Актуальность темы диссертации. В настоящее время в области геодезических измерений происходит переход от оптических методов измерений к оптико-электронным. При этом развитие и совершенствование оптико-электронных приборов для измерения превышений, повышение их точности, надежности и степени автоматизации приводят к необходимости создания новых методов и средств контроля их метрологических характеристик. Это, в свою очередь, требует разработки новых технологий и средств их метрологической поверки, калибровки и сертификации. Этой актуальной задаче и посвящена данная диссертационная работа.

В общем разработка современных эталонных средств в метрологии направлена на обеспечение единства измерений, сокращение времени испытаний, повышение их точности и надежности, оперативную обработку полученных данных.

Методология поверок и калибровок высокоточных приборов для измерения превышений тахеометрами и нивелирами регламентируется рядом специально разработанных стандартов, устанавливающих основные метрологические характеристики. Эта документация рассчитана в основном для оптических приборов, поверочные схемы оптико-электронных устройств не достаточно разработаны.

В настоящее время в геодезической метрологии следует выделить постановку задачи разработки и исследований новых методов и средств поверки и калибровки современных оптико-электронных и цифровых приборов для измерения превышений, реализованных виде соответствующих поверочных стендов.

Основными требованиями к техническим и метрологическим характеристикам стендов для поверки и калибровки оптико-электронных (цифровых) геодезических приборов для измерения превышений являются:

- многофункциональность стендового оборудования;

- уменьшение времени поверки и калибровки геодезического прибора;

- автоматизация процесса измерений;

- использование альтернативных эталонных мер – кодовых и растровых датчиков, лазерных интерферометров, жезлов и концевых мер длины;

- увеличение точности считывания с кодовых, растровых инкрементальных датчиков угла или длины.

Следовательно, задачи создания универсального стендового оборудования для метрологических исследований современных оптико-электронных приборов для измерения превышений являются на данный момент актуальными.

Целью работы является разработка методов и средств поверки и калибровки геодезических приборов для измерения превышений.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие научные задачи:

1. Проведен анализ существующих методов и средств исследования, поверки и калибровки приборов для измерения превышений.

2. Разработаны методы и средства определения основных метрологических характеристик геодезических приборов для измерения превышений.

3. Разработаны и исследованы соответствующие теме диссертации стенды универсального метрологического комплекса УМК-М.

Объект исследования - методы и используемые в них эталонные средства калибровки геодезических приборов для измерения превышений на примере линейного растрового измерительного преобразователя, лазерного интерферометра, коллиматоров, концевых мер длины и инварных жезлов.

Методика исследования. Выполненные в диссертационной работе исследования основаны на анализе опубликованных данных, выполнении теоретических и практических исследований и экспериментальной проверке достоверности этих результатов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан эталонный стенд и технология исследования короткопериодической погрешности измерения вертикальных углов геодезическими приборами.

2. Разработана и исследована методика поверки и калибровки системы лазерного трекера для измерения превышений и вертикальных углов на эталонном стенде.

3. Разработаны и реализованы методы поверки и калибровки системы "нивелир – рейка": а) при помощи измерительного преобразователя; б) на оптико-механическом компараторе; в) с использованием концевых мер длины.

Практическая значимость работы:

1. Разработанные методы и стенды использованы в поверочной установке МИИГАиК УМК-М, на которую от Федерального Агентства по техническому регулированию и метрологии получен Сертификат об утверждении типа средств измерений.

2. По результатам исследований диссертанта на методику измерений университетом подана заявка на изобретение и получено положительное решение.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на трех научно-технических конференциях (МИИГАиК, 2005-2007 гг.), на научно-технической конференции "НТТМ-2006"(г.Москва: ВВЦ 2006 г.), на международном форуме GEOFORM+ 2006 (г.Москва: "Сокольники", 2006г.), на международном конгрессе "ГеоСибирь-2006" (г.Новосибирск), на международных выставках - INTERGEO 2006 и 2007 (Германия, г.Мюнхен, 2006г, г.Лейпциг, 2007г).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников информации, содержащего 51 наименование. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 6 таблиц и 10 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы и основные направления исследований; сформулирована цель работы и ее научная новизна.

Первая глава. В ней проведен аналитический обзор современных методов и приборов для измерения превышений. Рассмотрена классификация средств поверки оптических и оптико-электронных геодезических приборов для измерения превышений. Проведен анализ методов и средств исследований нивелиров и реек, систем измерения вертикальных углов геодезических приборов.

Рассмотренные в первой главе существующие методы и средства исследований нивелиров и реек предусматривают определение накопленной погрешности измерения превышения системы "нивелир – рейка". А так же исследование накопленной погрешности самой нивелирной рейки. На сегодняшний день не существуют методы и стенды для исследования короткопериодической погрешности, и во всех методиках используется только одно эталонное средство измерения превышений.

На основании проведенного анализа существующих методов и средств метрологического исследования тахеометров можно сделать следующие выводы:

- методы сличения и калибровки при помощи многогранных призм, панорамная установка, стенд на основе волоконно-оптических элементов позволяют обеспечить требуемую точность поверки одного из параметров, но с другой стороны имеют ряд существенных недостатков, таких как невозможность автоматизации, сложность конструкции, недостаточная стабильность фиксации эталонных углов, длительное время исследования;

- коллиматорные стенды при широком распространении и отработанности конструкции не обеспечивают автоматизации процесса измерений.

Актуальным является разработка современного универсального метрологического комплекса для проведения поверок и калибровок геодезических приборов, основные требования к которому заключаются в том, что должны быть использованы: