Έλεγχος και βαθμονόμηση φορητού συστήματος μέτρησης συντεταγμένων υψηλής ακρίβειας στον τριδιάστατο χώρο

Ψευδού, Μαρία; Psevdou, Maria

dc.contributor.author	Ψευδού, Μαρία	el
dc.contributor.author	Psevdou, Maria	en
dc.date.accessioned	2024-02-19T09:06:33Z
dc.date.available	2024-02-19T09:06:33Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58924
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26620
dc.rights	Default License
dc.subject	Βαθμονόμηση	el
dc.subject	Διακρίβωση	el
dc.subject	Αρθρωτός	el
dc.subject	Βραχίονας	el
dc.subject	Αισθητήρας	el
dc.subject	Articulated	en
dc.subject	Arm	en
dc.subject	Compensation	en
dc.subject	Calibration	en
dc.subject	Probe	en
dc.title	Έλεγχος και βαθμονόμηση φορητού συστήματος μέτρησης συντεταγμένων υψηλής ακρίβειας στον τριδιάστατο χώρο	el
dc.title	Testing and calibrating a portable high-precision coordinate measuring machine in three-dimensional space	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Γεωδαισία	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στον έλεγχο και τη βαθμονόμηση φορητού συστήματος μέτρησης συντεταγμένων υψηλής ακρίβειας στον τρισδιάστατο χώρο. Το φορητό σύστημα μέτρησης συντεταγμένων που χρησιμοποιήθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας ήταν ο αρθρωτός βραχίονας FARO Edge and Faro Laser ScanArm. Το συγκεκριμένο σύστημα μπορεί να πραγματοποιεί σημειακές μετρήσεις εξ επαφής με χρήση αισθητήρων αφής αλλά και μετρήσεις νέφων σημείων εξ αποστάσεως με χρήση του αισθητήρα laser. Η ακρίβεια που παρέχει το συγκεκριμένο όργανο στις σημειακές μετρήσεις είναι ±0.029mm, ενώ η ακρίβεια των μετρήσεων που πραγματοποιούνται με τον αισθητήρα laser είναι ±0.041mm. Σύμφωνα με την εταιρεία κατασκευής του οργάνου για να πραγματοποιηθούν μετρήσεις με τη μέγιστη παρεχόμενη ακρίβεια του οργάνου, θα πρέπει πρωτίστως να βαθμονομηθεί ο βραχίονας και να διακριβωθεί ο αισθητήρας μέτρησης. Σκοπός της εργασίας είναι ο προσδιορισμός της διαφοράς στην ακρίβεια των μετρήσεων ανάλογα με τη διεξαγωγή ή μη διεξαγωγή των διαδικασιών βαθμονόμησης του βραχίονα και διακρίβωσης του αισθητήρα μέτρησης. Για τις ανάγκες της εργασίας πραγματοποιήθηκαν μόνο εξ επαφής σημειακές μετρήσεις με αισθητήρες αφής. Η δομή της εργασίας είναι η ακόλουθη: Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται αναφορά στην επιστήμη της γεωδαισίας και τους κλάδους της με έμφαση κυρίως στον κλάδο της βιομηχανικής γεωδαισίας. Οι αρθρωτοί βραχίονες, χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές βιομηχανικής γεωδαισίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύεται η εξέλιξη των μηχανών μέτρησης συντεταγμένων στο χρόνο. Οι μηχανές μέτρησης συντεταγμένων διαχωρίζονται σε σταθερές και φορητές. Σημειώνονται οι διαφορές στη λειτουργία των διαφορετικών ειδών μηχανών, καθώς και οι παράγοντες που μπορεί να επηρεάσουν την ακρίβεια τους. Τέλος, περιγράφονται τα μέρη και η λειτουργία του αρθρωτού βραχίονα FARO Edge and Faro Laser ScanArm, που αποτελεί μία απ’ τις πιο σύγχρονες φορητές μηχανές μέτρησης συντεταγμένων και χρησιμοποιείται για τις μετρήσεις της διπλωματικής εργασίας. Στο τρίτο κεφάλαιο, εξηγούνται οι διαφορές μεταξύ των εννοιών βαθμονόμησης και διακρίβωσης του FARO Edge and Faro Laser ScanArm και στη συνέχεια περιγράφονται αναλυτικά οι διαδικασίες βαθμονόμησης του FARO Edge and Faro Laser ScanArm και διακρίβωσης των αισθητήρων του. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση των μετρήσεων και ο τρόπος που διεξήχθησαν οι μετρήσεις. Μετρήθηκαν σημεία σε επιφάνειες διακριβωμένων πλακιδίων, με σκοπό να προσδιοριστούν τα μήκη τους και να συγκριθούν με τα πραγματικά μήκη των πλακιδίων. Έπειτα αναλύεται η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των μηκών (γενική μέθοδος συνόρθωσης για τον προσδιορισμό των παραμέτρων των επιφανειών, επίλυση συστημάτων για τον υπολογισμό των σημείων τομής, σχέση απόστασης). Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με επιτυχώς και ανεπιτυχώς βαθμονομημένο σύστημα βραχίονα και με επιτυχώς ή ανεπιτυχώς διακριβωμένους αισθητήρες, για να συγκριθούν τα αποτελέσματα. Στο πέμπτο κεφάλαιο, αναφέρονται τα συμπεράσματα μετά τη σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν στο τέταρτο κεφάλαιο και παρατίθενται προτάσεις για την επίτευξη μετρήσεων μεγάλης ακρίβειας με τον αρθρωτό βραχίονα FARO Edge and Faro Laser ScanArm.	el
heal.abstract	The present thesis concerns testing and calibrating a high accuracy portable coordinate measuring machine in the three – dimensional space. The portable coordinate measurement system used in the context of the thesis was the articulated arm FARO Edge and Faro Laser ScanArm. This particular system can perform point measurements through contact using touch probes, as well as non-contact cloud point measurements using a laser probe. The accuracy provided by this instrument for point measurements is ±0.029mm, while the accuracy of measurements made with the laser sensor is ±0.041mm. According to the manufacturer of the instrument, in order to achieve measurements with the maximum provided accuracy, the arm should first be calibrated, and the measurement probe should be compensated. The purpose of the thesis is to determine the difference in measurement accuracy depending on whether the calibration of the arm and the compensation of the measurement probe are performed or not. For the needs of the thesis, only contact point measurements were performed using touch probes. The structure of the thesis is as follows: 1. In the first chapter, there is a reference to the science of geodesy and its fields, with a focus mainly on the field of industrial geodesy. Articulated arms are widely used in industrial geodesy applications. 2. In the second chapter, the evolution of coordinate measuring machines over time is analyzed. Coordinate measuring machines are divided into fixed and portable ones. The differences in the operation of different types of machines are noted, as well as the factors that may affect their accuracy. Finally, the parts and operation of the FARO Edge and Faro Laser ScanArm articulated arm, which is one of the most modern portable coordinate measuring machines and is used for the measurements in the thesis, are described. 3. In the third chapter, the differences between the concepts of calibration and compensation of the FARO Edge and Faro Laser ScanArm are explained, and then the calibration and compensation processes of the probes are described in detail. 4. In the fourth chapter, the equipment used for the measurements is presented, and the method used to determine the lengths is analyzed (general correction method for surface parameter determination, solving systems for intersection points, distance equation). The measurements were performed with successfully and unsuccessfully calibrated arm and with successfully or unsuccessfully compensated probes in order to compare the results. 5. In the fifth chapter, the conclusions are mentioned after comparing the results obtained in the fourth chapter, and suggestions are made for achieving high-precision measurements with the articulated arm FARO Edge and Faro Laser ScanArm. A total of nine measurement series were conducted with the zircon ball probes 2mm, 3mm, 4mm, 5mm & 6mm and with a point probe and the measured objects were ten compensated parallelepiped specimen. After processing the measurements, some useful conclusions were drawn: 1. The measurements carried out by simply placing the probe on the arm and selecting a previous saved calibration, without conducting the calibration procedure, are highly inaccurate. 2. The measurements conducted with an unsuccessful calibration of the arm and an unsuccessful compensation of the probe are quite precise, and based on statistical analysis, they appear to be even more accurate than the measurements made with the successfully calibrated instrument and the successfully compensated probes. A successfully compensated probe allows for measurements with greater accuracy than the typical accuracy of the instrument, i.e., 0.029mm. In this case, the errors introduced into the measurements with successfully compesnsated probes were much smaller than the 0.029mm error introduced in the measurements with unsuccessfully compensated probes. This, in itself, makes the statistical analysis more stringent for measurements made with successfully compesnsated probes. 3. The large differences between the actual and calculated lengths of specimens found in the tables of all probes, regardless of whether they were successfully compensated or not, are due to gross errors introduced into the measurements. Particularly in this diploma thesis, primary measurements were used to determine the parameters of the surfaces of the specimens and, consequently, to determine the lengths of the specimens. Each calculation depends on the initial measurements, and if even one measurement contains a gross error that has not been detected, then the error affects the calculated lengths of the specimens. 4. It is observed that with small-sized probes (spherical probes with diameters of 2mm & 3mm and point probe), the difference between the actual and calculated length of the 10mm specimen is very large. Generally, measurements with small-sized probes are more challenging for the user, especially when measuring smaller surfaces. Based on the conclusions drawn, there are some recommendations for achieving high-precision measurements using the FARO Edge and Faro Laser ScanArm articulated arm: 1. Measurements should never be performed without prior probe compensation. It is preferable to perform measurements with a probe that has been unsuccessfully compensated rather than using a probe that was simply placed on the arm and a previous stored compensation was selected from the FaroArm Manager program. 2. When conducting measurements with a successfully compensated probe, the user should have significant experience and be very careful to approach the maximum accuracy provided by the compensated probe. Additionally, it is recommended to ensure that the measured objects are well stabilized to prevent their movement during measurements. 3. In cases where very high accuracy is not required, it is possible to use an unsuccessfully compensated probe. The same applies to the calibration of the arm. In other words, when the stability and repeatability test of the arm show very good results (but they still don’t pass), and indeed the arm is securely placed on a stable base, it can be used for measurements where high accuracy is not needed and can provide reliable results. 4. If the user lacks experience, it is preferable to perform measurements with spherical probes of relatively larger diameters (≥ 4mm), as point probes and spherical probes with smaller diameters (≤ 3mm) are more difficult to use and require expertise, especially when measuring small-sized objects.	en
heal.advisorName	Πανταζής, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Αραμπατζή, Ορθοδοξία	el
heal.committeeMemberName	Τσακίρη, Μαρία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Τοπογραφίας. Εργαστήριο Γενικής Γεωδαισίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	211 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false