") может быть компенсирована наклоном поворотного стола рукоятками 14 при окончательном горизонтировании стенда.

Рис.2. Принципиальная схема комплекса для исследований круговых измерительных систем геодезических приборов: 1 – поворотный стол;2– призма-многогранник, 3 – исследуемый прибор; 4 – прецизионный угловой преобразователь; 5 – соединительная муфта К01; 6 –коллиматоры; 7-автоколлиматор; 8 – устройство цифровой индикации; 9 – барабан; 10 – насыпной подшипник, 11 – станина, 12 – сетки нитей автоколлиматоров; 13 – две рукоятки для центрирования исследуемого прибора, 14 – две рукоятки для горизонтирования исследуемого прибора, 15 и 16 – WEB-камеры; 17 – плита; 18 – становой винт; 19 – ось призмы-многогранника; 20 – юстировочные винты; 21 – кронштейны; 22 – прецизионного углового преобразователя.

Центрирование поворотного стола относительно оси вращения планшайбы осуществляется центрировочными винтами 13, центрирование исследуемого прибора 3 относительно оси вращения поворотного столика выполняется измерительными головками типа МИГ с ценой деления 1 мкм оптикатором с ценой деления 0,1 мкм или индуктивным преобразователем.

Ось вращения углового преобразователя и ось вращения призмы многогранника относительно оси вращения стола была выставлена индуктивным датчиком мод. 276, дискретность которого составляет 1 мкм.

Для исследования внутришаговой погрешности измерений использован прецизионный угловой преобразователь перемещений. С помощью призмы определяется погрешность в 24 точках.

Метод поверки и калибровки заключается в использовании углового преобразователя для исследования короткопериодической погрешности измерений систем горизонтальных кругов геодезических приборов. При этом угловой преобразователь должен иметь дискретность отсчитывания меньше дискретности поверяемого прибора.

Методика поверки и калибровки горизонтальных углов предполагает два варианта:

  1. Поверка и калибровка приборов, имеющих погрешность измерения 12 угл. сек.,

2. Поверка и калибровка приборов, имеющих погрешность измерения 5 угл. сек. и более.

В первом случае в качестве эталонного средства измерения используется как призма-многогранник, так и прецизионный угловой преобразователь. Поверка и калибровка выполняется сравнением измеренных углов призмы поверяемым прибором с соответствующими углами между гранями призмы, которые получены при ее поверке. При этом возможность выявления короткопериодической погрешности прибора между известными значениями углов 24-х гранной призмы осуществляется использованием углового преобразователя.

Во втором случае в качестве эталонного средства измерения используется прецизионный угловой преобразователь. При необходимости иметь количество исследуемых точек более 24-х сначала по призме калибруется прецизионный угловой преобразователь, затем по его калибровочной характеристике интерполируются значения углов в поверяемых точках.

Алгоритм проведения измерений приведен на рисунке 3.

Были проведены исследования погрешности, вызванной несоосностью системы «угловой преобразователь– призма-многогранник»,«тахеометр – призма-многогранник» и « тахеометр- угловой преобразователь». При исследованиях использовались прецизионный угловой преобразователь ROD-800 (фирма “HEIDENHEIN”ФРГ) и тахеометр TPS System 1000. Для ROD-800 было сделана выборка, включающая в себя 11 серий измерений, а для TPS System - 9.

Рис. 3.

СКП определения угла угловым преобразователем ROD-800 из 11 приемов на всех гранях призмы составляет 0,15", а СКП определения угла тахеометром из 9 приемов на всех гранях призмы - 0,28".

Результаты исследований из многократных измерений показаны в виде графиков, представленных на рис. 4 и 5, систематических погрешностей

ROD-800 и TPS System 1000, получаемым путем сравнения значений, снятых по ROD-800 и TPS System 1000 с призмой. На рис.6 представлен график систематических погрешностей, полученных по разностям показаний TPS System 1000 на всех гранях призмы с показаниями углового преобразователя ROD- 800 на тех же гранях.

Методика измерений заключается в наведении на опорное направление, задаваемое автоколлиматором, отсчитыванию по коллиматорам, при наведении на диаметрально противоположенные грани, отсчитыванию по электронному тахеометру TPS System 1000 и по угловому прецизионному преобразователю ROD-800. Измерения выполняются с замыканием на первую грань призмы.

Графики на рис.4, 5 и 6 показывают наличие устойчивой систематической погрешности, при этом погрешность на обоих графиках имеет постоянный характер, определенный знак и величины, однообразно повторяющиеся.

Рис.6.

Из характеристик кривых, полученных на графиках, следует, что погрешность, вызванная несоосностью системы «ROD-800 - призма» больше той же самой величины в системе «TPS System 1000-призма».

Влияние этой погрешности можно ослабить тщательной проверкой прибора, на котором проводились измерения, разработкой соответствующей методики исследования и обработки, или же введением поправок в результаты измерений. При измерениях, проводимых на угломерном стенде, был задействован механизм микронной подачи, дающий возможность фиксировать повороты углового преобразователя с отклонением до 1-2".

Одна из составляющих систематической погрешности может быть вызвана неточными формами и размерами тел качения и опорных поверхностей, а также от наличия и размеров зазора между деталями. Неточность опорных поверхностей проявляется в подшипнике в виде систематической погрешности, повторяющейся с каждым оборотом. Для исключения этой составляющей необходимо добиться исключения зазоров и принудить тела качения перемещаться по строго заданным траекториям.

Представлены разработка и исследование методов аппроксимации погрешностей эталонных средств калибровки систем измерения углов.

Одним из возможных вариантов обработки результатов измерений при создании испытательного оборудования является аппроксимация систематической погрешности тригонометрическим рядом, являющимся частным случаем ряда Фурье. Этот вариант широко распространен, но при этом требует большого числа измерений и времени, соответствующего дорогостоящего оборудования и определенных условий.

Однако, данный метод обработки хорошо использовать, имея достаточное большое количество данных, при меньшем количестве данных он занимает большое количество времени и вычислений, следовательно необходимо найти новый подход к обработке данных, позволяющий сократить время вычислений. Одним из таких методов является нейросетевая алгоритмизация процесса, что далее и будет показано.

В качестве примера исследования выбран эксцентриситет, который трудно учесть механически, но вполне удачно можно учесть за счет применения нейросетевых алгоритмов.

Очень часто показания величин, полученных при измерениях, принято представлять в виде сигналов. Для решения задачи нормализации выходных сигналов эксцентриситета необходимо проведение нейросетевый процедуры аппроксимации, заключающейся в выборе структуры и обучения ИНС, способной сгладить искажения входного сигнала (реально полученные результаты измерений) и получить очищенный (идеальный, в нашем случае- результаты калибровки призмы) сигнал на выходе.

В качестве исходных данных выбираем все те же результаты экспериментов для системы « ROD-800- призма», «TPS System 1000-призма», «TPS System 1000 - ROD-800».

Для решения задачи построена многослойная ИНС следующей архитектуры (рис.7):

-1 слой распределительный- 2 нейрона, на которые подаются данные из обучающей выборки в виде: [sin]i и [cos]i.

-2 скрытый слой- 10 нейронов с функцией активации - гиперболический тангенс. Выходные значения нейронов скрытого слоя определяются следующим образом:

(1)

где i-номер нейрона в скрытом слое.

- 3 выходной слой – 1нейрон с линейной функцией активации.

Выходные значения сети определяются так:

, (2)

где wi – весовые коэффициенты нейронов выходного слоя.

Роль развертки выполняет изменение фазы, задаваемое призмой. ИНС обучается для обеспечения минимальной погрешности выходного сигнала по отношению ко всем измеренным данным.

Для обучения ИНС выбран алгоритм обучения с учителем, так как правильные выходные состояния нейронов заведомо известны и подстройка синаптических связей идет в направлении, минимизирующем погрешность на выходе сети. При этом обучение сети состоит в подстройке весовых коэффициентов каждого нейрона.

Смещение sv изначально задается равным нулю, весовые коэффициенты – w, sw, vc, vs –единице. Средняя квадратическая погрешность формируется по всем реализациям эксперимента при обучении нейронной сети.

Весовые коэффициенты и пороги сети модифицируются, используя значения отклонений, характеризующие степень близости функций, реализуемых нейронной сетью с идеальными (полученными при калибровке призмы), обеспечивая постепенное уменьшение погрешности.

Погрешность характеризуется разностью выхода нейронной сети и идеальной функцией. Весовые коэффициенты и пороги сети модифицировались в соответствии с методом наименьших квадратов. Суммируя квадраты отклонений по всей обучающей выборке, получаем целевую функцию, подлежащую минимизации:

. (3)

Процедура оптимизации выполнялась с применением настройки Excel- Поиск решения. Описанный алгоритм можно представить в виде блок-схемы, представленной на рис. 8.

Рис. 9.

Случайная составляющая погрешности преобразования системы

«ROD-800 – призма» из 11 приемов нейросетью показана на рис.9.

Для системы «TPS System 1000-призма» при обучении этой же сетью получим следующие результаты.

Выявленная нейросетью случайная составляющая погрешности системы «TPS System 1000 - призма», показана на рис.10.

Для системы «TPS System 1000 - ROD-800» при использовании такой нейронной сети будем иметь следующие результаты.

Выявленная случайная составляющая погрешности преобразования системы ««TPS System 1000 - ROD-800» после коррекции систематической ее составляющей показана на рис.11.

Рис.11.

Систематическая погрешность стенда, полученная после обработки нейросетью, учитывается при поверке и калибровке, а случайная погрешность стенда характеризует методическую погрешность при проведении измерений.

Погрешность калибруемого прибора может быть найдена косвенным образом. При сложении аппроксимирующих функций систем преобразования «ROD-800- призма» и «TPS System 1000- ROD-800» получим погрешность преобразования системы «TPS System 1000 - призма», свободную от погрешностей, вносимых в эту систему угловым прецизионным преобразователем ROD-800 и кинематическими связями между угловым прецизионным преобразователем и призмой. Результат сложения представлен на рис. 12.

Случайная погрешность поверяемого прибора представлена на рис.13.

Допустимые границы для случайной погрешности определяются значением ±0,42".

График усреднения случайной составляющей погрешности представлен на рис.14. Близость графика к нулю показывает достаточно высокое качество устранения систематической компоненты.

Рис.12.

Рис.13.

Рис.14.

Разработанный алгоритм позволяет существенно уменьшить время вычислений, быстро определить значение весовых коэффициентов и порогов сети, минимизирующих целевую функцию. Графики, построенные по результатам экспериментов, иллюстрируют высокую точность аппроксимации.

ВЫВОДЫ

  1. Разработаны методы поверки и калибровки, которые включают дополнительное использование прецизионного углового преобразователя при необходимости исследования короткопериодической погрешности поверяемого средства измерения:
  1. с использованием одного или двух автоколлиматоров, в качестве эталонного средства измерения выступает 24-х гранная призма-многогранник. Метод используется для поверки и калибровки угломерных приборов, имеющих погрешность измерения горизонтальных углов 1-2 угл.сек. При необходимости исследования внутришаговой погрешности поверяемого средства измерения дополнительно вводится угловой преобразователь, дискретность которого меньше погрешности поверяемого прибора ;
  2. эталонным средством измерений является растровый угловой измерительный преобразователь. Метод используется для поверки и калибровки угломерных приборов, имеющих погрешность измерения горизонтальных углов 35 угл. сек. и более.
  1. В каждом из методов измерений разработана соответствующая методика измерений:

- 1 коллиматор + призма-многогранник;

- 2 коллиматора + призма многогранник;

- 2 коллиматора + призма-многогранник + прецизионный растровый угломерный преобразователь;

- прецизионный угломерный преобразователь.

  1. На основе нейросетевых технологий разработан алгоритм, позволяющий выявлять и корректировать систематические погрешности системы «угломерный преобразователь-призма» и системы «тахеометр-призма».
  2. Разработан нейросетевой алгоритм, позволяющий выявить и учесть не только погрешности стенда, но и погрешность исследуемого прибора.
  3. По результатам исследований на методику измерений университетом подана заявка на изобретение. Разработанные угломерный стенд и аглоритмы учета погрешностей использованы в поверочной установке МИИГАиК

УМК-М, на которую от Федерального Агентства по техническому регулированию и метрологии получен Сертификат об утверждении типа средства измерений.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»