СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ ПЛОСКОСТНОСТИ
METHOD TO MEASURE DEVIATIONS FROM PLANARITY

Изобретение относится к технике проведения измерений и определения отклонений от плоскостности плоских поверхностей поверочных, монтажных и разметочных плит, элементов технологического оборудования и устройств, требующих обеспечения плоскостности или горизонтальности установки. Изобретение может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности химической и нефтегазовой.
Известен способ измерения отклонений поверхностей плит от плоскостности, в котором в качестве измерительного устройства, состоящего из излучающего и принимающего приборов, используют автоколлиматор и плоское зеркало, входящее в его комплект. Автоколлиматор в данном способе устанавливают на жесткую опору, обеспечивающую стабильность углового положения его оптической оси, ось направляют вдоль проверяемого сечения базовой плоскости. Зеркало, установленное на измерительной каретке, устанавливают на проверяемом сечении базовой плоскости и настраивают по оптической оси коллиматора. В процессе измерений зеркало перемещают вдоль проверяемого сечения базовой плоскости в сторону автоколлиматора. Базовой плоскостью является рабочая поверхность проверяемой плиты, предварительно установленная в горизонтальное положение по брусковому уровню, располагаемому в центре плиты. Отклонения от плоскостности фиксируются по отклонению зеркала от оптической оси в точках замера. Посредством коллиматора определяют угол отклонения отраженного зеркалом луча в точках замера базовой плоскости. Полученные результаты, выраженные в угловых величинах, переводят в линейные. Вначале измерения проводят вдоль диагоналей плиты и путем математических вычислений задают вспомогательную плоскость. Затем проводят измерения по периметру, вдоль поперечных и продольных сечений, и также путем расчетов определяют отклонения от теоретически заданной вспомогательной плоскости в точках замера. При этом на каждое новое сечение плиты переустанавливают все измерительное устройство (автоколлиматор вместе с опорой) и вновь его настраивают («Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Плиты поверочные и разметочные. Методика поверки. МИ 2007-89», Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, Москва, 1990 г., п.3.6.7, с.9 и п.4.5, с.15-17).
Недостатками известного способа являются недостаточная точность установки плиты в горизонтальное положение по брусковому уровню, построение вспомогательной плоскости математическим путем по ничем не связанным друг с другом измерениям в точках нивелирования диагоналей при наличии не идентичных перенастроек измерительного устройства и отклонений от плоскостности в точках измерения диагоналей плиты, а также необходимость перестановки измерительного устройства вдоль каждого нового сечения плиты и новой перенастройки излучающего и принимающего приборов, никак не связанной с предыдущими настройками, необходимость проведения большого количества измерений, получение результатов измерений в угловых величинах и необходимость проведения большого количества вычислений (для перевода угловых величин в линейные, для построения вспомогательной плоскости и для определения отклонений промежуточных точек поверхности плиты уже от вспомогательной плоскости).
Наиболее близким является способ измерения отклонений поверхности плит от плоскостности, включающий установку рабочей поверхности плиты, служащей базовой плоскостью, в горизонтальное положение, установку измерительного устройства путем установки излучающего прибора измерительного устройства на отдельную жесткую опору, а принимающего прибора измерительного устройства на измеряемую базовую плоскость, настройку принимающего прибора по оптической оси излучающего прибора, задание вспомогательной плоскости, проведение последующих перемещений принимающего прибора вдоль поверхностных сечений базовой плоскости по точкам нивелирования, и получение в этих точках показаний отклонения рабочей поверхности плиты от уровня вспомогательной плоскости, причем посредством измерительного устройства, излучающий прибор которого установлен стационарно и излучает горизонтально установленный коллимированный лазерный луч, а принимающий прибор содержит оптический целевой знак с перекрестьем, скрепленный с нониусом, установленным на вертикальной линейной измерительной шкале с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, вначале задают реальную горизонтально расположенную вспомогательную плоскость, создаваемую лазерным лучом при его повороте, и фиксируют уровень ее расположения по показаниям линейной шкалы и нониуса, полученным при настройке принимающего прибора по оптической оси излучающего прибора путем совмещения центра перекрестья оптического целевого знака с центральной точкой коллимированного лазерного луча, принимая полученные при этом показания линейной шкалы и нониуса за нулевую отметку для последующих настроек и измерений, затем перемещая принимающий прибор без его перенастройки еще как минимум в две наиболее удаленные друг от друга точки рабочей поверхности плиты и совмещая путем вертикальной регулировки уровня расположения плиты в каждой из этих точек центр перекрестья оптического целевого знака - принимающего прибора с центральной точкой коллимированного лазерного луча излучающего прибора, устанавливают рабочую поверхность плиты параллельно горизонту и параллельно вспомогательной плоскости, а измерения отклонений от плоскостности проводят в полученной взаимоувязанной системе двух реальных параллельных плоскостей без перенастройки измерительного устройства путем перемещения в нивелировочные точки сечений плиты только принимающего прибора и определения вертикальных отклонений центра перекрестья целевого знака в ту или иную сторону от уровня вспомогательной плоскости по линейной шкале и нониусу принимающего прибора (патент RU 2362119, МПК G01B 11/30, опубл. 20.07.2009).
Недостатками способа являются недостаточная точность измерений, связанная с субъективной погрешностью при визуальном определении центра коллимированного луча и совмещении его с перекрестьем целевого знака, погрешностью при считывании показаний отклонений по нониусу, а также с погрешностью, которая может быть вызвана сейсмическими колебаниями или вибрацией от технологического оборудования и строительной техники, работающих вблизи зоны измерений, поскольку излучающий прибор установлен на отдельной по отношению к измеряемой плите и виброзащищенной опоре, невысокая оперативность, обусловленная повторением операций совмещения перекрестья целевого знака с центральной точкой коллимированного луча лазера по двум, взаимно перпендикулярным направлениям, при каждом замере в точках нивелирования и необходимостью как минимум в трех точках регулировать домкратами плиту по высоте, при ее установке в горизонтальное положение, так как излучающий прибор установлен на отдельной опоре.
Задачей данного изобретения является повышение точности, оперативности и объективности замеров отклонений от плоскостности, вывод результатов замеров с записью и хранением в электронном виде, в цифровой форме и упрощение способа измерений.
Техническим результатом является повышение точности измерения отклонений поверхности плит от плоскостности и упрощение измерений.
Технический результат достигается тем, что способ измерения отклонений поверхности плит от плоскостности включает установку излучающего и принимающего приборов измерительного устройства и настройку принимающего прибора, установку рабочей поверхности плиты, служащей базовой плоскостью, параллельно горизонту и параллельно вспомогательной плоскости путем перемещения принимающего прибора без его перенастройки в две, наиболее удаленные друг от друга точки рабочей поверхности плиты, проведение последовательных перемещений в нивелировочные точки плиты принимающего прибора и определение в этих точках отклонений рабочей поверхности плиты от плоскостности, при этом излучающий прибор, в качестве которого используют ротационный лазерный нивелир, создающий вспомогательную видимую плоскость, образованную при вращении в горизонтальной плоскости лазерного луча нивелира, и принимающий прибор, в качестве которого используют приемник лазерного излучения с цифровой индикацией значений отклонений, устанавливают на рабочую поверхность плиты, предварительно однократно настроив принимающий прибор на эталонной горизонтальной плите, перемещая его в вертикальном направлении до совмещения нулевой метки на фотоприемнике со вспомогательной видимой плоскостью излучающего прибора, а отклонение рабочей поверхности плиты от плоскостности определяется расстоянием между вспомогательной видимой плоскостью и нулевой меткой на фотоприемнике принимающего прибора.
Существенным отличием от прототипа является установка излучающего и принимающего приборов измерительного устройства на рабочей поверхности проверяемой плиты, превращая измерительное устройство и измеряемую плиту в единую систему, измерительная цепь которой не подвержена влиянию внешних факторов, таких как сейсмические колебания, вибрация от технологического оборудования и строительной техники, работающих вблизи зоны измерений, повышающая точность и надежность замеров, при этом установка излучающего устройства на самой измеряемой плите позволяет ограничить количество домкратных механизмов до двух, при установке рабочей поверхности плиты параллельно горизонту и параллельно вспомогательной плоскости путем перемещения принимающего прибора без его перенастройки в две, наиболее удаленные друг от друга точки рабочей поверхности плиты, повысить оперативность за счет исключения соответствующих операций. Настройка принимающего прибора осуществляется однократно, до проведения измерений, на эталонной горизонтальной плите так, что при этом расстояние от вспомогательной видимой плоскости до базовой плоскости в точке установки излучающего прибора станет равным расстоянию от нулевой метки на фотоприемнике принимающего прибора до его опорной пяты, и когда нулевая метка фотоприемника становится точкой отсчета отклонений от плоскостности, а на дисплее принимающего прибора высветятся нулевые показания и он издаст звуковой сигнал. Фиксация настройки по нулевым показаниям принимающего прибора в цифровой форме, сопровождаемым звуковым сигналом, исключает субъективную погрешность визуальной настройки. Однажды настроенный принимающий прибор может в последующем использоваться для измерения других плит или объектов, что снижает потери времени на подготовительные операции, повышает оперативность способа. Использование вспомогательной видимой плоскости, образованной при вращении в горизонтальной плоскости лазерного луча нивелира, позволяет повысить оперативность при выполнении каждого из замеров отклонений поверхности измеряемой плиты от плоскостности. Принимающий прибор приемника лазерного излучения с цифровой индикацией значений отклонений и снабженный стойкой с микролифтом с возможностью его вертикального перемещения позволяет при настройке выполнить точное совмещение нулевой метки фотоприемника принимающего прибора со вспомогательной видимой плоскостью по звуковому сигналу. Измерение отклонений рабочей поверхности плиты от плоскостности, соответствующее расстоянию от вспомогательной видимой плоскости до нулевой метки фотоприемника принимающего прибора, сводится к перемещению его в нивелировочные точки плиты и считывания с цифрового дисплея принимающего прибора показаний отклонения. Представление результатов замеров на принимающем приборе в цифровой форме уменьшает субъективную погрешность замеров, повышает оперативность и объективность измерений, способствует упрощению способа и позволяет осуществить вывод результатов замеров с их записью и хранением в электронном виде.
Предлагаемый способ поясняется схемой, представленной на фиг.1, и видом принимающего прибора измерительного устройства, представленным на фиг.2.
Способ осуществляется следующим образом: устанавливают на рабочую поверхность 1 проверяемой плиты 2 измерительное устройство, состоящее из излучающего прибора 3, в качестве которого используют ротационный лазерный нивелир, создающий вспомогательную видимую плоскость 4, образованную при вращении в горизонтальной плоскости лазерного луча нивелира, и принимающий прибор 5, в качестве которого используют приемник лазерного излучения с цифровой индикацией значений отклонений и снабженный стойкой 6 с микролифтом 7 с возможностью его вертикального перемещения.
Однократно, до проведения измерений, выполняют настройку принимающего прибора 5 на эталонной горизонтальной плите, перемещая микролифтом 7 вверх или вниз принимающий прибор 5, совмещают нулевую метку 8 его фотоприемника 9 со вспомогательной видимой плоскостью 4 излучающего прибора 3, таким образом, что расстояние от вспомогательной видимой плоскости 4 до базовой плоскости 10, в точке установки излучающего прибора, станет равным расстоянию от нулевой метки 8 на фотоприемнике 9 принимающего прибора 5 до его опорной пяты 11, при которой нулевая метка 8 становится точкой отсчета отклонений от плоскостности, а на дисплее 12 принимающего прибора 5 высветятся нулевые показания и он издаст звуковой сигнал.
После установки измерительного устройства на рабочую поверхность 1 проверяемой плиты 2, при помощи домкратных механизмов (на фигуре не показаны), она, в точке рабочей плиты под принимающим прибором 5, удаленным от излучающего прибора 3, поднимается или опускается до тех пор, пока нулевая метка 8 на его фотоприемнике 9 не совместится со вспомогательной видимой плоскостью 4 излучающего прибора 3, на дисплее принимающего прибора 5 высветятся нулевые показания и прозвучит звуковой сигнал. Затем принимающий прибор 5 перемещают еще в одну точку рабочей плиты 2, удаленную от излучающего прибора 3 и предшествующей точки установки принимающего прибора 5, и так же совмещают нулевую метку 8 фотоприемника 9 со вспомогательной видимой плоскостью 4 излучающего прибора 3. Таким образом устанавливают рабочую поверхность 1 проверяемой плиты 2 параллельно горизонту и параллельно вспомогательной плоскости 4. Установленная таким образом, параллельно вспомогательной плоскости 4, рабочая поверхность 1 плиты служит базовой плоскостью 10 для проведения измерений отклонений от плоскостности.
После настройки измерительного устройства и установки базовой плоскости 10 приступают к измерениям отклонений рабочей поверхности плиты 1 от плоскостности. Для этого принимающий прибор 5 последовательно устанавливают в точки замера (нивелирования) и с цифрового дисплея 12 принимающего прибора 5 считывают показания отклонений рабочей поверхности плиты 1 от плоскостности, определяемые расстоянием - Х (фиг.2) между вспомогательной видимой плоскостью 4 и нулевой меткой 8 на фотоприемнике 9 принимающего прибора 5, с учетом высвечивающегося на дисплее 12 знака отклонения.
Апробация данного способа измерения отклонений от плоскостности с помощью измерительного устройства, состоящего из ротационного лазерного нивелира HV 401 с пультом дистанционного управления и приемника лазерного излучения с цифровой индикацией значений отклонений HL 700, снабженного стойкой с микролифтом, выполнена в Волгоградском Государственном техническом университете. Предлагаемый способ измерения отклонений от плоскостности позволяет обеспечить погрешность измерений, не превышающую - 0,12 мм на измерительной базе 10000 мм, вдвое, по сравнению с прототипом, сократить время, необходимое на производство измерений, повысить надежность измерений отклонения от плоскостности элементов технологического оборудования и аппаратов, исключив влияние внешних воздействий и окружающей среды, повысить объективность измерений и упростить способ измерений.