Limited accuracy reference free angular position determination

Abstract

Test and calibration of angle measuring instruments is an important issue in the areas of geodesy, machine engineering and maintenance, etc. In most of cases, to test or calibrate the instrument a reference device capable of producing the angular values of higher accuracy (comparator) is needed. Other methods of testing and calibration (as cross-calibration or using the same scale as reference) are quite complicated and not always can be implemented. Additionally, in case of testing or calibration by means of comparison, a precise mechanical adjusting (centering, levelling etc.) of the tested and reference devices is needed, that kind of adjustment is often very time consuming and hard to accomplish. In this paper a very principle of testing and calibration of angle measuring instruments by means of digital photogrammetry with limited accuracy but without the need of precise adjusting procedure and with a possibility of the method implementation at industrial facilities is described. In this method the angle of rotation of the calibrated instrument is determined by means of simple plate attached to the rotary part of instrument, the 3D surface of plate is obtained by photogrammetric means, thus the angle between the determined surfaces of plate at different angular positions can be determined. Virtual reference angle measure is created inside the computer software, therefore the method could be described as the "reference free". First results of practical implementation of the method with the preliminary accuracy evaluations are presented, according to which the accuracy of calibration not exceeding +/- 2.53' was reached during the initial tests.

Kampų matavimo prietaisų patikra ir kalibravimas yra labai svarbūs geodezijoje, mašinų gamyboje ir kitose srityse. Daugeliu atvejų kampų matavimo prietaisams tikrinti ar kalibruoti būtina etaloninė matavimo priemonė, galinti matuoti kampinę padėtį daug tiksliau (komparatorius). Kiti patikros bei kalibravimo metodai, tokie kaip kryžminis kalibravimas ar tos pačios skalės naudojimas etalonui sukurti, yra gana sudėtingi ir ne visada gali būti pritaikomi. Be to, atliekant patikrą ar kalibravimą palyginimo (komparavimo) būdu, būtina tiksliai mechaniškai suderinti (centruoti, gulsčiuoti ir t.t.) kalibruojamąjį ir kalibruojantįjį (etaloninį) prietaisus, o tai ilgai trunka ir dažnai yra gan sunkiai pasiekiama. Šiame straipsnyje pateiktas riboto tikslumo kampų matavimo prietaisų patikros ar kalibravimo metodas (principas), kai paprastos kalibravimo plokštelės, pritvirtintos prie kalibruojamojo prietaiso sukamosios dalies trimatis paviršius yra identifikuojamas fotogrametriniais metodais ir išmatavus erdvinį kampą tarp plokštelės paviršių, esant skirtingoms kalibruojamojo prietaiso kampinėms padėtims, randamas tikrasis prietaiso pasukimo kampas. Tokiu būdu virtualus kampo etalonas yra sukuriamas kompiuterinės programos viduje. Jį naudojant, nereikia tiksliai mechaniškai derinti prietaisų, dažnai galima matuoti kalibruojamojo prietaiso darbo aplinkoje (ceche ir t.t.). Taip pat pateikti pirmieji šio principo eksperimentinio taikymo rezultatai ir pirminis matavimo tikslumo vertinimas. Remiantis eksperimentų rezultatais, pirminių bandymų metu pavyko pasiekti ne mažesnį kaip ±2,53´ kampų kalibravimo tikslumą.