PL239596B1 - Device for measuring displacements and method of performing the measurements - Google Patents
Device for measuring displacements and method of performing the measurements Download PDFInfo
- Publication number
- PL239596B1 PL239596B1 PL428379A PL42837918A PL239596B1 PL 239596 B1 PL239596 B1 PL 239596B1 PL 428379 A PL428379 A PL 428379A PL 42837918 A PL42837918 A PL 42837918A PL 239596 B1 PL239596 B1 PL 239596B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- signals
- reference frame
- coordinate system
- electronic camera
- cartesian coordinate
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 40
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims description 34
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 15
- 101100116973 Mus musculus Dmbt1 gene Proteins 0.000 claims description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 32
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 19
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 5
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 208000031968 Cadaver Diseases 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011426 transformation method Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
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.).The subject of the invention is a device for measuring relative displacements, such as: translation and rotation, especially on natural (inanimate nature, e.g. rock blocks) and engineering objects (e.g. buildings, structures, etc.).
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.In the case of measurements of expansion joints, cracks in the structure of buildings and buildings, and the displacement of tectonic structures in fault zones, relative measurement methods are used, together with specialized instrumentation. Observations of displacements are made with the use of: geodetic and photogrammetric methods, enabling the results to be related to fixed reference systems, as well as mechanical devices and sensors that use physical phenomena in measurements, such as: inductance, capacitance or resistance, which allow the obtained measurement results to be related to non-constant frames of reference.
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.Contemporary geodetic supervision, at the stages of formation, diagnosis and forecasting of deformations, strains and displacements occurring in the tested objects, uses the latest achievements in the field of precision mechanics and optoelectronics. This has contributed to the construction of modern measuring devices that allow for automated and telemetric observations in real time.
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].The principles of measuring relative and absolute displacements are described in numerous professional literature [Lazzarini T .: Geodetic measurements of displacements of buildings and their surroundings, PPWK, Warsaw 1977; Bryś H. and Przewłocki S .: Geodetic methods of measuring displacements of buildings, PWN, Warsaw 1998] and in the applicable national standards [PN-N-02211: Geodesy - Geodetic determination of displacements - Basic terminology, PKN, 2000] and international [Engineer Manual EM 1110-2-1009: Structural Deformation Surveying, US 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.The patent specification PL 207417 describes a device for measuring the relative displacement value of objects, which is equipped with a light source and a linear optical fiber array, from which the light signals are transmitted via optical fibers to a measuring system containing a photodetector connected to the amplifier. A movable diaphragm is placed between the light source and the linear optical matrix, the optical fibers of which are connected to the measuring system, with alternating transparent and opaque stripes placed along the diaphragm.
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, wyznaczający 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.Moreover, from the patent description PL 217348, a system for measuring changes in length between measurement marks is known, relating to the measurement of relative changes in the length of sections, as a result of which the deformation of the soil or object between the measurement marks delineating a given section is determined. A characteristic feature of this invention is that a string is permanently attached to the measurement mark, which marks one of the ends of the measured section, which is suspended by a pulley mounted on a measuring plate placed on the other measuring mark, which marks the other end of the section. A camera and a linear scale are mounted on the measuring plate, and a reading indicator is attached to the tendon, and the end of the tendon is equipped with a weight. The image of the readout indicator against the background of the linear scale is recorded with a camera and sent via power and signal cables to the recorder.
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.There are mechanical devices [GOECKE catalog: Der Ausruster fur die Vermessungstechnik GK 7, p. 59, www.goecke.de], equipped with scales for monitoring cracks in the structure of a building in two or three directions (Riss-Spion 101- RS1, Riss-Spion 101-RS2, Riss-Spion 101RS3 and Rissmonitor 101-TT4). Depending on the predicted displacements, these devices are mounted on the tested object in various configurations. With the use of these devices, it is possible to monitor the existing relative displacements occurring on the tested objects. These instruments consist of two mutually sliding plates on which linear scales are applied with appropriate accuracy. These tiles can be made of transparent or non-transparent material.
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 zmianyThe TM-71 feeler gauge is known from the literature [Kostak B., 1991: "Combined indicator using moire technique", Balkema, Rotterdam, ISBN 9054100257, 53-61]. The device consists of two indicators oriented in two perpendicular planes xy and xz. Each indicator consists of a pair of glass plates with etched spiral grids with hyperbolic striations (circular target) and linear, parallel striations that define two rectangular interference surfaces. The arms of the TM-71 feeler gauge, attached to the rock blocks on the fault wings, transmit their relative movements, which are then recorded by the main and line grids of the feeler gauge. The observed Moire fringes on spiral grids arise as a result of the superposition of regular geometric structures (spirals), etched on glass plates, at the moment of change
PL 239 596 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.The position of one plate relative to the other. The change in the position of the plates is related to the relative displacement of the shell blocks. On the other hand, Moire fringes on linear grids arise as a result of the difference in light density when passing through linear grids rotated relative to each other as a result of the rotation of shell blocks.
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.There is a known method of processing images obtained with metric and non-metric cameras. The method of processing photos with any angle of inclination in relation to the adopted reference plane, described in the publication of J. Butowtt and R. Kaczyński [Butowtt J. and Kaczyński R .: "Photogrammetry", WAT, Warsaw 2003, pp. 23 + 39], is implemented on the basis of principles of projective geometry known and used in photogrammetry. The plane projective transformation method is based on a plane-to-plane transformation using at least four corresponding homologous points, assuming that no three of the four points lie in one straight line. This processing method allows to eliminate the perspective distortions resulting from the mutual non-parallelism of the planes under study. This publication (on pages 126 + 130) also describes the camera calibration procedures known and used in photogrammetry.
Problemem wskazanego stanu techniki jest to, że przyrządy mechaniczne nie pozwalają zautomatyzować sposobu prowadzonych obserwacji oraz nie pozwalają przesłać wyników tych obserwacji 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.The problem of the indicated prior art is that the mechanical devices do not allow to automate the method of conducting the observations and do not allow sending the results of these observations to the recording unit. Another limitation, noticed in the descriptions of the devices used, is the small measuring ranges and the need for continuous access to measuring points at the observation sites. Known devices can also use the phenomenon of interference and the analysis of Moire fringes, which in fact allow to obtain high accuracy of measurements, but are limited to a small observation space.
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 mechanicznego, z przestrzenną tarczą podwieszaną (3D), umożliwia odniesienie wyników pomiarów do linii pionu. Pion mechaniczny pozwala wyznaczyć kąty pochylenia mierzonego obiektu w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach.Therefore, it turned out that the introduction of the photogrammetric method to the measurement set allows for automatic registration and transmission of measurement results and remote measurement on the acquired images, while the use of a mechanical plumb line with a three-dimensional suspended disk (3D) allows the measurement results to be related to the plumb line. The mechanical plumb line allows you to determine the inclination angles of the measured object in two mutually perpendicular directions.
Zastosowany pion mechaniczny 3D posiada pojemnik z cieczą, do którego przytwierdzony jest wspornik pionu. Na wsporniku pionu zawieszone jest cięgno z przytwierdzoną przestrzenną tarczą 3D, posiadającą sygnały pomiarowe. Cięgno w dolnej części, posiada obciążnik tłumikowy zanurzony w cieczy.The applied 3D mechanical riser has a container with a liquid to which the riser support is attached. On the support of the riser there is a tie rod with attached 3D spatial shield with measurement signals. The lower part of the tendon has a damping weight immersed in the liquid.
Linię pionu poziomnicy wyznacza się metodą fotogrametryczną, na podstawie pomiaru sygnałów pomiarowych tarczy.The plumb line of the spirit level is determined by the photogrammetric method, based on the measurement signals of the dial.
Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia pomiarowego, które na drodze przetworzenia fotogrametrycznego zarejestrowanych obrazów tarczy pomiarowej na tle ramy odniesienia, w sposób automatyczny i telemetryczny, umożliwia określenie zmian położenia, tj. przesunięć i obrotów elementów pomiarowych jednego obiektu względem innego, w odniesieniu do linii pionu. Opracowany wynalazek może być stosowany jako pojedynczy zestaw lub zwielokrotniony na elementach obiektu.The aim of the invention is to provide a measuring device which, by means of photogrammetric processing of the recorded images of the measuring target against the reference frame, in an automatic and telemetric manner, enables the determination of position changes, i.e. shifts and rotations of the measuring elements of one object in relation to another, in relation to the plumb line. The developed invention can be used as a single set or multiplied on elements of an object.
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, ponadto 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 mechaniczny, posiadający pojemnik z cieczą, do którego przytwierdzony jest wspornik pionu, który ma zawieszone z użyciem kotwy cięgno, do którego w środkowej części przytwierdzona jest przestrzenna tarcza podwieszana 3D, posiadająca sygnały tarczy podwieszanej, a w dolnej części cięgno posiada obciążnik tłumikowy, zanurzony w pojemniku z cieczą, przy czym pion mechaniczny ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych XpypZp.The essence of the invention is that the device comprises a reference frame with at least four reference signals plotted on one plane XrZr in the local Cartesian coordinate system XryrZr, where, if the number of reference signals is m, the number of reference signals that are they cannot lie on one straight line, is m-1, and includes a measuring target with at least four controlled signals embedded in one plane XtZt, in the local Cartesian coordinate system XtytZt, provided that, if the number of controlled signals is k, is the number of monitored signals, which cannot lie on one straight line, is k-1, moreover, the electronic camera has a defined Cartesian coordinate system XkykZk and is connected to the central data registration and processing system and is facing the reference frame and measuring disc, moreover a mechanical vertical is attached to the frame of reference, posi providing a container with a liquid, to which a vertical support is attached, which has a tendon suspended by means of an anchor, to which a 3D spatial suspended disk with signals from a suspended disk is attached in the middle part, and in the lower part, the tendon has a damper weight, immersed in a container with a liquid , wherein the mechanical plummet has a defined Cartesian coordinate system XpypZp.
Korzystnie jest, gdy system centralnej rejestracji i przetwarzania danych jest przenośnym mik rokomputerem.Preferably, the central data recording and processing system is a portable microcomputer.
Korzystnie również jest, gdy sygnały odniesienia mają postać kwadratów, zwłaszcza koloru białego i/lub czarnego.It is also preferred that the reference signals are in the form of squares, especially white and / or black.
PL 239 596 B1PL 239 596 B1
Korzystnie także jest, gdy sygnały odniesienia mają postać albo koncentrycznych okręgów, albo koła, albo krzyża, albo znaku kodowego.It is also preferred that the reference signals are in the form of either concentric circles, or circles, or a cross, or a code mark.
Korzystnie również jest, gdy sygnały odniesienia są rozmieszczone na ramie odniesienia w sposób regularny.It is also advantageous if the reference signals are arranged on a regular basis on the reference frame.
Korzystnie także jest, gdy sygnały kontrolowane mają postać kwadratów, zwłaszcza koloru białego i/lub czarnego.It is also advantageous for the monitored signals to have the form of squares, especially of a white and / or black color.
Korzystnie także jest, gdy sygnały kontrolowane mają postać albo koncentrycznych okręgów, albo koła, albo krzyża, albo znaku kodowego.It is also preferred that the monitored signals have the form of either concentric circles, circles, or cross, or a code sign.
Korzystnie również jest, gdy sygnały kontrolowane są rozmieszczone na ramie odniesienia w sposób regularny.It is also advantageous if the monitored signals are arranged on a regular basis on the reference frame.
Korzystnie jest, gdy urządzenie zawiera wysięgnik.Preferably, the device comprises a boom.
Korzystnie również jest, gdy kamera elektroniczna połączona jest z wysięgnikiem w sposób rozłączny, za pomocą śruby sprzęgającej.It is also advantageous if the electronic camera is detachably connected to the boom by means of a coupling screw.
Korzystnie także jest, gdy kamera elektroniczna połączona jest z wysięgnikiem na stałe.It is also advantageous if the electronic camera is permanently connected to the boom.
Korzystnie również jest, gdy wysięgnik przymocowany jest za pomocą śrub mocujących do elementu odniesienia niezależnie od ramy odniesienia.It is also advantageous if the extension arm is fastened to the reference element by means of fastening screws independently of the reference frame.
Korzystnie także jest, gdy wysięgnik przymocowany jest na stałe do ramy odniesienia.It is also advantageous if the extension arm is permanently attached to the reference frame.
Korzystnie również jest, gdy wysięgnik ma postać płaskownika w kształcie litery L.It is also preferred that the boom has the form of an L-shaped flat bar.
Korzystnie także jest, gdy kamera elektroniczna ustawiona jest na stanowisku obserwacyjnym niezwiązanym z mierzonym obiektem.It is also preferred that the electronic camera is positioned at an observation station not related to the measured object.
Korzystnie także jest, gdy tarcza pomiarowa znajduje się wewnątrz ramy odniesienia.It is also advantageous if the measuring dial is located inside the reference frame.
Korzystnie również jest, gdy odpowiednie osie kartezjańskich układów współrzędnych: tarczy pomiarowej xtytzt i ramy odniesienia XryrZr w pomiarze wyjściowym są względem siebie w przybliżeniu równoległe.It is also preferred that the respective axes of the Cartesian coordinate systems of the measuring dial xtytzt and the reference frame XryrZr are approximately parallel to each other in the initial measurement.
Korzystnie również jest, gdy kamera elektroniczna połączona jest bezprzewodowo z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych.It is also advantageous if the electronic camera is connected wirelessly to the central data recording and processing system.
Korzystnie także jest, gdy oś yk kartezjańskiego układu współrzędnych kamery elektronicznej jest w przybliżeniu prostopadła do płaszczyzny XrZr wyznaczonej przez kartezjański układ współrzędnych ramy odniesienia.It is also preferred that the axis yk of the Cartesian coordinate system of the electronic camera is approximately perpendicular to the plane XrZr defined by the Cartesian coordinate system of the reference frame.
Korzystnie również jest, gdy odpowiednie osie kartezjańskich układów współrzędnych: kamery elektronicznej XkykZk i ramy odniesienia XryrZr w pomiarze wyjściowym są względem siebie w przybliżeniu równoległe.It is also preferred that the respective axes of the Cartesian coordinate systems: the electronic camera XkykZk and the reference frame XryrZr in the output measurement are approximately parallel to each other.
Korzystnie także jest, gdy oś yk kartezjańskiego układu współrzędnych kamery elektronicznej jest zwrócona w przybliżeniu centralnie do ramy odniesienia.It is also preferred that the axis yk of the Cartesian coordinate system of the electronic camera is approximately centered on the reference frame.
Korzystnie także jest, gdy rama odniesienia ma postać ramy prostokątnej albo obręczy.It is also advantageous if the reference frame is in the form of a rectangular frame or a rim.
Korzystnie również jest, gdy tarcza pomiarowa ma postać prostokąta albo koła.It is also advantageous if the measuring disc is in the form of a rectangle or a circle.
Korzystnie także jest, gdy pion mechaniczny połączony jest z ramą odniesienia w sposób rozłączny, za pomocą śrub sprzęgających.It is also advantageous if the mechanical riser is detachably connected to the reference frame by means of coupling screws.
Korzystnie również jest, gdy pion mechaniczny połączony jest z ramą odniesienia na stałe.It is also advantageous if the mechanical riser is permanently connected to the reference frame.
Korzystnie także jest, gdy, po połączeniu pionu mechanicznego z ramą odniesienia, kartezjańskie układy współrzędnych ramy odniesienia XryrZr i pionu XpypZp są względem siebie równoległe.It is also preferred that, after the mechanical plumb line is connected to the reference frame, the Cartesian coordinate systems of the reference frame XryrZr and the plumb line XpypZp are parallel to each other.
Korzystnie także jest, gdy przestrzenna tarcza podwieszana 3D ma postać albo walca kołowego prostego, albo stożka prostego, albo kuli, albo prostopadłościanu.It is also advantageous if the 3D suspended disk has the form of either a straight circular cylinder, or a straight cone, or a sphere or a cuboid.
Korzystnie również jest, gdy sygnały tarczy podwieszanej mają postać kwadratów, zwłaszcza koloru białego i/lub czarnego.It is also advantageous for the signals of the suspended target to have the form of squares, especially white and / or black.
Korzystnie także jest, gdy sygnały tarczy podwieszanej mają postać albo koncentrycznych okręgów, albo koła, albo krzyża, albo znaku kodowego.It is also preferred that the signals of the suspended disk have the form of either concentric circles, circles, or cross, or a code sign.
Korzystnie również jest, gdy sygnały tarczy podwieszanej są rozmieszczone na przestrzennej tarczy podwieszanej 3D w sposób regularny.It is also advantageous if the signals of the suspension disk are arranged on a regular basis on the three-dimensional suspension disk.
Zastosowany pion mechaniczny jest elementem pomiarowym, w którym linia pionu pokrywa się z siłą ciężkości, wzdłuż cięgna pionu, i wyznacza się ją metodą fotogrametryczną, na podstawie pomiaru położenia sygnałów przestrzennej tarczy podwieszanej, o znanych wymiarach.The applied mechanical plumb line is a measuring element in which the plumb line coincides with the force of gravity along the plumb line, and is determined by the photogrammetric method, based on the measurement of the position of the spatial signals of the suspended target with known dimensions.
Zależność pomiędzy kartezjańskim i układami współrzędnych: ramy odniesienia 3 (XryrZr) 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 kartezjańskimi układami współrzędnych.The relationship between the Cartesian and the coordinate systems: the frame of reference 3 (XryrZr) relative to the electronic camera 6 (XkykZk) is determined from formula 1, using the relevant software in the CRPD 7. This formula is a mathematical record of the spatial transformation between two Cartesian coordinate systems.
PL 239 596 Β1PL 239 596 Β1
Xk = MG Xr + Tr k (1) gdzie:X k = MG X r + T r k (1) where:
jest to macierz obrotu, opisująca zależność kątową między układem współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr) a układem współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk); -----»it is a rotation matrix describing the angular relationship between the coordinate system of the reference frame (x y y r z r ) and the coordinate system of the electronic camera (XkykZk); ----- »
Tr to wektor translacji, określający przesunięcie początku układu współrzędnych ramy odniesienia (XryrZr) od początku układu współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk);Tr is a translation vector specifying the offset of the origin of the coordinate system of the frame of reference (XryrZ r ) from the origin of the electronic camera coordinate system (XkykZk);
to wektor określający położenie danego punktu w układzie współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr);is a vector defining the position of a given point in the coordinate system of the reference frame (x y y r z r );
^k to wektor określający położenie danego punktu w układzie współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk).^ k is a vector that specifies the position of a point in the coordinate system of the electronic camera (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 (»), phi (¢^) i kappa (/&), przy czym, w pierwszej kolejności stosuje się obrót układu ramy odniesienia 3 (xryrzr) o kąt omega (®) wokół osi xr (oś pierwszego obrotu), następnie o kąt phi (¢^) wokół osi yr (oś drugiego obrotu) i ostatecznie o kąt kappa (/&) wokół osi zr (oś trzeciego obrotu). Jest to tzw. konwencja ω-φ-κ. Kąty ca, cpr, κ określają rotację układu współrzędnych ramy odniesienia 3 (xryrzr) względem układu współrzędnych kamery 6 (XkYkZk).The rotation matrix is a square matrix which in Euclidean 3D space has a dimension of 3x3 elements (formula 2). The nine coefficients of the rotation matrix are real numbers that are the relationships of trigonometric functions (sines and cosines) of the three angles of rotation (the so-called Euler angles, marked with Greek letters): omega (»), phi (¢ ^) and kappa (/ &), with the first rotation of the frame of reference 3 (x y y r z r ) by the omega angle (®) around the x r axis (first rotation axis), then by the angle phi (¢ ^) around the y axis r ( second rotation axis) and finally by the angle kappa (/ &) about the z axis r (third rotation axis). This is called ω-φ-κ convention. Angles ca, cpr, κ specify the rotation of the coordinate system of reference frame 3 (x r y r z r ) with respect to the camera coordinate system 6 (XkYkZk).
(2) gdzie:(2) where:
m 11 — cos cpr cos Kr mi2 = cos ca sin «· + sin ca sin cpr cos κ mi3 = sin ńł sin κ - cos ca sin cpr cos κ m2i = - cos cpr sin κ m22 = cos ca cos «· - sin ca sin cpr sin κ m23 = sin ńł cos κ + cos ca sin cpr sin κ m31 = sin Cpr m32 = - sin ca cos cpr m33 = COS ca COS cprm 11 - cos cpr cos Kr mi2 = cos ca sin «· + sin ca sin cpr cos κ mi3 = sin sin κ - cos ca sin cpr cos κ m2i = - cos cpr sin κ m22 = cos ca cos« · - sin ca sin cpr sin κ m23 = sin cos κ + 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 (χΓγΓζΓ). Zależność tą opisuje, przy założeniu orto*jk gonalności macierzy obrotu r , wzór 3, z którego wynika, że odwrotność macierzy ortogonalnej jest nr równa jej transpozycji. Stąd macierz k. określająca kątową zależność między układem współrzędnych kamery elektroniczną 6 (XkYkZk) a układem współrzędnych ramy odniesienia 3 (xryrzr), przedstawia wzór 4.In an issue opposite to that presented above, in the so-called the κ-cp-co convention, the angular relationship between the Cartesian coordinate system of the electronic camera 6 (XkYkZk) with respect to the frame coordinate system 3 (χ Γ γ Γ ζ Γ ) is determined. This dependence is described by the formula 3, assuming the ortho * jk gonality of the rotation matrix r, from which it follows that the inverse of the orthogonal matrix is equal to its transposition number. Hence, the k matrix defining the angular relationship between the coordinate system of the electronic camera 6 (XkYkZk) and the coordinate system of the reference frame 3 (x y y r z r ) is shown in formula 4.
Μ-1 = = (Mk)T = Rr k = R (3)Μ- 1 = = (M k ) T = R r k = R (3)
yryr
W celu określenia wektora translacji 1 k , który określa przesunięcie początku układu współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkYkZk) od początku układu współrzędnych ramy odniesienia 3 (xryrzr), pr Tk na podstawie znanej macierzy obrotu i wektora translacji 1 r, korzysta się z wzoru 5.In order to determine the translation vector 1 k, which determines the shift of the origin of the coordinate system of electronic camera 6 (XkYkZk) from the origin of the frame of reference frame 3 (x r y r z r ), pr Tk based on the known rotation matrix and translation vector 1 r uses from formula 5.
PL 239 596 Β1PL 239 596 Β1
K = -Ki Tf (5)K = -Ki Tf (5)
Matematyczny zapis odwrotnej transformacji, czyli transformacji między kartezjańskim układem współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkYkZk) a kartezjańskim układem współrzędnych ramy odniesienia 3 (xryrZr), przedstawia wzór 6.The mathematical record of the inverse transformation, i.e. the transformation between the Cartesian coordinate system of the electronic camera 6 (XkYkZk) and the Cartesian coordinate system of the frame of reference 3 (x y yrZ r ), is shown in formula 6.
Tr = Rr k·!^!? (6) njrk ffr T r = R r k ·! ^ !? (6) njrk ff r
Na podstawie macierzy irir (lub (wzory 2 i 4) można wyznaczyć kąty obrotów φ, κ (wzór 7). Wynik obliczeń uzyskujemy w radianach, natomiast w celu przeliczenia na stopnie należy przemnożyć wynik przez przelicznik 1807π.On the basis of the iri r matrix (or (formulas 2 and 4), it is possible to determine the rotation angles φ, κ (formula 7).
= —atan2(m32,m33)= —Atan2 (m 32 , m 33 )
Ψτ = asin(m31) (7) κτ — —atan2(rn21,m11)Ψτ = asin (m 31 ) (7) κ τ - —atan2 (rn 21 , m 11 )
Następnie, w analogiczny sposób do przedstawionego powyżej, określa się zależność między kartezjańskim i układami współrzędnych tarczy pomiarowej 4 (xtytZt) i kamery elektronicznej 6 (XkYkZk), pi czyli wyznacza się macierz obrotu (określającą zależność kątową między układem współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkYkZk) a układem współrzędnych tarczy pomiarowej 4 (xtytZt) i wektor translacji 1 k (określający przesunięcie początku układu współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkykZk) od początku układu współrzędnych tarczy pomiarowej 4 (xtytZt).Then, in a similar way to the one presented above, the relationship between the Cartesian and the coordinate systems of the measuring disc 4 (xtytZt) and the electronic camera 6 (XkYkZk) is determined, pi i.e. the rotation matrix (defining the angular relationship between the coordinate system of the electronic camera 6 (XkYkZk) is determined. and the coordinate system of the measuring wheel 4 (xtytZt) and the translation vector 1 k (determining the shift of the origin of the coordinate system of the electronic camera 6 (XkykZk) from the beginning of the measuring target coordinate system 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, wykorzystującOn the basis of the recorded in times to (output measurement time) and ti (current measurement time) of the position images of reference signals 11 and controlled signals 12, using
ΟγΤ Ιγτ 0 nr 1 nr oprogramowanie, wyznacza się przesunięcia ( 11 i 1 t)oraz rotacje ( i Λί) między kartezjańskim i układami współrzędnych: tarczy pomiarowej 4 (xtytZt) względem ramy odniesienia 3 (xryrzr), w jednorodnym kartezjańskim układzie współrzędnych kamery elektronicznej 6 (XkYkZk) (fig. 4 i fig. 5).ΟγΤ Ιγτ 0 nr 1 software number, the shifts ( 1 1 and 1 t) and rotations (i Λ ί) between Cartesian and coordinate systems: measuring dial 4 (xtytZt) with respect to the reference frame 3 (x r y r z r ) are determined, in the homogeneous Cartesian coordinate system of the electronic camera 6 (XkYkZk) (Fig. 4 and 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.On the basis of the calculated values of the respective translation vectors and the respective rotation matrices, the relative position of the measuring element 1, represented by the measuring dial 4, is determined with respect to the reference element 2, represented by the reference frame 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.Depending on the forecasted displacements of elements 1 and 2 of the measured object and the required accuracy of measurements, the size of the device should be selected (including the number and size of the controlled signals 12 and reference signals 11) and the way of setting the electronic camera 6 and its technical parameters. It should also be remembered that the measurement results, as the shooting distance increases, may be more influenced by environmental conditions (e.g. temperature gradient and air humidity, atmospheric pressure, sunlight, dust or vibrations), which can reduce the accuracy of the measurements. The impact of these environmental factors can be limited by monitoring environmental parameters and atmosphere with additional sensors. Then the results of these sensors should be taken into account, using appropriate calculation procedures in CRPD 7, when processing images recorded with an electronic camera 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 xryrZr, pionu mechanicznego ΧρΥρΖρ i tarczy pomiarowej XtytZt w pozycji wyjściowej pomiarowej to, fig. 5 - przedstawia zależność między kartezjańskimi układami współrzędnych: kamery elektronicznej XkYkZk, ramy odniesienia xryrzr, pionu mechanicznego xPyPzp i tarczy pomiarowej XtytZt w pozycji aktualnej pomiarowej ti, natomiast fig. 6 - przedstawia zależność między kartezjańskimi układami współrzędnych: kamery elektronicznej XkYkZk, ramy odniesienia xryrZr, pionu mechanicznego xPyPzp i tarczy pomiarowej XtytZt w kolejnej pozycji pomiarowej w czasie t2, przy pochyleniu: ramy odniesienia, pionu mechanicznego i kamery elektronicznej oraz tarczy pomiarowej.The subject of the invention is presented in an exemplary embodiment in the drawing, in which: Fig. 1 - shows a device for measuring displacements in the axonometric view, in the absence of connection of the reference frame with the extension arm, Fig. 2 - shows the device in an axonometric view, with the connection of the reference frame and the extension arm , fig. 3 - shows the device in an axonometric projection without a boom, with the electronic camera positioned on an independent observation stand, which can be a tripod or an observation pole, fig. 4 - shows the relationship between Cartesian coordinate systems: electronic camera XkYkZk, frame of reference x r yrZ r , mechanical plumb ΧρΥρΖρ and measuring disc XtytZt in the starting position to, fig. 5 - shows the relationship between Cartesian coordinate systems: electronic camera XkYkZk, reference frame x r y r z r , mechanical plumb line x P y P z p and measuring disc XtytZt at the current measurement position ti, while Fig. 6 - shows the relationship between Cartesian coordinate systems: electronic camera XkYkZk, reference frame x r yrZ r , mechanical plumb x P y P z p and measuring disc XtytZt in the next measuring position at time t2, with the tilt of the reference frame, mechanical plumb line and electronic camera and measuring disc.
PL 239 596 B1PL 239 596 B1
P r z y k ł a d 1. Urządzenie do pomiarów przemieszczeń, jak na fig. 1, składa się z tarczy pomiarowej 4, przytwierdzonej śrubami mocującymi 10 do elementu pomiarowego 1 mierzonego 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 mechaniczny 14, posiadający pojemnik z cieczą 15, do którego przytwierdzony jest wspornik pionu 18. W górnej części wspornika pionu 18, zawieszone jest, z użyciem kotwy 19, cięgno 20, do którego w środkowej części przytwierdzona jest przestrzenna tarcza podwieszana 3D 16, posiadająca sygnały tarczy podwieszanej 17. Przestrzenna tarcza pomiarowa 3D 16 ma postać walca kołowego prostego, o średnicy d. W dolnej części cięgno 20 posiada obciążnik tłumikowy 21, zanurzony w pojemniku z cieczą 15. Ciecz znajdująca się w pojemniku 15 pionu mechanicznego 14, w minimalnym stopniu paruje i zmienia swoje właściwości chemiczne. Rama odniesienia 3 posiada sygnały odniesienia 11 i ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych ramy odniesienia XryrZr. Tarcza pomiarowa 4 posiada sygnały kontrolowane 12 i ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych tarczy pomiarowej XtytZt. Natomiast pion mechaniczny 14 posiada przestrzenną tarczę podwieszaną 3D 16, z naniesionymi sygnałami tarczy podwieszanej 17 i ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych pionu 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 XpypZp pionu mechanicznego 14. Wielkość urządzenia (w tym ilość i wielkość sygnałów kontrolowanych 12, sygnałów odniesienia 11 oraz sygnałów tarczy podwieszanej 17), 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 i sygnałów tarczy podwieszanej 17. Rejestrację obrazów kamerą elektroniczną 6 należy prowadzić przy ustalonych warunkach oświetleniowych.Example 1 A displacement measurement device as in Fig. 1 consists of a measuring disc 4 fastened with fastening bolts 10 to the measurement element 1 of the object to be measured, and a reference frame 3, fastened with fastening screws 10 to the reference element 2 of the object. measured. The mechanical riser 14 is attached to the reference frame 3 with coupling bolts 9, which has a liquid container 15, to which the riser 18 is attached. a suspended 3D spatial disc 16 is attached, bearing the signals of a suspended disc 17. The 3D spatial measuring disc 16 has the form of a straight circular cylinder with a diameter d. container 15 of mechanical stack 14, evaporates to a minimum extent and changes its chemical properties. Reference frame 3 has reference signals 11 and has a defined XryrZr Cartesian reference frame coordinate system. The measuring disc 4 has the monitored signals 12 and has a defined Cartesian coordinate system of the measuring disc XtytZt. The mechanical plummet 14, on the other hand, has a 3D suspended spatial disc 16 with the signals of the suspended disc 17 plotted and has a defined Cartesian plumb-line coordinate system XpypZp. A boom 5 is attached to the reference element 2, to which the electronic camera 6 is attached by means of a coupling screw 9. The electronic camera 6, which has its own Cartesian coordinate system XkykZk, is connected by a transmission line 8 to the central data recording and processing system (CRPD) 7. The displacement measurement device, made as in example 1, is designed to determine the predicted displacements of the elements 1 and 2 of the measured object in the range from 0.0 mm to 50.0 mm, with the accuracy of measurements on the level of tenths and hundredths of a millimeter. The rotation of the elements of the measured object is determined at the level of thousandths of a degree. The displacement measurements made are related to the plumb line, realized by the Zp axis of the Cartesian XpypZp coordinate system of the mechanical plumb line 14. The size of the device (including the number and size of the controlled signals 12, reference signals 11 and signals of the suspended target 17), as well as the way of setting the electronic camera 6 and its technical parameters are selected after a thorough analysis of the case. Technical parameters of the electronic camera 6, including the size and resolution of the matrix and the lens used, should be selected in such a way as to take into account the dimensions of the reference frame 3 and the dimensions of the controlled signals 12, reference signals 11 and signals from the suspended target 17. The images should be recorded with the electronic camera 6. under fixed lighting conditions.
Sposób realizacji pomiaruMeasurement method
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 mechanicznym 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 mechanicznego 14 z ramą odniesienia 3, kartezjańskie układy współrzędnych: ramy odniesienia XryrZr i pionu 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.Before starting the measurement of displacements on the measured object, the measuring disc 4 is mounted on the measuring element 1 by means of clamping screws 10. 5, wherein the boom 5 is connected to the reference element 2 (fig. 1). The electronic camera 6 is connected by a transmission cable 8 to the central data recording and processing system (CRPD) 7, while the target 4 is positioned so that it is inside the reference frame 3 and that the Xy planes of the Cartesian coordinate systems: XryrZr and XtytZt are relative to each other in parallel. After connecting the mechanical plumb line 14 to the reference frame 3, the Cartesian coordinate systems of the reference frame XryrZr and the plumb line XpypZp are also parallel to each other. The object and measuring device prepared in this way is suitable for the implementation of cyclical observations, in the assumed time interval, and allows to determine the occurring displacements on the measured object. The determined displacements refer to the mutual displacements of the elements: measuring 1 and reference 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 przestrzennej tarczy podwieszanej 3D 16 określa się położenie sygnałów tarczy podwieszanej 17, w kartezjańskim układzie współrzędnych XpypZp pionu mechanicznego 14. Dla kamery elektronicznej 6 wyznacza się elementy orientacji wewnętrznej wraz z parametrami dystorsji układu optycznego, stosując znane fotogrametryczne procedury. Dla pionu mechanicznego 14 określa się położenie zerowe układu współrzędnych pionu XpypZp, w którym pochylenie kątowe osi Zp wynosi 0°. Tarczę pomiarową 4, ramę odniesienia 3 i przestrzenną tarczę podwieszaną 3D 16 sytuuje się w dobranym zakresie głębi ostrości kamery elektronicznej 6, przy zadanej odległości fotografowania.Before starting the actual measurements, the device according to the invention is calibrated. In the case of the reference frame 3, the position of the reference signals 11 is determined in the Cartesian coordinate system XryrZr of the reference frame 3. For the measuring dial 4, the position of the monitored signals 12 is determined in the Cartesian coordinate system XtytZt of the measuring dial 4, and in the case of the 3D spatial suspended target 16, the position of the signals is determined of the suspended target 17, in the Cartesian XpypZp coordinate system of the mechanical plumb 14. For the electronic camera 6, the internal orientation elements are determined together with the distortion parameters of the optical system using known photogrammetric procedures. For the mechanical plumb line 14, the zero position of the plumb line XpypZp is determined, in which the angular inclination of the Zp axis is 0 °. The measuring target 4, the reference frame 3 and the 3D three-dimensional suspended target 16 are positioned within the selected depth of field range of the electronic camera 6 at a given shooting distance.
PL 239 596 Β1PL 239 596 Β1
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, tarczy pomiarowej 4 z sygnałami kontrolowanymi 12 i przestrzennej tarczy podwieszanej 3D 16, w postaci walca kołowego prostego o średnicy d z sygnałami tarczy podwieszanej 17 (fig. 1). Znajomość średnicy d umożliwia wykonanie niezbędnych obliczeń w celu określenia położenia osi walca na podstawie pomiarów, na zarejestrowanych obrazach kamerą elektroniczną 6, sygnałów tarczy podwieszanej 17, leżących na tworzącej walca.During the output measurement in time to (Fig. 4), and then the actual measurement in time ti (Fig. 5), images are recorded with an electronic camera 6: reference frames 3 with reference signals 11, measuring dial 4 with controlled signals 12 and a spatial target suspended 3D 16, in the form of a straight circular cylinder with a diameter d from the signals of the suspended disk 17 (Fig. 1). Knowing the diameter d enables the necessary calculations to be made to determine the position of the cylinder axis on the basis of measurements, on the images recorded with an electronic camera 6, of the signals of the suspended disk 17 lying on the cylinder's generator.
W przypadku wystąpienia niedostatecznego natężenia oświetlenia, podczas fotografowania ramy odniesienia 3, tarczy pomiarowej 4 i przestrzennej tarczy podwieszanej 3D 16, wprowadza się wdanym okresie pomiarowym to lub ti dodatkowe oświetlenie wspomnianych elementów urządzenia.In the event of an insufficient illuminance, during the photographing of the reference frame 3, the measuring dial 4 and the 3D suspended spatial target 16, to or more additional illumination of said elements of the device is introduced in a given measuring period.
Zarejestrowane kamerą elektroniczną 6 obrazy przesyła się do systemu CRPD 7, gdzie następuje ich przetwarzanie i archiwizacja.The images recorded with the electronic camera 6 are sent to the CRPD 7 system, where they are processed and archived.
Przykładowy pomiar realizuje się przy następujących założeniach:An exemplary measurement is performed with the following assumptions:
• kamera elektroniczna 6, wyposażona jest w obiektyw o stałej kamery 50.00 mm;• electronic camera 6, equipped with a lens with a fixed camera of 50.00 mm;
• rama odniesienia 3 jest prostokątna i ma wymiary 300 mm na 200 mm;The reference frame 3 is rectangular and has dimensions of 300 mm by 200 mm;
• tarcza pomiarowa 4 jest również prostokątna i ma wymiary 120 mm na 140 mm;The measuring disc 4 is also rectangular and has dimensions of 120 mm by 140 mm;
• odległość kamery elektronicznej 6 od ramy odniesienia 3 (yk) wynosi 200.00 mm;• the distance of the electronic camera 6 from the reference frame 3 (yk) is 200.00 mm;
• podczas pomiaru wyjściowego (w czasie to) odpowiednie osie kartezjańskich układów współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) i ramy odniesienia (xryrzr) są względem siebie Opr równoległe, czyli macierz obrotu (macierz opisująca zależność kątową między układem współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) a układem współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr)) jest macierzą jednostkową;• during the initial measurement (in time to), the respective axes of Cartesian coordinate systems of the measuring disc (xtytZt) and the reference frame (x r y r z r ) are parallel to each other Opr, i.e. the rotation matrix (matrix describing the angular relationship between the coordinate system of the measuring disc ( xtytZt) and the coordinate system of the reference frame (x y y r z r )) is the unit matrix;
• oś yk kartezjańskiego układu współrzędnych kamery elektronicznej 6 jest zwrócona w przybliżeniu prostopadle i centralnie do ramy odniesienia 4 - wartości kątów ak, c/k, Kk (określające rotację układu współrzędnych kamery elektronicznej XkykZk w kartezjańskim układzie współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr)) oblicza się na etapie pomiaru wyjściowego (w czasie to) i pomiaru aktualnego (w czasie ti).• the yk axis of the Cartesian coordinate system of the electronic camera 6 is approximately perpendicular and centered to the reference frame 4 - values of the angles ak, c / k, Kk (determining the rotation of the electronic camera coordinate system XkykZk in the Cartesian coordinate system of the reference frame (x r y r z r )) is calculated in the step of the baseline measurement (at time to) and the current measurement (at time ti).
Na podstawie zarejestrowanych w czasie to obrazów sygnałów odniesienia 11, sygnałów kontrolowanych 12 i przestrzennej tarczy podwieszanej 3D 16 oblicza się wartości (fig. 4): wektorów translacji:Based on the time-recorded images of the reference signals 11, the controlled signals 12 and the 3D spatial suspension target 16, the following values are calculated (Fig. 4): translation vectors:
1 r (wektor przesunięcia początku układu współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr) od początku układu współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk)), ( 1 r = [-145.00; -200.00; -95.00]) i * (wektorokreślający przesunięcie początku układu współrzędnych kamery elektronicznej (XkykZk) od początku układu współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt)) ( 1 k = [118.07; -219.13; 62.03]). Oblicza się również maOpr cierze obrotów: (macierz opisująca zależność kątową między układem współrzędnych kamery nt elektronicznej (XkykZk) a układem współrzędnych ramy odniesienia (χΓγΓζΓ)) i nk (macierz opisująca zależność kątową między układem współrzędnych kamery elektronicznej (XkYkZk) a układem współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt)). 1 r (shift vector of the origin of the reference frame coordinate system (x y y r z r ) from the origin of the electronic camera coordinate system (XkykZk)), ( 1 r = [-145.00; -200.00; -95.00]) and * (vector specifying the shift of the origin coordinate system of the electronic camera (XkykZk) from the beginning of the coordinate system of the measuring disc (xtytZt)) ( 1 k = [118.07; -219.13; 62.03]). Also calculated is the speed of rotation: (matrix describing the angular relationship between the nt electronic camera coordinate system (XkykZk) and the reference frame coordinate system (χ Γ γ Γ ζ Γ )) and n k (matrix describing the angular relationship between the electronic camera coordinate system (XkYkZk ) and the coordinate system of the measuring disc (xtytZt)).
OprOp
Na podstawie macierzy wyznacza się (wzór 7) wartości kątów: ca, φκ, Kk, określające rotację układu współrzędnych kamery elektronicznej XkYkZk względem układu współrzędnych ramy odniesieniaOn the basis of the matrix, the values of the angles: ca, φκ, Kk are determined (formula 7), which determine the rotation of the XkYkZk electronic camera coordinate system with respect to the coordinate system of the reference frame
Opr Opt (xryrzr) (ca = 0.544°, qa = 0.421°, Kk = 0.685°). Ponieważ obie macierze obrotów nk i nk są sobie równe, więc kąty obrotów: ca, cpi, κι (określające rotację układu współrzędnych tarczy pomiarowej XtytZt w układzie współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr)) wynoszą ca = 0.000°, φι = 0.000°, w = 0.000°.Opr Opt (x r y r z r ) (ca = 0.544 °, qa = 0.421 °, Kk = 0.685 °). Since both matrices of rotation n k and n k are equal, the angles of rotation: ca, cpi, κι (determining the rotation of the XtytZt measuring disc coordinate system in the coordinate system of the reference frame (x r y r z r )) are ca = 0.000 °, φι = 0.000 °, w = 0.000 °.
PL 239 596 Β1PL 239 596 Β1
Świadczy to, że odpowiednie osie układów współrzędnych XkYkZk i xryrZr są wzajemnie równoległe. StoOyr sując wzór nr 5 oblicza się wektor 1 k (przesunięcie początku układu kamery elektronicznej (XkYkZk) od początku układu ramy odniesienia (χΓγΓζΓ)):This proves that the respective axes of the XkYkZk and x r yrZ r coordinate systems are mutually parallel. StoOyr occlusal pattern # 5 vector calculated k 1 (the beginning of the transfer of the electronic camera (XkYkZk) from the beginning of the frame of reference (χ Γ γ Γ ζ Γ)):
= - °Rk * °T^ = [148.07; -199.13; 92.03].= - ° R k * ° TJ = [148.07; -199.13; 92.03].
ΟτΓΟτΓ
Na podstawie wyników obliczeń można wyznaczyć składowe wektora 11 (określające przesunięcie początku układu współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) od początku układu współrzędnych ramy odniesienia (xryrzr)):Based on the results of the calculations, it is possible to determine the components of vector 1 1 (determining the shift of the origin of the measuring disc coordinate system (xtytZt) from the origin of the reference frame coordinate system (x y y r z r )):
= [30.00; 20.00; 30.00],= [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 mechanicznego 14 w czasie to.The obtained results of calculations confirmed the assumptions made regarding the position of the reference frame 3, the measuring disc 4, the electronic camera 6 and the mechanical plummet 14 at the time t0.
W określonym cyklu pomiarowym (w czasie pomiaru aktualnego t-ι) na zarejestrowanych obraI yr lyr zach podobnie oblicza się (fig. 5) wartości wektorów translacji: k ( k = [148.07;-199.13; 92.03]) lyi* lyi Inr Inf i 1 k ( 1 k = [113.52; -222.36; 60.95]) oraz macierze obrotów: Kk i Kk, na podstawie których wy1,7 znacza się przesunięcie tarczy pomiarowej 4 względem ramy odniesienia 3 ( 11 = [31.12; 21.98; 33.06], 1 nr oraz macierz obrotu (macierz opisująca zależność kątową między układem współrzędnych tarczy pomiarowej (xtytZt) a układem współrzędnych ramy odniesienia (xryrZr)).In a specific measurement cycle (during the measurement of the current t-ι), the values of the translation vectors are similarly calculated (Fig. 5) on the recorded images yr lyr zach: k (k = [148.07; -199.13; 92.03]) lyi * lyi Inr Inf i 1 k ( 1 k = [113.52; -222.36; 60.95]) and the rotation matrices: K k and K k, on the basis of which, at ex1.7, the displacement of the measuring disc 4 in relation to the reference frame 3 is marked (1 1 = [31.12; 21.98; 33.06 ], 1 no. And the rotation matrix (matrix describing the angular relationship between the measuring target coordinate system (xtytZt) and the reference frame coordinate system (x y yrZ r )).
0.99990.9999
0.01310.0131
-0.0087-0.0087
-0.0131 0.0087-0.0131 0.0087
0.9999 -0.00440.9999 -0.0044
0.0045 1.0000 lor0.0045 1.0000 lor
Na podstawie macierzy f wyznacza się (wzór 7) kąty obrotu ca, cpi, « (określające rotację w czasie ti układu współrzędnych tarczy pomiarowej XtytZt w układzie współrzędnych ramy odniesienia lyr (xryrzr): ca = 0.250°, cp = 0.500°, w = 0.750°). Obliczone wartości składowych wektora 1t i kąty obrotu ca, cpi, n. w czasie ti są zgodne z założonymi wartościami, przyjętymi w tym przykładzie obliczeniowym.On the basis of the matrix f , the angles of rotation ca, cpi, «(determining the rotation in time ti of the XtytZt measuring disc coordinate system in the coordinate system of the reference frame lyr (x r y r z r ) are determined (formula 7): ca = 0.250 °, cp = 0.500 °, w = 0.750 °). Calculated values of vector components 1 t, and the rotation angles CA, cpi, n. At the time t are folded in accordance with the values adopted in this example calculation.
W następnym kroku określa się wychylenie mierzonego obiektu względem linii pionu, realizowanej przez oś zp, kartezjańskiego układu współrzędnych xPyPzp pionu mechanicznego 14. W tym celu analizuje się wyniki pomiarów fotogrametrycznych na obrazach przestrzennej tarczy podwieszanej 3D 16. Jeżeli wyniki pomiarów fotogrametrycznych na obrazach przestrzennej tarczy podwieszanej 3D 16 są w czasie pomiaru aktualnego ti takie same jak w czasie pomiaru wyjściowego to, na poziomie doΙβΡο kładności pomiarów tego urządzenia, wówczas macierz P jest macierzą jednostkową i pion mechaniczny 14 wykazuje stałość położenia ramy odniesienia 3 (jednocześnie elementu odniesienia 2) w czasie pomiaru aktualnego ti (fig. 5).In the next step, the deflection of the measured object relative to the plumb line, realized through the z p axis, of the Cartesian coordinate system x P y P z p of the mechanical plumb 14 is determined. the photogrammetric images of the 3D suspended spatial disc 16 are the same at the time of the current measurement ti as at the time of the output measurement t, at the level of the measurement accuracy of this device, then the matrix P is a unit matrix and the mechanical plumb line 14 shows the constant position of the reference frame 3 (at the same time the element reference 2) at the time of measuring the current ti (Fig. 5).
W tym przypadku, wyznaczone przemieszczenie względne tarczy pomiarowej 4 względem ramy odniesienia 3 odnoszą się do linii pionu, zrealizowanej przez pion mechaniczny 14 (fig. 5).In this case, the determined relative displacement of the measuring dial 4 with respect to the reference frame 3 relates to a plumb line carried out by the mechanical plumb line 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 mechaniczny 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 xryrZr, a pion mechaniczny 14 ma zdefiniowany kartezjański układ współrzędnych pionu xPyPzp. 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.Example 2. The displacement measurement device as in Fig. 2 consists of a measuring disc 4 fastened with fastening bolts 10 to the measuring element 1 of the measured object, and a reference frame 3, fixed by fastening screws 10 to the reference element 2 of the measured object. In turn, the mechanical plumb line 14 is attached to the reference frame 3 with coupling bolts 9, and the extension arm 5 is permanently attached. In contrast, the reference frame 3 has reference signals 11 and has a defined Cartesian coordinate system of the reference frame x r yrZ r , and the mechanical plumb line 14 has a defined Cartesian vertical coordinate system x P y P z p . Additionally, an electronic camera 6 is attached to the boom 5 with a coupling screw 9. The electronic camera 6 has its own Cartesian coordinate system XkYkZk and is connected via a transmission line 8 to the central data recording and processing system (CRPD) 7.
PL 239 596 Β1PL 239 596 Β1
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 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 χΡγΡζρ pionu mechanicznego 14. W tym przykładzie wykonania wpływ warunków środowiskowych jest ograniczony do minimum. Wielkość urządzenia (w tym ilość i wielkość sygnałów kontrolowanych 12, sygnałów odniesienia 11 oraz sygnałów tarczy podwieszanej 17), 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 i sygnałów tarczy podwieszanej 17. Rejestrację obrazów kamerą elektroniczną 6 należy prowadzić przy ustalonych warunkach oświetleniowych.The displacement measuring device, made as in example 2, is designed to measure the projected displacements of elements 1 and 2 of the measured object in the range from 0.00 mm to 10.00 mm with the measurement accuracy at the level of ± 0.01 mm. The rotation of the elements of the measured object is determined at the level of thousandths of a degree. The displacement measurements made are related to the Cartesian coordinate system χ Ρ γ Ρ ζ ρ of the mechanical plumb line 14. In this embodiment, the influence of environmental conditions is kept to a minimum. The size of the device (including the number and size of the controlled signals 12, reference signals 11 and signals from the suspended target 17), as well as the setting method of the electronic camera 6 and its technical parameters, are selected after a thorough analysis of the case. Technical parameters of the electronic camera 6, including the size and resolution of the matrix and the lens used, should be selected in such a way as to take into account the dimensions of the reference frame 3 and the dimensions of the controlled signals 12, reference signals 11 and signals from the suspended target 17. The images should be recorded with the electronic camera 6. under fixed lighting conditions.
Sposób realizacji pomiaruMeasurement method
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.The measurement is carried out as in example 1, with the extension arm 5 permanently attached to the reference frame 3 (fig. 2). The next step is as in example 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.Example 3. Arrangement as in example 1, except that shown in fig. 3, where the electronic camera 6 is placed on an independent observation station 13, unrelated to the measured object. The displacement measuring device, made as in example 3, is designed to measure the projected displacements of the elements 1 and 2 of the measured object in the range from 0 mm to 200 mm with the accuracy of measurements in the range from hundredths of a millimeter to several millimeters. The accuracy obtained depends on the technical parameters of the measuring equipment and the shooting distance. In this embodiment, with significant shooting distances, it is absolutely necessary to take into account the influence of environmental conditions on the measurement results using the appropriate calculation procedures in CRPD 7.
Sposób realizacji pomiaruMeasurement method
Sposób jak w przykładzie 1, czyli względne przemieszczenie tarczy pomiarowej 4 w odniesieniu 2nr _Inr do ramy odniesienia 3 w czasie t2 jest takie same jak w czasie t-i ( 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.The method as in example 1, i.e. the relative displacement of the measuring disc 4 in relation to 2nr _Inr to the reference frame 3 at time t2 is the same as at time ti ( n t - n t), except that the electronic camera 6 is placed on the observation stand 13, unrelated to the measured object (Fig. 3), the reference element 2 and the observation station 13 experienced movements in relation to the measuring element 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 obrazy przestrzennej tarczy podwieszanej 3D 16 (fig. 3). Jeżeli element odniesienia 2, reprezentowany przez ramę odniesienia 3, doznał przemieszczenia, wówczas występują istotne różnice w wynikach pomiarów fotogrametrycznych na obrazach przestrzennej tarczy podwieszanej 3D 16, przekraczające założone wartości dopuszczalne (fig. 6, czas kolejnego pomiaru t2).During the output measurement in time to (Fig. 4), and then the actual measurement at time t2 (Fig. 6), images are recorded with an electronic camera 6: frame 3 (with reference signals 11) and measuring target 4 (with monitored signals 12). ) and images of the spatial suspension 3D target 16 (Fig. 3). If the reference element 2, represented by the reference frame 3, has been displaced, then there are significant differences in the results of the photogrammetric measurements on the images of the 3D suspended spatial target 16, exceeding the assumed limit values (Fig. 6, time of the next measurement t2).
W przykładzie obliczeniowym przyjęto, że na podstawie wyników pomiarów fotogrametrycznych na obrazach przestrzennej tarczy podwieszanej 3D 16 obliczone kąty obrotu pionu mechanicznego 14 wynoszą odpowiednio: «ψ = -0.2565°, = -0.4967° i przy założeniu, że po kalibracji osie współrzędnych xpzp pionu mechanicznego 14 są równoległe z osiami współrzędnych xrzr ramy odniesienia 3, wówczas 2 RPo kąt kp = 0.000°. Wtedy macierz obrotu P , określająca położenie pionu mechanicznego 14 w czasie 2nP0 t2, oraz macierz nr , określająca położenie ramy odniesienia 3 względem linii pionu, są sobie równe i wynoszą:In the calculation example, it was assumed that based on the results of photogrammetric measurements on the images of the 3D suspended disk 16, the calculated angles of rotation of the mechanical plummet 14 are respectively: «ψ = -0.2565 °, = -0.4967 ° and assuming that after calibration the coordinate axes x p z p of the mechanical plumb line 14 are parallel with the coordinate axes x r z r of the reference frame 3, then 2 R Po the angle k p = 0.000 °. Then the rotation matrix P, defining the position of the mechanical plumb 14 in the time 2nP0 t2, and the matrix n r, defining the position of the reference frame 3 in relation to the plumb line, are equal to each other and are equal to:
1.00001.0000
0.00000.0000
0.00870.0087
0.0000 —0.00870.0000 - 0.0087
1.0000 0.00451.0000 0.0045
-0.0045 1.0000.-0.0045 1.0000.
Na podstawie znanych w literaturze wzorów przeprowadza sie obliczenia położenia tarczy po2 „Po miarowej 4 względem linii pionu, a macierz obrotu t ma wartość:On the basis of formulas known in the literature, calculations are made of the position of the disk po2 "Measured 4 in relation to the plumb line, and the rotation matrix t has the value:
PL 239 596 Β1 ZRPL 239 596 Β1 Z R
0.99990.9999
0.0131 .-0.00010.0131.-0.0001
-0.0131-0.0131
0.99990.9999
-0.0001-0.0001
0.0001'0.0001 '
0.00010.0001
1.0000.1.0000.
2nPo2nPo
Kąty obrotu tarczy pomiarowej 4 względem linii pionu, otrzymane z macierzy Λί (wzór 7), przyjmują odpowiednio wartości: rot = -0.0065°, cpr = 0.0033°i w = 0.7522°. Kąty obrotu ramy odniesienia ZnPO względem linii pionu, otrzymane z macierzy nr (wzór 7), przyjmują wartości: ca = -0.2565°, cpr = -0.4967°i Kr = 0.0000°. Wektor przesunięcia tarczy pomiarowej 4 w stosunku do ramy odniesienia 3 ΡγΤ ( t), wyznaczony w kartezjańskim układzie współrzędnych χΡγΡζρ pionu mechanicznego 14, czyli odniesiony do linii pionu, wynosi:The angles of rotation of the measuring disc 4 with respect to the plumb line, obtained from the matrix Λ ί (formula 7), assume the following values: rot = -0.0065 °, cpr = 0.0033 ° and w = 0.7522 °. The rotation angles of the ZnPO frame with respect to the plumb line, obtained from the matrix n r (formula 7), assume the values: ca = -0.2565 °, cpr = -0.4967 ° and Kr = 0.0000 °. The displacement vector of the measuring dial 4 in relation to the reference frame 3 ΡγΤ (t), determined in the Cartesian coordinate system χ Ρ γ Ρ ζ ρ of the mechanical plumb 14, i.e. referred to the plumb line, is:
pTr t = [30.83; 22.13; 33.23] p T r t = [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 mechanicznego 14 w czasie t2. Cały tok obliczeń przeprowadza się w systemie CRPD 7, stosując odpowiednie algorytmy.The obtained results of calculations confirmed the assumptions made regarding the position of the reference frame 3, the measuring disc 4, the electronic camera 6 and the mechanical plummet 14 at the time t2. The entire calculation process is carried out in the CRPD 7 system, using appropriate algorithms.
Wykaz oznaczeń:List of symbols:
PL 239 596 Β1PL 239 596 Β1
PL 239 596 B1PL 239 596 B1
Zastrzeżenia patentowePatent claims
Claims (47)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL428379A PL239596B1 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Device for measuring displacements and method of performing the measurements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL428379A PL239596B1 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Device for measuring displacements and method of performing the measurements |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL428379A1 PL428379A1 (en) | 2020-06-29 |
| PL239596B1 true PL239596B1 (en) | 2021-12-20 |
Family
ID=71124920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL428379A PL239596B1 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Device for measuring displacements and method of performing the measurements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL239596B1 (en) |
-
2018
- 2018-12-27 PL PL428379A patent/PL239596B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL428379A1 (en) | 2020-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Valença et al. | Applications of photogrammetry to structural assessment | |
| Nishiyama et al. | Improved digital photogrammetry technique for crack monitoring | |
| NO168139B (en) | PROCEDURE FOR Stereo-photogrammetric measurement of large objects | |
| Vivat et al. | A study of devices used for geometric parameter measurement of engineering building construction | |
| CN104034349A (en) | Absolute horizontal reference precision testing system and testing method | |
| JP3501936B2 (en) | Displacement measuring method and displacement measuring device | |
| PL239595B1 (en) | Displacement measurement device | |
| PL239596B1 (en) | Device for measuring displacements and method of performing the measurements | |
| Salazar et al. | Verification of an internal close-range photogrammetry approach for volume determination during triaxial testing | |
| PL239904B1 (en) | Device for measuring displacements and method of performing the measurements | |
| PL239499B1 (en) | Device for measuring displacements and method of performing the measurements | |
| PL239594B1 (en) | Displacement measurement device | |
| PL239905B1 (en) | Device for measuring displacements and method of performing the measurements | |
| PL239906B1 (en) | Displacement measurement device | |
| PL239498B1 (en) | Displacement measurement device | |
| Cooper et al. | High precision photogrammetric monitoring of the deformation of a steel bridge | |
| CN208061260U (en) | A kind of line-scan digital camera caliberating device for stereo-visiuon measurement | |
| KR101349541B1 (en) | Three Dimension Measurement System and Method of Large Component | |
| RU2832428C1 (en) | Method for monitoring parameters of cracks in building structures based on images of non-metric cameras | |
| JP2005338107A (en) | Displacement measurement method and displacement measurement device | |
| Alba et al. | Development and testing of a method for tunnel monitoring via vision metrology | |
| Šedina et al. | Using of photogrammetric methods for deformation measurements and shape analysis | |
| RU2141622C1 (en) | Method determining tilting | |
| RU2429449C1 (en) | Method of defining angle measurement errors in ground laser scanner | |
| Miramontes | Validation of an Internal Camera Based Volume Determination System for Triaxial Testing |