Medindo distâncias maiores com alta precisão

Estou envolvido agora na fabricação de estruturas de aço da ordem de 5 a 50 pés de comprimento. Atualmente, medimos essas estruturas com fitas métricas comerciais de variedades de jardins. Na maioria das vezes, trabalhamos com uma tolerância de +/- 1/16 "e não temos nenhum problema. Recentemente, estamos tentando tornar alguns itens com uma tolerância muito alta (pelo menos +/- 1 / 32 ", aproximando-se de 1/64" ou 0,016 ") Essa tolerância se deve a critérios visuais não mecânicos, mas ainda é muito importante para a nossa administração.

Minha pergunta é: como podemos medir com segurança esse tipo de distância com esse nível de precisão? Estou preparado para pedir algumas medidas de fita rastreáveis ao NIST, mas não está claro para mim se elas realmente melhorarão a situação. Existem outras tecnologias ou técnicas que poderiam praticamente ser aplicadas em um ambiente de fabricação? Existem ferramentas de levantamento precisas o suficiente para resolver o problema? O custo é obviamente um fator, mas estamos mais preocupados com a repetibilidade e a robustez do que o preço.

Sei que essa tolerância vai parecer ridícula para a maioria, mas imagino que outras indústrias possam ter um desempenho semelhante, talvez grandes motores para navios ou componentes de usinas?

— Ethan48
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As localizações das sondas espaciais nos arredores do sistema solar são medidas com precisão de vários centímetros ... portanto, depende do quanto você deseja investir e da precisão que deseja seguir.

— SF.

Respostas:

Obter esse tipo de precisão nessa escala não é trivial e provavelmente não será barato.

Para tamanhos menores até alguns metros, um CMM portátil seria uma opção ( aqui está um exemplo ). Eles têm precisão da ordem de 10 e são usados para itens como fabricação de carros de última geração / F1. $\mu$

No entanto, os instrumentos do tipo CMM não seriam úteis para nada maior que alguns metros, pois são limitados pelo comprimento do braço e devem ser fixados no local durante a medição para obter um resultado sensível. Para peças maiores, a opção com melhor desempenho seria uma espécie de rastreador a laser ( exemplo ). Estes também possuem repetibilidade bastante boa (~ 20 m). $\mu$

As versões que eu vi são interferômetros de mudança de fase, que disparam um laser em um retrorrefletor em uma bola de metal que é colocada na superfície. Eles são usados por pessoas como a Boeing / Airbus para verificar as tolerâncias na fabricação de aviões.

Estes não são baratos, os rastreadores a laser custam aproximadamente US $ 80.000. Os telêmetros a laser convencionais para levantamento topográfico são muito mais baratos, mas não tenho certeza de que teriam precisão adequada.

— nivag
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O CMM portátil que você listou também é limitado pelo comprimento do braço. Você pode movê-lo, mas só é útil quando o braço está parado. Você começa a movê-lo entre medições da mesma peça e terá leituras inúteis.

— Trevor Archibald

Obrigado Nivag, acho que pode ser o tipo de coisa que estamos procurando. @TrevorArchibald, então você está dizendo que precisaríamos colocar a ferramenta em uma posição estacionária, contra algum tipo de superfície de referência e sempre tirar nossas medições a partir daí? Isso não é o ideal, mas poderia ser feito.

— Ethan48

@ Ethan48 Sim, é assim que o braço de Faro funciona. Ele ainda é bastante portátil, não precisa ser calibrado toda vez que você o move, mas faz todos os seus cálculos com referência à sua base; portanto, se a base se mover, suas medidas estarão desativadas.

— Trevor Archibald

@TrevorArchibald Sim, esse foi o meu ponto. Lendo novamente, não estava muito claro. Irá editar.

— nivag

Até a melhor fita métrica de metal é suscetível a uma expansão térmica significativa em grandes distâncias.

Experimente um dispositivo de medição a laser ('fita métrica eletrônica'): http://www.engineersupply.com/Laser-Measurers.aspx

A medida da distância a laser, as placas planas presas ao objeto e alguns calços de espessura conhecida, devem ser tudo o que você precisa para localizar com precisão algo a uma grande distância.

— user2790167
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Obrigado! Certamente usamos fitas a laser para distâncias muito longas, mas até onde eu sei, mesmo uma Leica promete apenas +/- 0,040, o que não é muito mais preciso do que com uma fita. A expansão térmica definitivamente se torna significativa por aqui. Felizmente, a temperatura é razoavelmente bem regulada em nossa loja, portanto pode ser administrável. Eu li que o coeficiente de expansão térmica é 6,7x10 ^ -6, o que eu acho que significa 0,004 "por grau acima de 50 '. Mais importante, já que a fita e a estrutura são de aço (e orientadas na mesma direção), não seriam' ' ? t eles expandem semelhante é que uma declaração ingênua?

— Ethan48

Se os dois tipos de aço são semelhantes, devem expandir em quantidades muito semelhantes. Eu concordo com o seu número ~ 0,004 "/ grau F. Se os dispositivos a laser não forem precisos o suficiente, tudo em que consigo pensar é algum tipo de experimento maluco do Fizeau feito ao contrário.

— user2790167

Sim, isso é o melhor que eu criei até agora também, mas obviamente não é muito prático. Pelo que entendi, é assim que eles calibram as fitas mestres em primeiro lugar.

— perfil completo de Ethan

Como você sabe qual é a precisão / erro de suas medições?

— SF.

@SF, eu não em um sentido rastreável, mas temos verificado uma seleção de fitas contra um padrão micrômetro 15" , e também uns contra os outros em grandes peças de aço para obter uma sensação geral.

— Ethan48

Para alta precisão em longas distâncias, é típico o uso de técnicas gerais de levantamento. Você usa uma estação total ( como esta ) que oferece precisão de 1,5 mm em uma única foto. Eles não são uma fita métrica a laser. Configurações / leituras repetidas com algumas correções estatísticas devem levar você a menos de 1 mm. Observe também que eles são imunes à expansão térmica de qualquer fita, mas é claro que o assunto será. Isso também pode ser permitido, embora com compensação matemática.

O bom é que você não precisa comprar uma estação total. Você pode alugá-lo por alguns dias. Melhor ainda (dependendo do orçamento) é contratar um pesquisador para fazer isso por você. Esse pode ser o caminho a seguir, considerando a experiência necessária para usar esse tipo de kit. Vai demorar um iniciante por dia apenas para sustentar com precisão acima de uma marca. Penso que a precisão solicitada pode ser alcançada a um custo razoável.

— Paul Uszak
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OK, interessante. Assim, o próprio instrumento é bom sobre a tolerância 1/16" Estou tentando batida, mas você está dizendo que, com múltiplas medições existem maneiras de obter mais precisa?

— Ethan48

@ Ethan48 Sim. É o mesmo que medir o comprimento de um charuto. Repita a medição 10 vezes e faça a média. Você obterá uma precisão melhor que a de uma única medição. Certa vez, passei o dia inteiro subindo uma montanha fazendo 100 leituras com algo parecido com este kit.

— Paul Uszak

Seu problema será técnica e experiência. A estação total é muito complicada e provavelmente não pode ser configurada durante a fabricação. Terá que ser compensado. Isso leva a uma carga excessiva de técnicas de geometria e dispersão de erros. Você pode obter algo como uma melhoria na precisão da raiz (n) em que n é o número de leituras (rodadas). Depois, há tolerância para movimentos térmicos da fabricação. Talvez seja melhor levar um cara por um dia.

— Paul Uszak

Sim, sou a favor de trazer alguém com esse conhecimento. Meu entendimento anterior era que métodos estatísticos poderiam aumentar a confiança em uma medição, mas na verdade não aumentar a precisão, mas não é uma área que estudei realmente.

— Ethan48