Misurare distanze più lunghe con elevata precisione

In questo momento sono coinvolto nella fabbricazione di strutture in acciaio dell'ordine di 5-50 piedi di lunghezza. Attualmente, misuriamo queste strutture con misure commerciali di varietà da giardino. Il più delle volte, lavoriamo con una tolleranza di circa +/- 1/16 "e non abbiamo alcun problema. Recentemente, stiamo provando a rendere alcuni articoli con una tolleranza molto alta (almeno +/- 1 / 32 ", avvicinandosi a 1/64" o .016 ") Questa tolleranza è dovuta a criteri visivi non meccanici, ma è ancora molto importante per la nostra gestione.

La mia domanda è: come possiamo misurare in modo affidabile questo tipo di distanze con quel livello di precisione? Sono pronto a ordinare alcune misure di nastro tracciabili NIST, ma non mi è chiaro se miglioreranno davvero la situazione. Ci sono altre tecnologie o tecniche che potrebbero essere praticamente applicate in un ambiente di fabbricazione? Gli strumenti di rilevamento sono sufficientemente precisi per risolvere il problema? Il costo è ovviamente un fattore, ma siamo più preoccupati della ripetibilità e robustezza che del prezzo.

Mi rendo conto che questa tolleranza suonerà ridicola per la maggior parte, ma immagino che alcune altre industrie potrebbero dover eseguire prestazioni simili, forse motori di grandi dimensioni per navi o componenti di centrali elettriche?

— Ethan48
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Le posizioni delle sonde spaziali alla periferia del sistema solare sono misurate con una precisione di diversi cm ... quindi dipende da quanto sei disposto a investire e da quanto preciso vuoi andare.

— SF.

Risposte:

Ottenere quel tipo di precisione su quella scala non è banale e probabilmente non sarà economico.

Per dimensioni inferiori fino a pochi metri, un'opzione CMM portatile sarebbe un'opzione ( ecco un esempio ). Questi hanno una precisione dell'ordine di 10 m e sono usati per cose come la produzione di auto di fascia alta / F1. $\mu$

Tuttavia, gli strumenti di tipo CMM non sarebbero utili per qualcosa di più grande di pochi metri in quanto sono limitati dalla lunghezza del braccio e devono essere fissati in posizione durante la misurazione per ottenere un risultato ragionevole. Per pezzi più grandi l'opzione con le migliori prestazioni sarebbe una sorta di laser tracker ( esempio ). Questi hanno anche una buona ripetibilità (~ 20 m). $\mu$

Le versioni che ho visto sono interferometri a sfasamento, che sparano un laser su un catadiottro in una sfera di metallo posizionata sulla superficie. Sono utilizzati da persone come Boeing / Airbus per verificare le tolleranze sulla fabbricazione dell'aereo.

Questi non sono economici, i laser tracker costano circa $ 80.000. I telemetri laser per il rilevamento convenzionale sono molto più economici ma non sono sicuro che avrebbero un'accuratezza adeguata.

— nivag
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Tuttavia, la CMM portatile elencata è limitata dalla lunghezza del braccio. Puoi spostarlo, ma è utile solo quando il braccio è fermo. Inizi a spostarlo tra le misurazioni della stessa parte e avrai letture inutili.

— Trevor Archibald,

Grazie Nivag, penso che potrebbe essere il tipo di cosa che stiamo cercando. @TrevorArchibald, quindi stai dicendo che avremmo bisogno di impostare lo strumento in una posizione fissa, contro una sorta di superficie di riferimento e prendere sempre la nostra misurazione da lì? Non è l'ideale, ma potrebbe essere fatto.

— Ethan48,

@ Ethan48 Sì, è così che funziona il braccio Faro. È ancora abbastanza portatile, non ha bisogno di essere calibrato ogni volta che lo sposti, ma esegue tutti i suoi calcoli in riferimento alla sua base, quindi se la base si sposta, le tue misurazioni sono disattivate.

— Trevor Archibald,

@TrevorArchibald Sì, quello era il mio punto. Rileggendolo non era molto chiaro. Modifica.

— nivag,

Anche la migliore misura di nastro metallico è suscettibile di significativa espansione termica su grandi distanze.

Prova invece un dispositivo di misurazione laser ("metro elettronico"): http://www.engineersupply.com/Laser-Measurers.aspx

La misura della distanza laser, piastre piatte fissate all'oggetto e alcuni spessori di spessore noto, dovrebbero essere tutto ciò che serve per localizzare con precisione qualcosa su una grande distanza.

— user2790167
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Grazie! Sicuramente utilizziamo nastri laser per distanze molto lunghe, ma per quanto ne so, anche una Leica promette solo +/- 0,040 che non è molto più accurata di quanto non si possa ottenere con un nastro. L'espansione termica diventa decisamente significativa da queste parti. Fortunatamente, la temperatura è abbastanza ben regolata nel nostro negozio, quindi potrebbe essere gestibile. Ho letto che il coefficiente di dilatazione termica è 6,7x10 ^ -6, che penso significhi 0,004 "per grado oltre 50 '. Ancora più importante, dal momento che sia il nastro che la struttura sono in acciaio (e orientati nella stessa direzione,) non" Si espandono allo stesso modo? È un'affermazione ingenua?

— Ethan48,

Se sono entrambi gradi simili di acciaio, dovrebbero espandersi in quantità molto simili. Sono d'accordo con il tuo numero ~ 0,004 "/ grado F. Se i dispositivi laser non sono abbastanza precisi, tutto ciò a cui riesco a pensare è una sorta di pazzo esperimento Fizeau fatto al contrario.

— user2790167

Sì, questo è il migliore che ho escogitato finora, ma ovviamente non molto pratico. Da quello che ho capito è come calibrano i nastri master in primo luogo.

— Ethan48,

Come fai a sapere qual è la precisione / errore delle tue misurazioni?

— SF.

@SF, non ho tracciabilità, ma abbiamo verificato una selezione di nastri rispetto a uno standard da 15 "micrometri, e anche uno contro l'altro su grandi pezzi di acciaio per avere un senso generale.

— Ethan48

Per un'elevata precisione su lunghe distanze è tipico utilizzare tecniche di rilevamento generali. Usi una stazione totale ( come questa ) che ti darà una precisione di 1,5 mm in un solo colpo. Non sono un metro a nastro laser. Impostazioni / letture ripetute con alcune correzioni statistiche dovrebbero portarti facilmente al di sotto di 1 mm. Nota anche che questi sono immuni dall'espansione termica di qualsiasi nastro, ma ovviamente lo sarà il soggetto. Anche questo può essere consentito, anche se con una compensazione matematica.

La cosa buona è che non devi comprare una stazione totale. Puoi noleggiarlo per alcuni giorni. Meglio ancora (dipende dal budget) è convincere un sondaggio a farlo per te. Questo può essere il modo di procedere considerando l'esperienza richiesta per utilizzare questo tipo di kit. Ci vorrà un principiante al giorno solo per alzarlo accuratamente su un segno. Penso che l'accuratezza che stai chiedendo possa essere raggiunta a costi ragionevoli.

— Paul Uszak
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OK interessante. Quindi lo strumento in sé è buono rispetto alla tolleranza di 1/16 "che sto cercando di battere, ma stai dicendo che con misurazioni multiple ci sono modi per essere più precisi?

— Ethan48

@ Ethan48 Sì. È lo stesso che misurare la lunghezza di un sigaro. Ripeti la misurazione 10 volte e in media. Otterrai una precisione migliore di quella da una singola misurazione. Una volta ho trascorso un'intera giornata su una montagna a fare 100 letture con qualcosa di simile a questo kit.

— Paul Uszak,

Il tuo problema sarà la tecnica e l'esperienza. La stazione totale è molto complicata e con ogni probabilità non può essere impostata sulla fabbricazione. Dovrà essere sfalsato. Ciò porta a un carico di dispersione di geometria e tecniche di dispersione degli errori. Potresti ottenere qualcosa di simile a un miglioramento della precisione di radice (n) in cui n è il numero di letture (round). Quindi c'è tolleranza per i movimenti termici della fabbricazione. Potrebbe essere meglio convincere un ragazzo a entrare per un giorno.

— Paul Uszak,

Sì, sono tutto per aver portato qualcuno con le conoscenze. La mia precedente comprensione era che i metodi statistici potevano aumentare la fiducia in una misurazione, ma in realtà non aumentavano la precisione, ma non è un'area che ho studiato davvero.

— Ethan48,