MONMOS высокоточная система контроля геометрических параметров различных инженерных сооружений и конструкций с анализом полученных расхождений между проектными и фактически измеренными значениями

А.А. Чернявцев (ЗАО «Геострой-изыскания»)
В 1986 г. окончил аэрофотогеодезический факультет МИИГАиК по специальности «аэрофотогеодезия». Работал инженером отдела изысканий «ПромНИИпроект», ведущим инженером отдела изысканий предприятия «ПрИз». В настоящее время главный специалист компании «Геостройизыскания».

К.А. Аванесов (ЗАО «Геодезические приборы», Санкт-Петербург)
В 2003 г. окончил Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет) по специальности «прикладная геодезия». В настоящее время инженер-консультант компании «Геодезические приборы».

MONMOS геодезическая система для промышленных измерений производства компании Sokkia (Япония), известного поставщика высококачественного геодезического оборудования. MONMOS MONO MOBILE
3-D Station успешно эксплуатируемая в мире, пришла и в Россию.
MONMOS является трехмерной высокоточной системой контроля геометрических параметров различных инженерных сооружений и конструкций с последующим анализом полученных расхождений между проектными и фактически измеренными значениями. Измерительный комплекс такого рода необходим на предприятиях, где к точности производимой продукции предъявляются высокие требования, а изделия имеют значительные размеры. Система уже применяется в судо- и авиастроении, при сборке вагонов скоростных поездов, контроле размеров продукции на заводах металлоконструкций, монтаже прокатных станов и на целлюлозно-бумажных комбинатах.

Рис. 1. Высокоточный электронный тахеометр NET1200

Основные составляющие системы MONMOS: высокоточный электронный тахеометр NET1200 (рис. 1), контроллер на базе карманного персонального компьютера с программным обеспечением 3-DIM Observer и программное обеспечение 3-DIM для персонального компьютера. Технические характеристики измерительного блока электронного тахеометра NET1200 приведены в таблице.

Система обеспечивает определение пространственных координат точек с точностью до десятых долей миллиметра на расстояниях до 100 м. Удобное управление NET1200 позволяет оперативно выбирать один из трех режимов измерений безотражательный, по призме и по отражающим пленкам. Благодаря точному «безотражательному» дальномерному каналу в некоторых случаях можно обойтись без установки марок в труднодоступных местах. Отличительная особенность конструкции тахеометра направленный источник света позволяет подсвечивать марки при работе в затемненных условиях и облегчает их поиск. Высокая степень пыле- и влагозащиты обеспечивает надежную работу прибора в самых суровых условиях. Небольшие размер и масса (около 6 кг) прибора, наличие емких внутренних аккумуляторов показатели высокой «мобильности» системы.

Для обеспечения высокой точности измерений необходимы специальные марки. Набор отражающих мишеней и пленочных отражателей различной конфигурации (рис. 2) является неотъемлемой частью системы. Состав отражателей определяется типом исследуемого объекта и видом решаемых задач.

Рис. 2. Отражающие мишени

Рис.2. Пленочные отражатели

Второй составной частью MONMOS является ударопрочный полевой контроллер (миникомпьютер, рис. 3), на котором установлено программное обеспечение для управления электронным тахеометром. Программа обеспечивает быстрый выбор режима измерений, типа визирных целей, импорт проектных координат. Контроллер позволяет непосредственно на месте решать широкий круг задач. Одна из них создание опорной сети и определение положения в системе координат измеряемого объекта с оценкой точности, например, в системе координат с произвольным углом наклона.

В режиме реального времени можно выполнить следующие измерения:
определить средний диаметр окружности (цилиндра) по координатам измеренных на ней точек и оценить величину отклонения от «идеальной» окружности;
определить координаты центра окружности по координатам измеренных на ней точек;
проверить горизонтальность поверхности по набору точек на ней, построить среднюю плоскость и вывести отклонение каждой точки от этой плоскости.

Рис. 3. Геодезическая система MONMOS

Третья составляющая системы программное обеспечение 3-DIM Software (рис. 4), устанавливаемое на стационарном компьютере или ноутбуке. Программа имеет графический и табличный модули, что позволяет проводить разносторонний анализ выполненных наблюдений. Исходными для работы программы являются данные полевых измерений, которые передаются как из тахеометра, так и из контроллера. Можно использовать проектные данные, поступающие из проектирующих систем в графическом и табличном виде.

Программа дает возможность:
1. Работать с проектными координатами, импортировать-экспортировать точки и текстовые файлы из/в AutoCAD. Создавать наиболее удобные форматы вывода данных.
2. Импортировать-экспортировать проектные координаты из/в полевой контроллер или непосредственно в электронный тахеометр.
3. Задавать допуски и определять отклонения измеренных величин от проектных с отображением векторов ошибок (в графическом модуле).
4. Работать не только с координатами, но и размерами (длинами).
5. Отображать результаты в трехмерном виде и различных проекциях; масштабировать.
6. Задавать различные системы координат (поворот, смещение, объектные системы координат).
7. Строить перпендикуляры к линиям, средние по набору точек окружности и линии с выдачей отклонения каждой точки от них, а также определять точку пересечения двух линий, угол между двумя линиями, отклонения точек от плоскости и т. д.

Рис. 4. Вид «окна» 3-DIM Software

8. После измерений проектных точек c помощью специального модуля Tolerance optimizer проводить оптимизацию процесса исправления неточностей исполнения детали. Поворот смонтированной конструкции, который вычисляется программным модулем, позволяет достичь минимального отклонения измеренных точек относительно проектных, что уменьшает затраты на исправление и корректирование монтируемой детали.
9. Вести протокол для создания подробных отчетов заказчику.
10. Выводить на печать графические изображения.
Летом 2005 г. специалисты ЗАО «Геодезические приборы» впервые в России поставили измерительный комплекс MONMOS и провели обучение персонала компании-заказчика. Практическое испытание системы прошло в условиях производственного процесса целлюлозно-бумажного комбината (рис. 5).

Современное потоковое производство бумажного полотна предъявляет высокие требования к точности установки узлов и агрегатов бумагоделательных машин (БДМ). Для эффективности производства бумаги и предупреждения появления брака на технологической линии приходится решать следующие задачи:

Рис. 5.a. Испытание системы MONMOS в условиях производственного процесса целлюлозно-бумажного комбината

1. Проведение высокоточного контроля взаимного положения осей валов (цилиндров) относительно «главной» оси машины.
2. Определение отклонения оси вала от плоскости горизонта.
3. Проверка конусности валов, появляющаяся вследствие неравномерного износа, неточной шлифовки или брака при производстве.
4. Выверка элементов сеточного стола, необходимого для формирования и обезвоживания бумажного полотна, проверка и выставление его поверхности в плоскость горизонта и другие задачи.

Следует отметить, что выполнение всех перечисленных работ желательно и даже необходимо вести в режиме реального времени с минимальной задержкой между измерениями и вычислением результатов. Поточная технология требует проводить измерительные работы в кротчайшие сроки, чтобы уменьшить простой технологического оборудования. Важна возможность проведения контрольных измерений отдельных агрегатов БДМ, расположенных в труднодоступных местах.

Рис. 5.b. Испытание системы MONMOS в условиях производственного процесса целлюлозно-бумажного комбината

Инженеры ЗАО «Геодезические приборы» с помощью системы MONMOS должны были проконтролировать взаимное положение осей валов БДМ и их положение в плоскости горизонта, а также проверить сеточный стол, поверхность которого должна быть горизонтальной.

Сначала провели контроль положения валов. Тахеометром с различных точек стояния было многократно (3 5 раз) измерено расстояние между двумя выбранными и закрепленными ориентирными точками. После осреднения результатов была задана начальная базовая линия координатной системы объекта, т. е. условная система координат. Затем способом обратной засечки в этой системе координат были определены остальные закрепленные ориентирные точки с контролем сходимости координат, полученных из разных мест установки тахеометра.

Для высокоточного определения координат точек в системе MONMOS предусмотрена возможность проведения многократных измерений, дающая надежные результаты. С помощью этой функции были проведены наблюдения характерных точек цилиндров. При переустановке прибора координаты новой точки стояния определялись методом многократной обратной комбинированной засечки.

Рис. 5.c. Испытание системы MONMOS в условиях производственного процесса целлюлозно-бумажного комбината

Измерения характерных точек цилиндров позволили вычислить их центры и радиусы. Для этого использовались встроенные в контроллер программы. По полученным данным непосредственно на объекте определили диаметры переднего и заднего торца цилиндров и оценили конусность валов.
В программе 3-DIM Software на стационарном компьютере по полученным центрам цилиндров построили оси валов. После формирования целостной картины, используя встроенные функции программы, провели анализ взаимного положения валов и проверку горизонтальности каждого из них. По результатам, представленным в виде графического изображения векторов ошибок и таблицы с абсолютными значениями отклонений, механики комбината исправили отклонения в положении валов. После этого для контроля была выполнена повторная исполнительная съемка цилиндров.

При контроле положения верхней плоскости сеточного стола за исходный горизонт принималась отметка точки, высота которой не могла быть изменена. Остальные точки на поверхности стола выбирались равномерно в характерных местах, близких к механизмам юстировки. По отклонениям высот точек поверхности агрегата от заданного горизонта в модуле 3-DIM Software создали отчет в графическом и табличном виде. По нему механики провели выравнивание стола.

Система MONMOS успешно прошла испытания в неблагоприятных условиях производственного процесса (запыленность, высокие влажность и температура, паровыделение, шум и вибрация работающих механизмов), показав высокую точность результатов и оперативность измерений.
В процессе внедрения специалисты комбината отметили еще одну немаловажную деталь высокая степень автоматизации процесса измерений и получения конечных результатов позволяет использовать систему MONMOS широкому кругу инженерно-технических работников, не имеющих специальной геодезической подготовки.

ЗАО «Геостройизыскания»
Тел: (095) 101-22-08 (многоканальный), 234-00-46, 234-00-47,
234-00-48
Факс: (095) 101-22-08
Адрес: 107023, Москва, ул. Малая Семеновская, 9, строение 6
E-mail: gsi@gsi2000.ru
Интернет: www.gsi2000.ru

ЗАО «Геодезические приборы» (Санкт-Петербург)
Тел/факс: (812) 230-47-97,
235-39-80,
197110, г. Санкт-Петербург,
ул. Пионерская, 30
E-mail: office@geopribori.ru,
Интернет: www.geopribori.ru