Development and research of the test bench for the angle calibration of geodetic instruments

Abstract

The main idea of current PhD thesis is an accuracy analysis of testing and calibration of geodetic instruments. The object of investigation is an analysis of means and methods for testing and calibration of geodetic instruments for plane angle measurement, development of such calibration equipment, its accuracy investigation and the research of its accuracy increasing possibilities. These objects are important for successful testing or calibration of geodetic instruments for angle measuring which is essential in ensuring the precision of measurements taken in surveying, construction, mechanical engineering, etc. There are several main goals of the presented work. First one is an analysis of the angle measuring methods and devices suitable for the testing and calibration of geodetic instruments, according to the results of the mentioned analysis the second task can be formulated – creation of a multi-reference plane angle testing and calibration equipment at Institute of Geodesy, Vilnius Gediminas Technical University and investigate the parameters of its accuracy. The third task is to investigate the accuracy increasing possibilities of the equipment, and implementation some of them into the practice. The thesis consists of four chapters, introduction, conclusions, list of references and appendixes. Introduction is dedicated for an introduction to the problem and its topicality. There are also formulated purposes and tasks of the work; the used methods and novelty of solutions are described; author‘s publications and structure of the thesis are presented. First chapter covers an analysis of most used means and methods of precise plane angle measurement which can be implemented in the testing and calibration of geodetic instruments with the most attention paid to the precision, automation and calibration possibilities. The analysis involves both classical means such as circular scale/microscope(s) or polygon/autocollimator measu¬rements and the modern means as “ring laser” or precise angular encoders. In the second chapter the multi-reference test rig created and based on the research described in the first chapter is described, with most of the attention being paid to the technical decisions implemented in the device. In the third chapter the statistical and spectral analysis of accuracy of the test rig based on the results of the measurements is presented. According to the analysis performed, there are methods for accuracy increasing (namely moder¬nized scale calibration method) proposed in the fourth chapter, with method practical implementation test results statistically analysed. The results of the researche were published in 7 reviewed scientific periodical and 2 other publications. There were 3 presentations made at the conferences in Lithuania.

Disertacijoje nagrinėjamos geodezinių kampus matuojančių prietaisų patikros bei kalibravimo metodai bei priemonės. Pagrindinis tyrimo objektas yra geodezinių prietaisų tikslumo parametrų matavimo būdų ir priemonių analizė, kalibravimo įrenginio kūrimas, jo tikslumo charakteristikų tyrimas bei įrenginio tobulinimas. Šie objektai yra svarbūs vykdant geodezinių prietaisų kalibravimą, kas savo ruožtu yra labai svarbu užtikrinant reikiamą šių prietaisų matavimų tikslumą geodezijoje, statybose, mašinų gamyboje ir t. t. Pagrindinis disertacijos tikslas – geodezinių kampų matavimo prietaisų kalibravimo galimybių analizė ir sukurto kalibravimo įrenginio tikslumo para¬metrų tyrimas. Darbe sprendžiami keli pagrindiniai uždaviniai: plokščiųjų kampų mata¬vimo metodų bei įrenginių, tinkamų geodeziniams prietaisams kalibruoti, analizė; daugiaetalonio kampų kalibravimo stendo kūrimas Vilniaus Gedimino technikos universiteto Geodezijos institute bei jo tikslumo charakteristikų tyri¬mas; stendo tikslumo didinimo galimybių bei priemonių tyrimas, ir apskri¬timinių skalių kalibravimo būdų tobulinimas. Disertaciją sudaro šeši skyriai, įvadas, išvados, literatūros sąrašas bei priedai. Įvade nagrinėjamas problemos aktualumas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašomas mokslinis darbo naujumas, pristatomi autoriaus pranešimai ir publikacijos, disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius skirtas labiausiai paplitusių plokščiųjų kampų matavimo būdų bei priemonių tinkamų geodeziniams prietaisams kalibruoti apžvalgai, daugiausiai dėmesio skiriant priemonių tikslumui, automatizavimo bei kalibra¬vimo galimybėms. Apžvalga apima tiek klasikines priemones, tokias kaip apskri¬timinės skalė/mikroskopas(ai) ar daugiakampė prizmė/autokolimatorius, tiek modernias, kaip „žiedinis lazeris“ ar preciziniai kampo keitikliai. Antrajame skyriuje pateiktas daugiaetalonio kampų patikros bei kalib¬ravimo stendo, sukurto remiantis analize, aprašyta antrajame skyriuje, konst¬rukcija bei veikimo principas, daugiausiai dėmesio skiriant inžineriniams bei techniniams sprendimams pritaikytiems stende. Trečiajame skyriuje pateikta statistinė bei spektrinė sukurtojo stendo eks¬perimentinių matavimų tikslumo analizė. Remiantis šia analize ketvirtajame sky¬riuje pasiūlyti stendo tikslumo didinimo būdai bei priemonės, – patobulintas apskritiminių skalių kalibravimo metodas, – su praktiniu metodo pritaikymu bei matavimo rezultatų statistine bei spektrine analize. Disertacijos tema paskelbtos 7 publikacijos recenzuojamuose periodi-niuose mokslo leidiniuose bei 2 kituose leidiniuose. Skaityti 3 pranešimai Lietu¬vos ir tarptautinėse konferencijose.