PL239594B1 - Urządzenie do pomiarów przemieszczeń - Google Patents

Abstract

Sposób pomiarów przemieszczeń, przy udziale urządzenia będącego przedmiotem zgłoszenia, polega na tym, że ramę odniesienia (3), mającą zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych xryrzr, w którym wyznaczone jest położenie sygnałów odniesienia (11), łączy się, za pomocą śrub mocujących (10), z elementem odniesienia (2). Tarczę pomiarową (4), mającą zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych xtytzt, w którym wyznaczone jest położenie sygnałów kontrolowanych (12), przytwierdza się za pomocą śrub mocujących (10) do elementu pomiarowego (1). Do ramy odniesienia (3) przymocowuje się pion laserowy (14), mającą zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych xpypzp. Kamerę elektroniczną (6), mającą zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych xkykzk umieszcza się tak, aby obiektyw zwrócony był w stronę ramy odniesienia (3), tarczy pomiarowej (4) i przestrzennej tarczy podwieszanej (16). Następnie cyklicznie rejestruje się obrazy wykonane kamerą elektroniczną (6), po czym przesyła się je do systemu centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) (7), gdzie następuje ich archiwizacja i przetworzenie, opierające się na odpowiednich procedurach obliczeniowych. Pozwala to wyznaczyć przemieszczenia względne tarczy pomiarowej (4) w stosunku do ramy odniesienia (3), w nawiązaniu do kartezjańskiego układu współrzędnych xkykzk kamery elektronicznej (6), odniesione do linii pionu, realizowanej przez oś zp kartezjańskiego układu współrzędnych pionu laserowego xpypzp.

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiarów przemieszczeń względnych, takich jak: translacja i rotacja, zwłaszcza na obiektach naturalnych (przyrody nieożywionej np. bloki skalne) i inżynierskich (np. budynki, budowle itp.).

W przypadku pomiarów szczelin dylatacyjnych, pęknięć w konstrukcji budowli i budynków oraz przesunięć struktur tektonicznych w strefach uskokowych wykorzystuje się względne metody pomiaru, wraz ze specjalistycznym oprzyrządowaniem. Obserwacje przemieszczeń wykonywane są z zastosowaniem: metod geodezyjnych i fotogrametrycznych, umożliwiające odniesienie ich wyników do stałych układów odniesienia, jak również przyrządów mechanicznych oraz czujników, wykorzystujących w pomiarach zjawiska fizyczne, takie jak: indukcyjność, pojemność czy rezystancja, które umożliwiają odniesienie otrzymanych wyników pomiarów do niestałych układów odniesienia.

Współczesny nadzór geodezyjny, na etapach powstawania, diagnozowania i prognozowania występujących na badanych obiektach deformacji, odkształceń i przemieszczeń, korzysta z najnowszych osiągnięć z zakresu mechaniki precyzyjnej i optoelektroniki. Przyczyniło się to do budowy nowoczesnych urządzeń pomiarowych, które pozwalają na wykonanie zautomatyzowanych i telemetrycznych obserwacji w czasie rzeczywistym.

Zasady pomiarów przemieszczeń względnych i bezwzględnych opisane są w licznej literaturze fachowej [Lazzarini T: Geodezyjne pomiary przemieszczeń budowli i ich otoczenia, PPWK, Warszawa 1977; Bryś H. i Przewłocki S.: Geodezyjne metody pomiarów przemieszczeń budowli, PWN, Warszawa 1998] oraz w obowiązujących normach krajowych [PN-N-02211: Geodezja - Geodezyjne wyznaczanie przemieszczeń - Terminologia podstawowa, PKN, 2000] i międzynarodowych [Engineer Manual EM 1110-2-1009: Structural Deformation Surveying, U.S. Army Corps of Engineers, Washington 2018].

W opisie patentu PL 207417 podano urządzenie, przeznaczone do pomiaru wartości przemieszczenia względnego przedmiotów, które wyposażone jest w źródło światła i liniową matrycę światłowodową, z której sygnały świetlne przesyłane są światłowodami do układu pomiarowego, zawierającego fotodetektor połączony ze wzmacniaczem. Pomiędzy źródłem światła a liniową matrycą światłowodową, której światłowody połączone są z układem pomiarowym, jest umieszczona przesuwnie ruchoma przysłona, przy czym wzdłuż przysłony są umieszczone na przemian paski przezroczyste i nieprzezroczyste.

Ponadto znany jest z opisu patentu PL 217348 system pomiarów zmian długości między znakami pomiarowymi, dotyczący pomiarów względnych zmian długości odcinków, w wyniku których wyznacza się odkształcenia gruntu lub obiektu między znakami pomiarowymi, wyznaczającymi dany odcinek. Cechą charakterystyczną tego wynalazku jest to, że do znaku pomiarowego, wyznaczającego jeden z końców mierzonego odcinka, zamocowane jest trwale cięgno, które przewieszone jest przez krążek zamontowany na płycie pomiarowej, założonej na drugi znak pomiarowy, wyznaczając y drugi koniec odcinka. Na płycie pomiarowej zamontowana jest kamera oraz podziałka liniowa, a do cięgna zamocowany jest wskaźnik odczytowy, przy czym koniec cięgna wyposażony jest w obciążnik. Obraz wskaźnika odczytowego na tle podziałki liniowej rejestrowany jest kamerą i przesyłany przewodami zasilająco-sygnałowymi do rejestratora.

Znane są przyrządy mechaniczne [katalog GOECKE: Der Ausruster fur die Vermessungstechnik GK 7, s. 59, www.goecke.de], wyposażone w podziałki, służące do monitorowania pęknięć w konstrukcji budowli w dwóch lub w trzech kierunkach (Riss-Spion 101-RS1, Riss-Spion 101-RS2, Riss-Spion 101RS3 i Rissmonitor 101-TT4). W zależności od prognozowanych przemieszczeń przyrządy te montuje się na badanym obiekcie w różnych konfiguracjach. Z użyciem tych przyrządów można monitorować występujące względne przemieszczenia występujące na badanych obiektach. Przyrządy te składają się z dwóch wzajemnie przesuwających się płytek, na których naniesione są, z odpowiednią dokładnością, podziałki liniowe. Płytki te mogą być wykonane z materiału przeźroczystego lub nieprzeźroczystego.

Znany jest z literatury szczelinomierz TM-71 [Kostak B., 1991: “Combined indicator using moire technique”, Balkema, Rotterdam, ISBN 9054100257, 53-61]. Urządzenie składa się z dwóch indykatorów zorientowanych w dwóch prostopadłych płaszczyznach xy oraz xz. Każdy indykator składa się z pary szklanych płytek, z wytrawionymi siatkami spiralnymi, z hiperbolicznym prążkowaniem (tarcza kołowa), oraz liniowymi, z równoległym prążkowaniem, które wyznaczają dwie prostokątne powierzchnie interferencyjne. Ramiona szczelinomierza TM-71, przymocowane do bloków skalnych na skrzydłach uskoku, przenoszą ich ruchy względne, które następnie rejestrowane są przez siatki główne oraz liniowe szczelinomierza. Obserwowane prążki Moire’a na siatkach spiralnych powstają w wyniku superpozycji regularnych struktur geometrycznych (spirale), wytrawionych na szklanych płytkach, z chwilą zmiany

PL 239 594 B1 położenia jednej płytki względem drugiej. Zmiana położenia płytek związana jest z przemieszczeniem względnym bloków skorupowych. Natomiast prążki Moire’a na siatkach liniowych powstają na skutek różnicy gęstości światła przy przejściu przez obrócone względem siebie siatki liniowe w wyniku rotacji bloków skorupowych.

Znana jest metoda opracowania obrazów, pozyskanych za pomocą kamer metrycznych i niemetrycznych. Opisana w publikacji J. Butowtta i R. Kaczyńskiego metoda przetwarzania zdjęć o dowolnym kącie nachylenia względem przyjętej płaszczyzny odniesienia [Butowtt J. i Kaczyński R.: „Fotogrametria”, WAT, Warszawa 2003, str. 23+39], realizowana jest na podstawie znanych i stosowanych w fotogrametrii zasad geometrii rzutowej. Metoda płaskich przekształceń rzutowych bazuje na przekształceniu płaszczyzny w płaszczyznę, z wykorzystaniem co najmniej czterech odpowiadających sobie punktów homologicznych, przy założeniu, że żadne trzy punkty, spośród tych czterech, nie leżą na jednej prostej. Ta metoda przetwarzania pozwala wyeliminować zniekształcenia perspektywiczne, wynikające z nierównoległości wzajemnej płaszczyzn podlegających opracowaniu. W publikacji tej (na str. 126+130) opisane są również znane i stosowane w fotogrametrii procedury kalibracji kamer.

Problemem wskazanego stanu techniki jest to, że przyrządy mechaniczne nie pozwalają zautomatyzować sposobu prowadzonych obserwacji oraz nie pozwalają przesłać wyników tych obserwacj i do jednostki rejestrującej. Innym ograniczeniem, dostrzeżonym w opisach stosowanych urządzeń, są niewielkie zakresy pomiarowe oraz konieczność ciągłej dostępności do punktów pomiarowych, w miejscach prowadzonych obserwacji. W znanych urządzeniach wykorzystane może być także zjawisko interferencji oraz analiza prążków Moire’a, które w prawdzie umożliwiają uzyskanie wysokiej dokładności pomiarów, ale ograniczone są do niewielkiej przestrzeni obserwacji.

Dlatego okazało się, że wprowadzenie do zestawu pomiarowego metody fotogrametrycznej, pozwala na automatyczną rejestrację i transmisję wyników pomiarów oraz zdalny pomiar na pozyskanych obrazach, natomiast zastosowanie pionu laserowego, umożliwia odniesienie wyników pomiarów do linii pionu. Pion laserowy pozwala wyznaczyć kąty pochylenia mierzonego obiektu w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach.

Zastosowany pion laserowy posiada podstawę, do której przytwierdzony jest wspornik pionu. Wspornik pionu ma zawieszony swobodnie, nadajnik laserowy. Emitowana przez nadajnik laserowy wiązka laserowa pada na przeźroczysty ekran. Przebieg linii pionu wyznacza się metodą fotogrametryczną, na podstawie pomiaru położenia plamki laserowej na ekranie.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia pomiarowego do pomiarów przemieszczeń, które umożliwią, na drodze przetworzenia fotogrametrycznego zarejestrowanych obrazów tarczy pomiarowej na tle ramy odniesienia, w sposób automatyczny i telemetryczny, określenie zmian położenia, tj. przesunięć i obrotów elementów pomiarowych jednego względem innego na obiekcie, w odniesieniu do linii pionu. Opracowany wynalazek może być stosowany jako pojedynczy zestaw lub zwielokrotniony na elementach obiektu.

Istotą wynalazku jest to, że urządzenie zawiera ramę odniesienia, z naniesionymi co najmniej czterema sygnałami odniesienia, które są osadzone w jednej płaszczyźnie XrZr, w lokalnym kartezjańskim układzie współrzędnych XryrZr, przy czym, jeśli liczba sygnałów odniesienia wynosi m, to liczba sygnałów odniesienia, które nie mogą leżeć na jednej prostej, wynosi m-1, oraz zawiera tarczę pomiarową, z co najmniej czterema sygnałami kontrolowanymi, które są osadzone w jednej płaszczyźn ie XtZt, w lokalnym kartezjańskim układzie współrzędnych XtytZt, przy czym, jeśli liczba sygnałów kontrolowanych wynosi k, to liczba sygnałów kontrolowanych, które nie mogą leżeć na jednej prostej, wynosi k-1. Kamera elektroniczna ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych XkykZk i połączona jest z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych oraz zwrócona jest obiektywem w stronę ramy odniesienia i tarczy pomiarowej. Ponadto do ramy odniesienia przytwierdzony jest pion laserowy, który ma w dolnej części kamerę elektroniczną pionu, połączoną z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) oraz wspornik pionu, który w środku górnej, części ma z użyciem zawiesia, zawieszony swobodnie nadajnik laserowy, emitujący wzdłuż linii siły ciężkości wiązkę laserową, która na ekranie, znajdującym się w znanej odległości d od zawiesia, ma postać plamki laserowej, sygnalizowanej przez punkt kontrolny P, przy czym pion laserowy ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych XpypZp.

Korzystnie jest, gdy system centralnej rejestracji i przetwarzania danych jest przenośnym mikrokomputerem.

Korzystnie również jest, gdy sygnały odniesienia mają postać kwadratów, zwłaszcza koloru białego i/lub czarnego.

PL 239 594 Β1

Korzystnie także jest, gdy sygnały odniesienia mają postać albo koncentrycznych okręgów, albo koła, albo krzyża, albo znaku kodowego.

Korzystnie również jest, gdy sygnały odniesienia są rozmieszczone na ramie odniesienia w sposób regularny.

Korzystnie także jest, gdy sygnały kontrolowane mają postać kwadratów, zwłaszcza koloru białego i/lub czarnego.

Korzystnie także jest, gdy sygnały kontrolowane mają postać albo koncentrycznych okręgów, albo koła, albo krzyża, albo znaku kodowego.

Korzystnie również jest, gdy sygnały kontrolowane są rozmieszczone na ramie odniesienia w sposób regularny.

Korzystnie jest, gdy urządzenie zawiera wysięgnik.

Korzystnie również jest, gdy kamera elektroniczna połączona jest z wysięgnikiem w sposób rozłączny, za pomocą śruby sprzęgającej.

Korzystnie także jest, gdy kamera elektroniczna połączona jest z wysięgnikiem na stałe.

Korzystnie również jest, gdy wysięgnik przymocowany jest za pomocą śrub mocujących do elementu odniesienia niezależnie od ramy odniesienia.

Korzystnie także jest, gdy wysięgnik przymocowany jest na stałe do ramy odniesienia.

Korzystnie również jest, gdy wysięgnik ma postać płaskownika w kształcie litery L.

Korzystnie także jest, gdy kamera elektroniczna ustawiona jest na stanowisku obserwacyjnym niezwiązanym z mierzonym obiektem.

Korzystnie także jest, gdy tarcza pomiarowa znajduje się wewnątrz ramy odniesienia.

Korzystnie również jest, gdy odpowiednie osie kartezjańskich układów współrzędnych: tarczy pomiarowej XtytZt i ramy odniesienia x_ryrZ_r w pomiarze wyjściowym są względem siebie w przybliżeniu równoległe.

Korzystnie również jest, gdy kamera elektroniczna połączona jest bezprzewodowo z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych.

Korzystnie także jest, gdy oś yk kartezjańskiego układu współrzędnych kamery elektronicznej jest w przybliżeniu prostopadła do płaszczyzny x_rz_r wyznaczonej przez kartezjański układ współrzędnych ramy odniesienia.

Korzystnie również jest, gdy odpowiednie osie kartezjańskich układów współrzędnych: kamery elektronicznej XkykZk i ramy odniesienia x_ry_rz_r w pomiarze wyjściowym są względem siebie w przybliżeniu równoległe.

Korzystnie także jest, gdy oś yk kartezjańskiego układu współrzędnych kamery elektronicznej jest zwrócona w przybliżeniu centralnie do ramy odniesienia.

Korzystnie także jest, gdy rama odniesienia ma postać ramy prostokątnej albo obręczy.

Korzystnie również jest, gdy tarcza pomiarowa ma postać prostokąta albo koła.

Korzystnie także jest, gdy pion laserowy połączony jest z ramą odniesienia w sposób rozłączny, za pomocą śrub sprzęgających.

Korzystnie również jest, gdy pion laserowy połączony jest z ramą odniesienia na stałe.

Korzystnie także jest, gdy, po połączeniu pionu laserowego z ramą odniesienia, kartezjańskie układy współrzędnych ramy odniesienia x_ry_rz_r i pionu laserowego x_Py_Pz_p są względem siebie równoległe.

Zastosowany pion laserowy jest elementem pomiarowym, w którym linia pionu pokrywa się z siłą ciężkości, przebiegającą wzdłuż wiązki laserowej emitowanej przez nadajnik laserowy. Wychylenie kątowe wiązki laserowej, przy znanej odległość od zawiesia do ekranu d, od linii pionu, wyznacza się na podstawie pomiaru położenia plamki lasera na ekranie, metodą fotogrametryczną, z użyciem kamery elektronicznej.

Zależność pomiędzy kartezjańskim i układami współrzędnych: ramy odniesienia 3 (x_ry_rz_r) względem kamery elektronicznej 6 (XkykZk) wyznacza się na podstawie wzoru 1, wykorzystując w CRPD 7 odpowiednie oprogramowanie. Formuła ta jest matematycznym zapisem przestrzennej transformacji między dwoma kartezjański mi układami współrzędnych.

K = ^-K + '^ (1)

PL 239 594 Β1 gdzie:

M_r jest to macierz obrotu, opisująca zależność kątową między układem współrzędnych ramy odniesienia (x_ry_rz_r) a układem współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk);

)

Tr to wektor translacji, określający przesunięcie początku układu współrzędnych ramy odniesienia (x_ry_rz_r) od początku układu współrzędnych kamery elektronicznej (XkYkZk);

to wektor określający położenie danego punktu w układzie współrzędnych ramy odniesienia (X_ryrZr);

^k to wektor określający położenie danego punktu w układzie współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk).

Macierz obrotu to macierz kwadratowa, która w euklidesowej przestrzeni 3D ma wymiar 3x3 elementy (wzór 2). Dziewięć współczynników macierzy obrotu są to liczby rzeczywiste, które stanowią związki funkcji trygonometrycznych (sinusów i cosinusów) trzech kątów obrotów (tzw. kątów Eulera, oznaczonych greckimi literami): omega (ca), phi (ył) i kappa (/&), przy czym, w pierwszej kolejności stosuje się obrót układu ramy odniesienia 3 (x_ry_rz_r) o kąt omega (®) wokół osi x_r (oś pierwszego obrotu), następnie o kąt phi (ył) wokół osi y_r (oś drugiego obrotu) i ostatecznie o kąt kappa (/&) wokół osi z_r (oś trzeciego obrotu). Jest to tzw. konwencja co-cp-κ. Kąty ca, cpr, κ określają rotację układu współrzędnych ramy odniesienia 3 (x_ry_rz_r) względem układu współrzędnych kamery 6 (XkykZk).

	mu	miz	m13
m * =	m21	m22	m23
	,m31	m32	m33 .

(2) gdzie:

m 11 — cos cpr cos Kr mi2 = cos ca sin «· + sin ca sin cpr cos κ mi3 = sin ca sin «· - cos ca sin cpr cos κ m2i = - cos ył sin κ m22 = cos ca cos «· - sin ca sin cpr sin κ m23 = sin ca cos «· + cos ca sin cpr sin κ m31 = sin cpr m32 = - sin ca cos cpr m33 = COS ca COS cpr

W zagadnieniu odwrotnym do przedstawionego powyżej, w tzw. konwencji κ-cp-co, określa się zależność kątową, pomiędzy układem współrzędnych kartezjańskich kamery elektronicznej 6 (XkYkZk) względem układu współrzędnych ramy odniesienia 3 (χ_Γγ_Γζ_Γ). Zależność tą opisuje, przy założeniu ortogonalności macierzy obrotu ^r, wzór 3, z którego wynika, że odwrotność macierzy ortogonalnej jest pr równa jej transpozycji. Stąd macierz ⁿk, określająca kątową zależność między układem współrzędnych kamery elektroniczną 6 (XkYkZk) a układem współrzędnych ramy odniesienia 3 (x_ry_rz_r), przedstawia wzór 4.

Μ-¹ = = (Μ^^τ = R^ = R (3) rm_n m₂₁ m₃₁ ί m₁₂ m₂₂ m₃₂ (4) m_i3 m₂₃ m₃₃

T^r

W celu określenia wektora translacji k , który określa przesunięcie początku układu współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkykZk) od początku układu współrzędnych ramy odniesienia 3 (x_ry_rz_r), pr Tk na podstawie znanej macierzy obrotu ⁿk i wektora translacji ¹ r, korzysta się z wzoru 5.

Tl = -«* t* (5)

PL 239 594 Β1

Matematyczny zapis odwrotnej transformacji, czyli transformacji między kartezjańskim układem współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkYkZk) a kartezjańskim układem współrzędnych ramy odniesienia 3 (x_ry_rz_r), przedstawia wzór 6.

T_r = R^r _k-T_k + T^ (6)

Na podstawie macierzy (lub ^k) (wzory 2 i 4) można wyznaczyć kąty obrotów ω_Γ, φ_Γ, κ_Γ (wzór 7). Wynik obliczeń uzyskujemy w radianach, natomiast w celu przeliczenia na stopnie należy przemnożyć wynik przez przelicznik 1807π.

ω_Γ = -atan2(m32,m33) φ_Γ = asin(m3i) (7)

Kr = -atan2(m2i,mii)

Następnie, w analogiczny sposób do przedstawionego powyżej, określa się zależność między kartezjańskim i układami współrzędnych tarczy pomiarowej 4 (xtytZt) i kamery elektronicznej 6 (XkYkZk), ot czyli wyznacza się macierz obrotu k (określającą zależność kątową między układem współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkYkZk) a układem współrzędnych tarczy pomiarowej 4 (xtytZt)) i wektor translacji k (określający przesunięcie początku układu współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkYkZk) od początku układu współrzędnych tarczy pomiarowej 4 (xtytZt)).

Na podstawie zarejestrowanych w czasach to (czas pomiaru wyjściowego) i ti (czas pomiaru aktualnego) obrazów położenia sygnałów odniesienia 11 i sygnałów kontrolowanych 12, wykorzystując

Opr i^r 0 nr Inr oprogramowanie, wyznacza się przesunięcia ( t i ¹t )oraz rotacje ( i ⁿt) między kartezjańskim i układami współrzędnych: tarczy pomiarowej 4 (xtytZt) względem ramy odniesienia 3 (x_ry_rz_r), w jednorodnym kartezjańskim układzie współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkYkZk) (fig. 4 i fig. 5).

Na podstawie obliczonych wartości odpowiednich wektorów translacji i odpowiednich macierzy obrotów wyznacza się wzajemne położenie elementu pomiarowego 1, reprezentowanego przez tarczę pomiarową 4, względem elementu odniesienia 2, reprezentowanego przez ramę odniesienia 3.

W zależności od prognozowanych wielkości przemieszczeń elementów 1 i 2 mierzonego obiektu i wymaganych dokładności pomiarów należy dobrać wielkość urządzenia (w tym ilość i wielkość sygnałów kontrolowanych 12 i sygnałów odniesienia 11) oraz sposób ustawienia kamery elektronicznej 6 i jej parametry techniczne. Należy również pamiętać, że na wyniki pomiarów, wraz ze wzrostem odległości fotografowania, mogą mieć większy wpływ warunki środowiskowe (np. gradient temperatury i wilgotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne, nasłonecznienie, zapylenie czy występujące wibracje), powodując obniżenie dokładności realizowanych pomiarów. Wpływ wymienionych czynników środowiskowych można ograniczyć monitorując dodatkowymi sensorami parametry środowiskowe i atmosfery. Wówczas wyniki z tych sensorów należy uwzględnić, stosując odpowiednie procedury obliczeniowe w CRPD 7, podczas przetwarzania obrazów, zarejestrowanych kamerą elektroniczną 6.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 - przedstawia urządzenie do pomiarów przemieszczeń w rzucie aksonometrycznym, przy braku połączenia ramy odniesienia z wysięgnikiem, fig. 2 - przedstawia urządzenie w rzucie aksonometrycznym, przy połączeniu ramy odniesienia z wysięgnikiem, fig. 3 - przedstawia urządzenie w rzucie aksonometrycznym bez wysięgnika, przy ustawieniu kamery elektronicznej na niezależnym stanowisku obserwacyjnym, którym może być statyw lub słup obserwacyjny, fig. 4 - przedstawia zależność między kartezjańskimi układami współrzędnych: kamery elektronicznej XkYkZk, ramy odniesienia x_ryrZ_r, pionu laserowego ΧρΥρΖρ i tarczy pomiarowej XtytZt w pozycji wyjściowej pomiarowej to, fig. 5 - przedstawia zależność między kartezjańskimi układami współrzędnych: kamery elektronicznej XkYkZk, ramy odniesienia x_ry_rz_r, pionu laserowego x_Py_Pz_p i tarczy pomiarowej XtytZt w pozycji aktualnej pomiarowej ti, natomiast fig. 6 - przedstawia zależność między kartezjańskimi układami współrzędnych: kamery elektronicznej XkYkZk, ramy odniesienia x_ryrZ_r, pionu laserowego x_Py_Pz_p i tarczy pomiarowej XtytZt w kolejnej pozycji pomiarowej w czasie t2, przy pochyleniu: ramy odniesienia, pionu laserowego i kamery elektronicznej oraz tarczy pomiarowej.

Przykład 1. Urządzenie do pomiarów przemieszczeń, jak na fig. 1, składa się z tarczy pomiarowej 4, przytwierdzonej śrubami mocującymi 10 do elementu pomiarowego 1 mierzonego

PL 239 594 B1 obiektu, oraz z ramy odniesienia 3, przytwierdzonej śrubami mocującymi 10 do elementu odniesienia 2 obiektu mierzonego. Do ramy odniesienia 3 przytwierdzony jest śrubami sprzęgającymi 9 pion laserowy 14, posiadający kamerę elektroniczną pionu 15, połączoną przewodem transmisyjnym kamery elektronicznej pionu 16 z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) 7, i wspornik pionu 17. W środku górnej części wspornika pionu 17, z użyciem zawiesia 18, zawieszony jest swobodnie nadajnik laserowy 19, emitujący wzdłuż linii siły ciężkości wiązkę laserową 20, o odległości od zawiesia do ekranu d. W dolnej części wspornika pionu 17 usytuowana jest kamera elektroniczna pionu 15, nad której obiektywem znajduje się ekran 21, na powierzchnię którego pada wiązka laserowa 20, która ma postać plamki laserowej a którą sygnalizuje punkt kontrolny P. Punkt kontrolny P obserwowany jest przez kamerę elektroniczną pionu 15. Rama odniesienia 3 posiada sygnały odniesienia 11 i ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych ramy odniesienia XryrZr. Tarcza pomiarowa 4 posiada sygnały kontrolowane 12 ima zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych tarczy pomiarowej XtytZt. Natomiast pion laserowy 14 ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych pionu laserowego XpypZp. Do elementu odniesienia 2 przymocowany jest wysięgnik 5, do którego przymocowana jest kamera elektroniczna 6 śrubą sprzęgającą 9. Kamera elektroniczna 6, która ma określony swój kartezjański układ współrzędnych XkykZk, połączona jest przewodem transmisyjnym 8 z system centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) 7.

Urządzenie do pomiarów przemieszczeń, wykonane jak w przykładzie 1, przeznaczone jest do określenia prognozowanych przemieszczeń elementów 1 i 2 mierzonego obiektu w zakresie od 0.0 mm do 50.0 mm, z dokładnością pomiarów na poziomie dziesiątych i setnych części milimetra. Rotację elementów mierzonego obiektu wyznacza się na poziomie tysięcznych części stopnia. Wykonane pomiary przemieszczeń odniesione są do linii pionu, realizowanej przez oś Zp kartezjańskiego układu współrzędnych pionu laserowego XpypZp.

Wielkość urządzenia (w tym ilość i wielkość sygnałów kontrolowanych 12 i sygnałów odniesienia 11), jak i sposób ustawienia kamery elektronicznej 6 i jej parametry techniczne dobierane są po przeprowadzonej wnikliwej analizie zaistniałego przypadku. Parametry techniczne kamery elektronicznej 6, w tym wielkość i rozdzielczość matrycy oraz zastosowany obiektyw, powinny być tak dobrane, aby uwzględniały wymiary ramy odniesienia 3 oraz wymiary zastosowanych sygnałów kontrolowanych 12 i sygnałów odniesienia 11.

Natomiast w przypadku kamery elektronicznej pionu 15 należy dobrać i rozdzielczość matrycy oraz zastosowany obiektyw tak aby w sposób optymalny obserwować i rejestrować położenie plamki laserowej: reprezentowanej przez punkt P. Rejestrację obrazów kamerą elektroniczną 6 należy prowadzić przy ustalonych warunkach oświetleniowych.

Sposób pomiaru przemieszczeń:

Przed przystąpieniem do pomiaru przemieszczeń na mierzonym obiekcie montuje się, za pomocą śrub mocujących 10, odpowiednio na elemencie pomiarowym 1 tarczę pomiarową 4. Z kolei na elemencie odniesienia 2 montuje się ramę odniesienia 3, z pionem laserowym 14. Kamerę elektroniczną 6 mocuje się na wysięgniku 5, przy czym wysięgnik 5 jest połączony z elementem odniesienia 2 (fig. 1). Kamerę elektroniczną 6 łączy się przewodem transmisyjnym 8 z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) 7, natomiast tarczę pomiarową 4 umieszcza się tak, aby znalazła się wewnątrz ramy odniesienia 3 oraz, aby płaszczyzny Xy kartezjańskich układów współrzędnych: XryrZr i XtytZt były względem siebie równoległe. Po połączeniu pionu laserowego 14 z ramą odniesienia 3, kartezjańskie układy współrzędnych: ramy odniesienia XryrZr i pionu laserowego XpypZp, również są względem siebie równoległe. Tak przygotowany obiekt i urządzenie pomiarowe nadaje się do realizacji obserwacji cyklicznych, w założonym interwale czasowym, i pozwala określić zachodzące przemieszczenia na mierzonym obiekcie. Wyznaczone przemieszczenia odnoszą się do wzajemnych przemieszczeń elementów: pomiarowego 1 i odniesienia 2.

Przed rozpoczęciem właściwych pomiarów urządzenie według wynalazku kalibruje się. W przypadku ramy odniesienia 3 określa się położenie sygnałów odniesienia 11 w kartezjańskim układzie współrzędnych XryrZr ramy odniesienia 3. Dla tarczy pomiarowej 4 wyznacza się położenie sygnałów kontrolowanych 12 w kartezjańskim układzie współrzędnych XtytZt tarczy pomiarowej 4, a w przypadku pionu laserowego 14 określa się kierunki i wartości wychyleń kątowych linii pionu reprezentowanej przez wiązkę laserową 20, o znanej odległości od zawiesia do ekranu d, na podstawie pomiaru położenia plamki laserowej (punktu kontrolnego P), metodą fotogrametryczną, z użyciem kamery elektronicznej pionu 15, w kartezjańskim układzie współrzędnych pionu laserowego XpypZp.

PL 239 594 Β1

Dla kamery elektronicznej 6 i kamery elektronicznej pionu 15 wyznacza się elementy orientacji wewnętrznej wraz z parametrami dystorsji układu optycznego, stosując znane fotogrametryczne procedury. Dla pionu laserowego 14 określa się położenie zerowe układu współrzędnych pionu laserowego ΧρΥρΖρ, w którym pochylenie kątowe osi z_p wynosi 0°. Tarczę pomiarową 4 i ramę odniesienia 3 sytuuje się w dobranym zakresie głębi ostrości kamery elektronicznej 6, przy zadanej odległości fotografowania.

Podczas pomiaru wyjściowego w czasie to (fig. 4), a następnie pomiaru aktualnego w czasie ti (fig. 5), rejestruje się kamerą elektroniczną 6 obrazy: ramy odniesienia 3 z sygnałami odniesienia 11 i tarczy pomiarowej 4 z sygnałami kontrolowanymi 12, oraz kamerą elektroniczną pionu 15 obrazy położenia plamki laserowej (punktu kontrolnego P), (fig. 1).

W przypadku wystąpienia niedostatecznego natężenia oświetlenia, podczas fotografowania ramy odniesienia 3 i tarczy pomiarowej 4, wprowadza się w danym okresie pomiarowym to lub ti dodatkowe oświetlenie wspomnianych elementów urządzenia.

Zarejestrowane kamerą elektroniczną 6 obrazy przesyła się do systemu CRPD 7, gdzie następuje ich przetwarzanie i archiwizacja.

Przykładowy pomiar realizuje się przy następujących założeniach:

• kamera elektroniczna 6, wyposażona jest w obiektyw o stałej kamery 50.00 mm;

• rama odniesienia 3 jest prostokątna i ma wymiary 300 mm na 200 mm;

• tarcza pomiarowa 4 jest również prostokątna i ma wymiary 120 mm na 140 mm;

• odległość kamery elektronicznej 6 od ramy odniesienia 3 (yk) wynosi 200.00 mm;

• podczas pomiaru wyjściowego (w czasie to) odpowiednie osie kartezjańskich układów współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) i ramy odniesienia (x_ry_rz_r) są względem siebie θ nr r ównoległe, czyli macierz obrotu ⁿt (macierz opisująca zależność kątową między układem współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) a układem współrzędnych ramy odniesienia (x_ry_rz_r)) jest macierzą jednostkową;

• oś yk kartezjańskiego układu współrzędnych kamery elektronicznej 6 jest zwrócona w przybliżeniu prostopadle i centralnie do ramy odniesienia 4 - wartości kątów ak, qk, ά (określające rotację układu współrzędnych kamery elektronicznej XkykZk w kartezjańskim układzie współrzędnych ramy odniesienia (x_ry_rz_r)) oblicza się na etapie pomiaru wyjściowego (w czasie to) i pomiaru aktualnego (w czasie ti).

Na podstawie zarejestrowanych w czasie to obrazów sygnałów odniesienia 11 i sygnałów kontrolowanych 12 oblicza się wartości (fig. 4): wektorów translacji: ¹ r (wektor przesunięcia początku układu współrzędnych ramy odniesienia (x_ry_rz_r) od początku układu współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk)),( ‘r = [-145.00; -200.00; -95.00]) i * (wektor określający przesunięcie początku układu współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk) od początku układu współrzędnych tarczy pomiarowej (x_ty_tzt)) ( =[118.07;-219.13; 62.03]).

nr

Oblicza się również macierze obrotów: ⁿk (macierz opisująca zależność kątową między układem współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk) a układem współrzędnych ramy odniesienia (x_ryrZ_r)) Ont i k (macierz opisująca zależność kątową między układem współrzędnych kamery elektronicznej (XkYkZk) a układem współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt)).

Onr _ “k ~	0.9999 0.0120 -0.0072	-0.0120 0.9999 0.0096	0.0073 -0.0095 0.9999.
	’ 0.9999	-0.0120	0.0073'
Ont _ “k —	0.0120	0.9999	-0.0095
	-0.0072	0.0096	0.9999.

o nr

Na podstawie macierzy ⁿk wyznacza się (wzór 7) wartości kątów: ak, qk, ja, określające rotację układu współrzędnych kamery elektronicznej XkYkZk względem układu współrzędnych ramy odniesienia

Onr Ont (x_ry_rz_r) (ak = 0.544°, qk = 0.421°, Kk =0.685°). Ponieważ obie macierze obrotów ⁿk i ⁿk są sobie równe, więc kąty obrotów: ca, φι, w (określające rotację układu współrzędnych tarczy pomiarowej XtytZt

PL 239 594 Β1 w układzie współrzędnych ramy odniesienia (x_ryrZ_r)) wynoszą ca = 0.000°, <pt = 0.000°, w = 0.000°. Świadczy to, że odpowiednie osie układów współrzędnych XkykZk i x_ryrZ_r są wzajemnie równoległe.

Stosując wzór nr 5 oblicza się wektor ^ł k (przesunięcie początku układu kamery elektronicznej (XkykZk) od początku układu ramy odniesienia (x_ry_rz_r)):

^οΤζ - - * °τξ - [148.07; -199.13; 92.03],

Na podstawie wyników obliczeń można wyznaczyć składowe wektora ¹1 (określające przesunięcie początku układu współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) od początku układu współrzędnych ramy odniesienia (x_ry_rz_r)):

= [30.00; 20.00; 30.00],

Otrzymane wyniki obliczeń potwierdziły przyjęte założenia odnośnie położenia ramy odniesienia 3, tarczy pomiarowej 4, kamery elektronicznej 6 i pionu laserowego 14 w czasie to.

W określonym cyklu pomiarowym (w czasie pomiaru aktualnego t-ι) na zarejestrowanych obra1 ψΓ 1 τΤ lyt lyt zach podobnie oblicza się (fig. 5) wartości wektorów ^łk( ¹ k [148.07; -199.13; 92.03]) i *k( ¹k = Inr ipt

[113.52; -222.36; 60.95]) oraz macierze obrotów: i k, na podstawie których wyznacza się prze17?

sunięcie tarczy pomiarowej 4 względem ramy odniesienia 3 ( ^J t = [31.12; 21.98; 33.06], oraz macierz 1 nr obrotu “t (macierz opisująca zależność kątową między układem współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) a układem współrzędnych ramy odniesienia (x_ryrZ_r)).

’ 0.9999 -0.0131

0.0131 0.9999

-0.0087 0.0045

0.0087'

-0.0044

1.0000 nr

Na podstawie macierzy “t wyznacza się (wzór 7) kąty obrotu ca, cpi, w (określające rotację w czasie ti układu współrzędnych tarczy pomiarowej XtytZt w układzie współrzędnych ramy odniesienia ΙγΤ (x_ry_rz_r): ca = 0.250°, cpi = 0.500°, w = 0.750°). Obliczone wartości składowych wektora ^J t i kąty obrotu ca, φι, ία w czasie ti są zgodne z założonymi wartościami, przyjętymi w tym przykładzie obliczeniowym.

W następnym kroku określa się wychylenie mierzonego obiektu względem linii pionu, realizowanej przez oś z_p, kartezjańskiego układu współrzędnych x_Py_Pz_p pionu laserowego 14. W tym celu analizuje się wyniki pomiarów fotogrametrycznych, określających położenia plamki laserowej (punktu kontrolnego P) na obrazach zarejestrowanych kamerą elektroniczną pionu 15. Jeżeli wyniki pomiarów wychyleń pionu laserowego 14 są w czasie pomiaru aktualnego ti takie same jak w czasie pomiaru wyjInPo ściowego to, na poziomie dokładności pomiarów tego urządzenia, wówczas macierz P jest macierzą jednostkową i pion laserowy 14 wykazuje stałość położenia ramy odniesienia 3 (jednocześnie elementu odniesienia 2), w czasie pomiaru aktualnego ti (fig. 5). W tym przypadku, wyznaczone przemieszczenie względne tarczy pomiarowej 4 względem ramy odniesienia 3 odnoszą się do linii pionu, zrealizowanej przez pion laserowy 14 (fig. 5).

Przykład 2. Urządzenie do pomiarów przemieszczeń, jak na fig. 2, składa się z tarczy pomiarowej 4, przytwierdzonej śrubami mocującymi 10 do elementu pomiarowego 1 mierzonego obiektu, oraz ramy odniesienia 3, przytwierdzonej śrubami mocującymi 10 do elementu odniesienia 2 obiektu mierzonego. Z kolei do ramy odniesienia 3 przytwierdzony jest śrubami sprzęgającymi 9 pion laserowy 14 i przymocowany jest na stałe wysięgnik 5. Tarcza pomiarowa 4 posiada sygnały kontrolowane 12 i ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych tarczy pomiarowej XtytZt. Natomiast rama odniesienia 3 posiada sygnały odniesienia 11 i ma określony kartezjański układ współrzędnych ramy odniesienia x_ryrZ_r, a pion laserowy 14 ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych pionu laserowego x_Py_Pz_p. Dodatkowo do wysięgnika 5 przymocowana jest kamera elektroniczna 6 śrubą sprzęgającą 9. Kamera elektroniczna 6 ma zdefiniowany swój kartezjański układ współrzędnych XkykZk i połączona jest przewodem transmisyjnym 8 z system centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) 7.

Urządzenie do pomiaru przemieszczeń, wykonane jak w przykładzie 2, przeznaczone jest do pomiarów prognozowanych przemieszczeń elementów 1 i 2 mierzonego obiektu w zakresie od 0.00 mm

PL 239 594 Β1 do 10.00 mm z dokładnością pomiarów na poziomie ±0.01 mm. Rotację elementów mierzonego obiektu wyznacza się na poziomie tysięcznych części stopnia. Wykonane pomiary przemieszczeń odniesione są do kartezjańskiego układu współrzędnych pionu laserowego x_PypZ_p.

W tym przykładzie wykonania wpływ warunków środowiskowych jest ograniczony do minimum. Wielkość urządzenia (w tym ilość i wielkość sygnałów kontrolowanych 12 i sygnałów odniesienia 11, jak i sposób ustawienia kamery elektronicznej 6 i jej parametry techniczne, dobierane są po przeprowadzonej wnikliwej analizie zaistniałego przypadku. Parametry techniczne kamery elektronicznej 6, w tym wielkość i rozdzielczość matrycy oraz zastosowany obiektyw, powinny być tak dobrane, aby uwzględniały wymiary ramy odniesienia 3 oraz wymiary zastosowanych sygnałów kontrolowanych 12, sygnałów odniesienia 11. Rejestrację obrazów kamerą elektroniczną 6 należy prowadzić przy ustalonych warunkach oświetleniowych.

Natomiast w przypadku kamery elektronicznej pionu 15 należy dobrać i rozdzielczość matrycy oraz zastosowany obiektyw tak aby w sposób optymalny obserwować i rejestrować położenie plamki laserowej reprezentowanej przez punkt P. Rejestrację obrazów kamerą elektroniczną 6 należy prowadzić przy ustalonych warunkach oświetleniowych.

Pomiaru dokonuje się jak w przykładzie 1, przy czym wysięgnik 5 przymocowany jest na stałe do ramy odniesienia 3 (fig. 2). Dalej postępuje się jak w przykładzie 1.

Przykład 3. Układ jak w przykładzie 1, z tym, że pokazane na fig. 3, gdzie kamera elektroniczna 6 umieszczona jest na niezależnym stanowisku obserwacyjnym 13, niezwiązanym z mierzonym obiektem.

Urządzenie do pomiaru przemieszczeń, wykonane jak w przykładzie 3, przeznaczone jest do pomiarów prognozowanych przemieszczeń elementów 1 i 2 mierzonego obiektu w zakresie od 0 mm do 200 mm z dokładnością pomiarów w zakresie od setnych części milimetra do kilku milimetrów. Uzyskana dokładność uwarunkowana jest parametrami technicznymi sprzętu pomiarowego i odległością fotografowania. W tym przykładzie wykonania, przy znacznych odległościach fotografowania, należy bezwzględnie uwzględnić wpływ warunków środowiskowych na wyniki pomiarów stosując odpowiednie procedury obliczeniowe w CRPD 7.

Sposób pomiaru przemieszczeń:

Pomiaru dokonuje się jak w przykładzie 1, czyli względne przemieszczenie tarczy pomiarowej 4 2pr _ 1 pr w odniesieniu do ramy odniesienia 3 w czasie t₂ jest takie same jak w czasie ti ( ⁿt ⁿt), z tym, że kamera elektroniczna 6 umieszczona jest na stanowisku obserwacyjnym 13, niezwiązanym z mierzonym obiektem (fig. 3) oraz element odniesienia 2 jak i stanowisko obserwacyjne 13 doznały przemieszczeń w stosunku do elementu pomiarowego 1.

Podczas pomiaru wyjściowego w czasie to (fig. 4), a następnie pomiaru aktualnego w czasie t₂ (fig. 6), rejestruje się kamerą elektroniczną 6 obrazy: ramy odniesienia 3 (z sygnałami odniesienia 11) i tarczy pomiarowej 4 (z sygnałami kontrolowanymi 12) oraz kamerą elektroniczną pionu 15 obrazy położenia plamki laserowej (punktu kontrolnego P) (fig. 3). Jeżeli element odniesienia 2, reprezentowany przez ramę odniesienia 3, doznał przemieszczenia, wówczas występują istotne różnice w wynikach pomiarów fotogrametrycznych na obrazach zarejestrowanych kamerą elektroniczną pionu 15, przekraczające założone wartości dopuszczalne (fig. 6, czas kolejnego pomiaru t₂).

W przykładzie obliczeniowym przyjęto, że na podstawie wyników pomiarów fotogrametrycznych na obrazach zarejestrowanych kamerą elektroniczną pionu 15 obliczone kąty obrotu pionu laserowego 14 wynoszą odpowiednio: «ψ = -0.2565°, = -0.4967° i przy założeniu, że po kalibracji osie współrzędnych x_py_p pionu laserowego 14 są równoległe zosiami współrzędnych x_ry_r ramy odniesienia 3, wówczas 2 pPo kąt Kp = 0.000°. Wtedy macierz obrotu ^Λί , określająca położenie pionu laserowego 14 w czasie t₂, 2 pPo oraz macierz ^Λ*· , określająca położenie ramy odniesienia 3 względem linii pionu, są sobie równe i wynoszą:

2pPo _ 2_pPo _

1.0000

0.0000 .0.0087

0.0000

1.0000

-0.0045

-0.0087

0.0045

1.0000

Na podstawie znanych w literaturze wzorów przeprowadza się obliczenia położenia tarczy po2 „Po miarowej 4 względem linii pionu, a macierz obrotu ^Λί ma wartość:

PL 239 594 Β1

0.9999

0.0131 .-0.0001

-0.0131

0.9999

-0.0001

0.0001’

0.0001

1.0000.

οΡο

Kąty obrotu tarczy pomiarowej 4 względem linii pionu, otrzymane z macierzy ^Λί (wzór 7), przyjmują odpowiednio wartości: ca = -0.0065°, cpi = 0.0033°i w = 0.7522°. Kąty obrotu ramy odniesienia 2 pPo względem linii pionu, otrzymane z macierzy (wzór 7), przyjmują wartości: ca = -0.2565°, <pr = 0.4967°i Kr = 0.0000°. Wektor przesunięcia tarczy pomiarowej 4 w stosunku do ramy odniesienia 3 Pyr ( ¹1), wyznaczony w kartezjańskim układzie współrzędnych χ_Ργ_Ρζ_ρ pionu laserowego 14, czyli odnie-

siony do linii pionu, wynosi:

p7f = [30.83; 22.13; 33.23]

Otrzymane wyniki obliczeń potwierdziły przyjęte założenia odnośnie położenia ramy odniesienia 3, tarczy pomiarowej 4, kamery elektronicznej 6 i pionu laserowego 14 w czasie t2. Cały tok obliczeń przeprowadza się w systemie CRPD 7, stosując odpowiednie algorytmy.

Wykaz oznaczeń:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21	- element pomiarowy - element odniesienia - rama odniesienia - tarcza pomiarowa - wysięgnik - kamera elektroniczna - system centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) - przewód transmisyjny kamery - śruba sprzęgająca - śruba mocująca - sygnał odniesienia - sygnał kontrolowany - stanowisko obserwacyjne - pion laserowy - kamera elektroniczna pionu - przewód transmisyjny kamery pionu - wspornik pionu - zawiesie - nadajnik laserowy - wiązka laserowa - ekran
P d to tl t2	- punkt kontrolny - odległość od zawiesia do ekranu - czas pomiaru wyjściowego - czas pomiaru aktualnego, przy stałości elementu odniesienia - czas kolejnego pomiaru aktualnego, przy pochyleniu elementu odniesienia
XrYrZr XtYtZt XkYkZk ΧρΥρΖρ ca, C()r, Kr	- kartezjański układ współrzędnych ramy odniesienia - kartezjański układ współrzędnych tarczy pomiarowej - kartezjański układ współrzędnych kamery elektronicznej - kartezjański układ współrzędnych pionu laserowego - trzy kąty Euler’a, określające rotację układu współrzędnych ramy odniesienia xryrZr
ca, φι, w	- trzy kąty Euler’a, określające rotację układu współrzędnych tarczy pomiarowej XtytZt

PL 239 594 Β1

όφ, φρ, TCp	- trzy kąty Euler’a, określające rotację układu współrzędnych pionu laserowego χΡγΡζρ
Gk, φκ., Μ	- trzy kąty Euler’a, określające rotację układu współrzędnych kamery
°Λ[, Ή, 2Rr t	elektronicznej XkYkZk - macierze obrotu, opisujące zależność kątową między układem współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) a układem współrzędnych ramy odniesienia (χΓγΓζΓ), odpowiednio podczas pomiaru: wyjścio-
Oyr l^r Ζγ’Γ	wego w czasie to, aktualnego w czasie ti, aktualnego w czasie t2 - wektory translacji, określające przesunięcie początku układu współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) od początku układu współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr), odpowiednio podczas pomiaru: wyjściowego w czasie to, aktualnego w czasie ti, aktualnego w czaeio
θρί 2nt Kk’ Kk' Kk	olU 12 - macierze obrotu, opisujące zależność kątową między układem współrzędnych kamery elektronicznej (XkYkZk) a układem współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt), odpowiednio podczas pomiaru: wyjściowego w czasie to, aktualnego w czasie ti, aktualnego w czac io ł«
0>rt l-pt Zft 1 k’ 1 k’ 1 k	olc 12 - wektory translacji, określające przesunięcie początku układu współrzędnych kamery elektronicznej (XkYkZk) od początku układu współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt), odpowiednio podczas pomiaru: wyjściowego w czasie to, aktualnego w czasie ti, aktualnego w czaeio
Onr 1Dr 2Dr Kk’ Kk’ Kk	olU 12 - macierze obrotu, opisujące zależność kątową między układem współrzędnych kamery elektronicznej (XkYkZk) a układem współrzędnych ramy odniesienia (χΓγΓζΓ), odpowiednio podczas pomiaru: wyjściowego w czasie to, aktualnego w czasie ti, aktualnego w czaeio
Oyr ΐψτ ϊγτ 1 k’ 1 k’ lk	olU 12 - wektory translacji, określające przesunięcie początku układu współrzędnych kamery elektronicznej (XkYkZk) od początku układu współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr), odpowiednio podczas pomiaru: wyjściowego w czasie to, aktualnego w czasie ti, aktualnego w czaeio
OnP IpP 2nP Kk’ Kk’ Kk	olc 12 - macierze obrotu, opisujące zależność kątową między układem współrzędnych kamery elektronicznej (XkYkZk) a układem współrzędnych pionu laserowego (xpypzp), odpowiednio podczas pomiaru: wyjściowego w czasie to, aktualnego w czasie ti, aktualnego w czasie t2
OnP InP 2nP Hr, Hr, iir	- macierze obrotu, opisujące zależność kątową między układem współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr) a układem współrzędnych pionu laserowego (xpypzp), odpowiednio podczas pomiaru: wyjściowego w czasie to, aktualnego w czasie ti, aktualnego w czasie t2
OnPo InPo 2 „Po Kp , Kp > Kp	- macierz obrotu, opisująca zależność kątową układu współrzędnych pionu laserowego (xpypzp) względem linii pionu, odpowiednio podczas pomiaru: wyjściowego w czasie to, aktualnego w czasie t-ι, aktualnego w czasie t2
2Rp0	- macierz obrotu, określająca zależność kątową układu współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) względem linii pionu
2^ Ργτ 1 t	- macierz obrotu, określająca zależność kątową układu współrzędnych ramy odniesienia (χΓγΓζΓ) względem linii pionu - wektor translacji, określający przesunięcie początku układu współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) w stosunku do początku układu współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr), wyznaczony w kartezjańskim układzie współrzędnych pionu laserowego xPyPzp, czyli odniesiony do linii pionu

PL 239 594 B1

Zastrzeżenia patentowe

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do pomiarów przemieszczeń, zawierające kamerę elektroniczną, połączoną z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) i pion oraz fotopunkty rejestrowane na obrazach, znamienne tym, że zawiera ramę odniesienia (3), z naniesionym i co najmniej czterema sygnałami odniesienia (11), które są osadzone w jednej płaszczyźnie XrZr, w lokalnym kartezjańskim układzie współrzędnych XryrZr, przy czym, jeśli liczba sygnałów odniesienia (11) wynosi m, to liczba sygnałów odniesienia (11), które nie mogą leżeć na jednej prostej, wynosi m-1, oraz zawiera tarczę pomiarową (4), z co najmniej czterema sygnałami kontrolowanymi (12), które są osadzone w jednej płaszczyźnie XtZt, w lokalnym kartezjańskim układzie współrzędnych XtytZt, przy czym, jeśli liczba sygnałów kontrolowanych (12) wynosi k, to liczba sygnałów kontrolowanych (12), które nie mogą leżeć na jednej prostej, wynosi k-1, ponadto kamera elektroniczna (6) ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych XkykZk i połączona jest z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (7) oraz zwrócona jest obiektywem w stronę ramy odniesienia (3) i tarczy pomiarowej (4), ponadto do ramy odniesienia (3) przytwierdzony jest pion laserowy (14), który ma w dolnej części kamerę elektroniczną pionu (15), połączoną z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) (7) oraz wspornik pionu (17), który w środku górnej, części ma z użyciem zawiesia (18), zawieszony swobodnie nadajnik laserowy (19), emitujący wzdłuż linii siły ciężkości wiązkę laserową (20), która na ekranie (21), znajdującym się w znanej odległości d od zawiesia (18), ma postać plamki laserowej, sygnalizowanej przez punkt kontrolny P, przy czym pion laserowy (14) ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych XpypZp.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że system centralnej rejestracji i przetwarzania danych (7) jest przenośnym mikrokomputerem.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że sygnały odniesienia (11) mają postać kwadratów.