Größere Entfernungen mit hoher Genauigkeit messen

Ich bin gerade an der Herstellung von Stahlkonstruktionen in der Größenordnung von 5 bis 50 Fuß beteiligt. Gegenwärtig messen wir diese Strukturen mit kommerziellen Maßbändern für Gartensorten. Meistens arbeiten wir mit einer Toleranz von ca. +/- 1/16 "und haben keine Probleme. In letzter Zeit versuchen wir, einige Artikel mit einer sehr hohen Toleranz (mindestens +/- 1 /) herzustellen. 32 ", ungefähr 1/64" oder .016 ") Diese Toleranz beruht auf visuellen, nicht mechanischen Kriterien, ist aber für unser Management immer noch sehr wichtig.

Meine Frage ist, wie können wir diese Art von Entfernungen mit dieser Genauigkeit zuverlässig messen? Ich bin bereit, einige nachverfolgbare NIST-Maßbänder zu bestellen, aber mir ist nicht klar, ob sie die Situation wirklich verbessern werden. Gibt es andere Technologien oder Techniken, die praktisch in einer Fertigungsumgebung angewendet werden könnten? Sind Vermessungsinstrumente genau genug, um das Problem zu lösen? Die Kosten sind natürlich ein Faktor, aber es geht uns mehr um Wiederholbarkeit und Robustheit als um den Preis.

Mir ist klar, dass diese Toleranz für die meisten lächerlich klingt, aber ich stelle mir vor, dass einige andere Branchen möglicherweise ähnliche Leistungen erbringen müssen, vielleicht große Motoren für Schiffe oder Kraftwerkskomponenten?

— Ethan48
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Die Positionen der Raumsonden am Rande des Sonnensystems werden mit einer Genauigkeit von mehreren cm gemessen. Dies hängt also davon ab, wie viel Sie investieren möchten und wie genau Sie gehen möchten.

— SF.

Antworten:

Diese Genauigkeit über diese Skala zu erreichen, ist nicht trivial und wird wahrscheinlich nicht billig sein.

Für kleinere Größen bis zu einigen Metern wäre ein tragbares KMG eine Option ( hier ein Beispiel ). Diese haben eine Genauigkeit in der Größenordnung von 10 & m und werden beispielsweise für die Herstellung von High-End- / F1-Fahrzeugen verwendet. $\mu$

Instrumente vom Typ CMM sind jedoch für etwas größer als einige Meter nicht geeignet, da sie durch die Armlänge begrenzt sind und beim Messen fixiert werden müssen, um ein vernünftiges Ergebnis zu erzielen. Für größere Stücke wäre die beste Option eine Art Lasertracker ( Beispiel ). Diese haben auch eine ziemlich gute Wiederholbarkeit (~ 20 mgr; m). $\mu$

Die Versionen, die ich gesehen habe, sind Phasenverschiebungsinterferometer, die einen Laser auf einen Rückstrahler in einer Metallkugel abfeuern, die auf der Oberfläche platziert ist. Sie werden von Leuten wie Boeing / Airbus verwendet, um Toleranzen bei der Flugzeugherstellung zu überprüfen.

Diese sind nicht billig, die Lasertracker kosten ungefähr 80.000 US-Dollar. Herkömmliche Vermessungslaser-Entfernungsmesser sind viel billiger, aber ich bin mir nicht sicher, ob sie eine angemessene Genauigkeit haben würden.

— nivag
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Das von Ihnen aufgeführte tragbare KMG ist jedoch auch durch die Armlänge begrenzt. Sie können es bewegen, aber es ist nur nützlich, wenn der Arm stationär ist. Sie beginnen, es zwischen Messungen desselben Teils zu verschieben, und Sie werden nutzlose Messwerte erhalten.

— Trevor Archibald

Danke Nivag, ich denke, das ist vielleicht das, wonach wir suchen. @TrevorArchibald Wollen Sie damit sagen, dass wir das Werkzeug in einer stationären Position gegen eine Referenzfläche aufstellen und immer von dort aus messen müssen? Das ist nicht ideal, könnte aber getan werden.

— Ethan48

@ Ethan48 Ja, so funktioniert der Faro-Arm. Es ist immer noch ziemlich portabel, es muss nicht jedes Mal kalibriert werden, wenn Sie es bewegen, aber es führt alle Berechnungen in Bezug auf seine Basis durch. Wenn sich die Basis bewegt, sind Ihre Messungen deaktiviert.

— Trevor Archibald

@ TrevorArchibald Ja, das war mein Punkt. Beim erneuten Lesen war es nicht sehr klar. Wird bearbeitet.

— Nivag

Selbst das beste Maßband aus Metall ist über große Entfernungen einer erheblichen Wärmeausdehnung ausgesetzt.

Versuchen Sie stattdessen ein Lasermessgerät ("elektronisches Maßband"): http://www.engineersupply.com/Laser-Measurers.aspx

Das Laserabstandsmaß, flache Platten, die am Objekt festgeklemmt sind, und einige Unterlegscheiben bekannter Dicke sollten alles sein, was Sie benötigen, um etwas über einen großen Abstand genau zu lokalisieren.

— user2790167
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Vielen Dank! Wir verwenden sicherlich Laserbänder für sehr große Entfernungen, aber soweit ich weiß, verspricht sogar eine Leica nur +/- .040, was nicht viel genauer ist als mit einem Band. Die Wärmeausdehnung wird hier definitiv signifikant. Glücklicherweise ist die Temperatur in unserem Shop ziemlich gut reguliert, so dass sie möglicherweise beherrschbar ist. Ich habe gelesen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient 6,7x10 ^ -6 beträgt, was meiner Meinung nach 0,004 "pro Grad über 50 'bedeutet. Noch wichtiger ist, dass sowohl das Band als auch die Struktur aus Stahl sind (und in die gleiche Richtung ausgerichtet sind). Ist das eine naive Aussage?

— Ethan48

Wenn beide ähnliche Stahlsorten sind, sollten sie sich um sehr ähnliche Beträge ausdehnen. Ich stimme Ihrer ~ 0,004 "/ Grad F-Zahl zu. Wenn die Lasergeräte nicht genau genug sind, kann ich mir nur ein verrücktes Fizeau-Experiment

— vorstellen

Ja, das ist das Beste, was ich mir bisher ausgedacht habe, aber offensichtlich nicht sehr praktisch. Soweit ich weiß, kalibrieren sie die Master-Bänder auf diese Weise.

— Ethan48

Woher wissen Sie , wie genau / fehlerhaft Ihre Messungen sind?

— SF.

@ SF, ich nicht in einem nachvollziehbaren Sinne, aber wir haben eine Auswahl von Bändern gegen einen 15 "Mikrometer Standard und auch gegeneinander auf großen Stahlstücken

— geprüft

Für eine hohe Genauigkeit über große Entfernungen ist es typisch, allgemeine Vermessungstechniken zu verwenden. Sie verwenden eine Totalstation ( wie diese ), mit der Sie mit einem einzigen Schuss eine Genauigkeit von 1,5 mm erzielen. Sie sind kein Laserbandmaß. Wiederholte Einstellungen / Ablesungen mit einigen statistischen Korrekturen sollten Sie leicht unter 1 mm bringen. Beachten Sie auch, dass diese gegen die Wärmeausdehnung eines Bandes immun sind, aber das Thema wird es natürlich sein. Auch dies kann mit der mathematischen Kompensation berücksichtigt werden.

Das Gute ist, dass Sie keine Totalstation kaufen müssen. Sie können es für ein paar Tage mieten. Besser noch (abhängig vom Budget) ist es, einen Umfrageteilnehmer dazu zu bringen, dies für Sie zu tun. Dies kann der richtige Weg sein, wenn man die Erfahrung berücksichtigt, die für die Verwendung dieser Art von Kit erforderlich ist. Ein Anfänger braucht einen Tag, um genau über einer Marke zu stehen. Ich denke, dass die Genauigkeit, die Sie verlangen, zu angemessenen Kosten erreicht werden kann.

— Paul Uszak
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OK, interessant. Das Instrument selbst ist also gut für die 1/16 "Toleranz, die ich zu schlagen versuche, aber Sie sagen, dass es mit mehreren Messungen Möglichkeiten gibt, genauer zu werden?

— Ethan48

@ Ethan48 Ja. Es ist dasselbe wie die Länge einer Zigarre zu messen. Wiederholen Sie die Messung 10 Mal und durchschnittlich. Mit einer einzigen Messung erhalten Sie eine bessere Genauigkeit als diese. Ich habe einmal einen ganzen Tag auf einem Berg verbracht und 100 Lesungen mit etwas ähnlichem wie diesem Kit gemacht.

— Paul Uszak

Ihr Problem wird Technik und Erfahrung sein. Die Totalstation ist sehr kompliziert und kann höchstwahrscheinlich nicht während der Herstellung eingerichtet werden. Es muss versetzt werden. Dies führt zu einer Schuppenlast an Geometrie- und Fehlerdispersionstechniken. Sie könnten so etwas wie eine Verbesserung der Wurzelgenauigkeit (n) erzielen, wobei n die Anzahl der Messwerte (Runden) ist. Dann werden thermische Bewegungen der Herstellung berücksichtigt. Vielleicht ist es am besten, einen Mann für einen Tag zu gewinnen.

— Paul Uszak

Ja, ich bin alles dafür, jemanden mit dem Wissen hereinzubringen. Mein bisheriges Verständnis war, dass statistische Methoden das Vertrauen in eine Messung erhöhen können, aber nicht die Genauigkeit erhöhen, aber es ist kein Bereich, den ich wirklich untersucht habe.

— Ethan48