بخشی از مقاله
چکیده:
دستگاههای اندازه گیری تراز در صنعت یا CMM در اموری که نیاز به دقت بالا و یا انجام عملیات اندازه گیری خاص - مانند هم محوری دو سوراخ،توازی ، تعامد و ..... - و همچنین ایجاب شکل مورد نظر - مانند بدنه های پیچیده خودروها ، قالبها و..... - بکار می رود در این راستا ما دستگاهی را طراحی کرده ایم که اجزای تشکیل دهنده آن شامل : دوعدد تراز، سه عدد پایه پیچی ، یک صفحه دایره ای مدرج به قطر حدود 140 میلی متر ، یک عدد لیزر، پیچ ومیله تنظیم زاویه وسه عدد پیچ تنظم دستگاه است که برای ترازیابی صنعتی بکار می رود .با استفاده از این دستگاه و نحوه استقرار آن در محل مناسب میتوان زاویه ها،تراز افقی،اختلاف ارتفاع و امتداد یک خط را در کارهای صنعتی چون صفحه تراش ، جاگذاری و نصب دستگاههایی مانند توربین ، ژنراتور و هر دستگاهی که کار کرد درست آن مستلزم تعیین سطح افقی باشد ، تعیین نمود .و نیزبا استفاده ازآن میتوان زاویه های با درجات مختلف ؛ و تراز افقی و اختلاف ارتفاع را مشخص کرد وبدین وسیله با افزایش بهره وری ، هزینه های عمرانی و صنعتی را تا حد زیادی کاهش داد .
کلید واژه: اندازه گیری ، تراز یابی ، زاویه یابی ، حساسیت خطی ، آستانه ی تشخیص دهی
-1مقدمه
ترازیابی یا نیولمان Leveling تعیین اختلاف ارتفاع بین دو یا چندین نقطه - نسبت به هم یا نسبت به یک سطح مبنای معین - است که با استفاده از دستگاههای مختلف و با روشهای گوناگون صورت می گیرد.منظور از ارتفاع نقطه ای مثل A فاصله قائم این نقطه از سطح ارتفاعی مبداء - ژئوئید - است .به مجموعه نقاطی که ارتفاع آنها یکسان باشد سطح تراز می گویند.فاصله بین دو سطح تراز یا همپتانسیل تعیین کننده اختلاف ارتفاع بین نقاط واقع بر روی ان دو سطح است. برای مشخص نمودن امتدادهای افقی و نیز تعیین اختلاف ارتفاع دو نقطه از زمان باستان ترازهائی ساخته شده و در امور معماری و صنعتی بهکار میرفته است. کهنترین نوع تراز از نوع تراز آبی بود. این تراز از لوله دو سرباز تشکیل میشد و در میان لوله سوراخیوجود داشت. برای تعیین امتدد افقی تراز را به وسیله ریسمانی در امتداد مورد نظر میدادند.
از سوراخ وسط بداخل آن آب ریخته می شد.ویا ترازهوائی دستگاهی برای تشخیص افقی بودن یک سطح در تراز هوائی وضع حبابی در لولهای محتوی الکل یا اتر یا مخلوط آنها افقی بودن دستگاه را نشان میدهد. ترازهوائی را نجارها، بناها وماشینسازان بهکار میبرند و ینز بر بسیاری آلات فیزیکی و مهندسی نصب میشود. در تراز آبی سطح آزاد آب در دو لوله مرتبط امتداد افقی را مشخص میسازد. در نقشه برداری برای تعیین اختلاف ارتفاع دو نقطه بهکار میرود.و یا تراز حبابدار وسیله است که برای اطمینان از تراز بودن سطح افقی بهکار میرود دارای یک حفاظ چوبی یا فلزی است که از داخل منفذی در آن تعبیه شده که حاوی شیشه کوچک محدب است. این شیشه دارای مایع مخصوصی است که در سرمای سخت منجمد نمیشود.بدین شکل مشاهده می شود که اندازه گیری در ترازیابی همیشه مستلزم ساختن وسایل و دستگاههای چند بوده است .
-2بیان مسئله
چگونه می توان یک صفحه افقی را در فضا بوجود آورد وبا اندازه گیری فاصله ی این صفحات از نقاط می توان اختلاف ارتفاع آن نقاط را تعیین کرد؟ مسلماً چنین مسئله ای بدون استفاده از ترازیابها مقدور نخواهد بود. لیکن در ترازیابی با دو مشکل روبرو هستیم: نخست ایجاد سطحی دقیقاً عمودی و دوم به دست آوردن نقطه ای مفروض روی تراز معیّن یا تعیین تفاوت ارتفاع میان دو نقطه .چون اندازه گیری ارتفاع هر نقطه مستقیما از سطح مبنا میسر نیست لذا در تراز یابی سعی می کنند که موقعیت هر نقطه را از نظر ارتفاعی نسبت به نقطه ای مشخص دیگری که ارتفاع آن نسبت به مبدأ معلوم است تعییین کنند و یا آنکه کلاً ارتفاع را به طور نسبی - یا مبدأ فرضی - معین کنند.دستگاههای اندازهگیری تراز در صنعت با نام مختصار - Machine Coordinate Measuring - CMM نامیده می-شوند در اموری که نیاز به دقت بالا و یا انجام عملیات اندازه گیری خاص - مانند هم محوری دو سوراخ،توازی ، تعامد و..... -
و همچنین ایجاب شکل مورد نظر - مانند بدنه های پیچیده خودروها ، قالبها و ..... - بکار می رودیقیناً زمانی که دستگاه های کنترل عددی - - NC برای تولید قطعات پیچیده سه بعدی طراحی وساخته شوند نیاز به این دستگاه - CMM - شدیداً احساس می شود .ترازیابی را می توان در صنعت و مکانیک - جاگذاری و نصب دستگاههایی مانند توربین ، ژنراتور و - … همچنین در صنعت و سایر مواردی که نیاز به ترازیابی دقیق و تعیین ارتفاع دقیق دارد بکار برد . به سبب دقت زیادی که در ترازیابی مورد نظر است ، دقت ابزار و وسائلی که در این کار استفاده می شود نیز باید از نظر مشاهده و برداشت بالا باشد . بنابراین با توجه به دقتی که احتیاج داریم دستگاه باید طوری طراحی شود که خطاها و عوامل موثر در بوجود آمدن آنها را در مشاهدات حذف و یا به حداقل برسانیم که این روشها می تواند به نحوی محاسباتی و یا عملیاتی باشد . مثلاً خطای کلیماسیون دستگاه را می توان با مساوی گرفتن فاصله شاخصهای عقب و جلو تا نقطه دید حذف کرد.
-3پیشینه تحقیق
در آثار اسلامی روشها ی مختلفی برای تراز کردن سطوح و ترازیابی مطرح شده است :
- 1 خط کشی را که یک لبه آن صاف بود، از لبه صاف روی سطح موردنظر حرکت می دادند و تماس خط کش را با سطح بررسی می کردند؛ نباید هیچ نوری از محل اتصال خط کش و سطح عبور می کرد. در این صورت آن سطح را کاملاً مسطح و تراز می نامیدند - قطب الدین شیرازی ، نهایه ؛ قس ویدمان ، 1922، ص . - 267 بررسی مستقیم بودن لبه خط کش نیز بدینگونه بود که نخی را به یک سر خط کش محکم می کردند و در طول خط کش قرار می دادند و یکسان بودن ارتفاع نخ را با خط کش در طول آن بررسی می کردند - ابن یونس در شوی ، ص 6. - 7 برای بررسی وضع افقی بودن سطح ، روی آن سطح آب می ریختند و بررسی می کردند که به طور یکسان در همه جهات جاری می شود یا نه . این روش یکی از رایجترین شیوه ها بود. همین روش را برقلس در کتاب هیپوتیپوسیس - ص 50 - 51 مطرح کرده است . در این روش پایه هایی را از همه طرف زیر یک سطح تراز حرکت می دادند تا معلوم شود که سطح در هیچ طرف شیبدار نیست . از این روش ، زمانی استفاده می کردند که در آزمایش قبلی ، آب در همانجا می ایستاد و به هیچ سو جاری نمی شد.
- 2 شیئی را که می توانست بغلتد روی سطح قرار می دادند، اگر حرکت نمی کرد و فقط در جای خود نوسان می کرد، سطح موردنظر افقی بود. - آب3 را در ظرف یا بشقابی بزرگ - جَفنَه - می ریختند که لبه آن با سطح موردنظر موازی و دور تا دور لبه آن هم ارتفاع بود. سپس بررسی می کردند که آب در همه طرف تا لبه ها بالا می آید یا خیر. سپس خط کشی کاملاً صاف بر روی بشقاب ، قرار می گرفت و ناظر در امتداد آن نگاه می کرد.مؤیدالدین-3 عُرضی، برای بررسی کاملاً صاف بودن یک حلقه از روشی استفاده کرده که آن رااَفاضَین« » نامیده است . در این روش از دستگاهی که می شد بسته به مورد، آن را سرهم کرد، استفاده می شد، نه از ابزاری پیش ساخته . نخست حلقه موردنظر را به کمک ترازیاب دقیقاً به صورت افقی نسبت به زمین قرار می دادند.
در داخل حلقه و در قسمت مقعر آن ناودان مدوری از گل کوزه گری می ساختند. لبه بیرونی ناودان تا ترازِ سطحِ حلقه بالا می آمد و لبه داخلی را کمی مرتفع تر می ساختند. ناودان را از آب پر می کردند و مقداری خاکستر نرم روی آن می ریختند. با سر ریز شدن آب از حلقه ، فرورفتگیهای موجود در آن از آب پر می شد و خاکسترها روی قسمتهای برآمده باقی می ماند. به این ترتیب ، پستی و بلندیهای روی سطح حلقه آشکار می شد. عُرضی بر این مطلب تأکید دارد که آزمایش باید در آرامش کامل انجام گیرد. وی برای بررسی تراز بودن خروجیهای شبکه توزیع آب در دمشق ، از همین روش استفاده کرد. به این ترتیب که در مرکز منبع آب ، یک آبرو ایجاد کرد و کف آبراهه را گود کرد یا بالا آورد تا آب به طور یکنواخت از آبرو به آبراهه ها، که نابرابریهایشان مشخص شده بود، توزیع شود -
یک4 شاغول - ثَقّاله - از رأس مثلثی متساوی الساقین می آویختند که برای مثال از چوب ساخته و ارتفاع آن مشخص شده بود. در مرکز بخش زیرین ، فضایی برای وزنه شاغول خالی می کردند. اگر شاغول بر ارتفاع مثلث منطبق می شد، سطح افقی بود این دستگاه »الفادن « نام داشت . با این روش درستیِ عملکرد ترازیابها و دیگر وسایل و وضع عمودی بودن شاغول را نیز بررسی می کردند. پس از اینکه شاغول در موقعیتی معیّن نسبت به ترازیاب آرام می گرفت ، ترازیاب را بر سطحی افقی در موقعیتهای مختلف ، بویژه در حالتی عمود بر شاغول و در موقعیتی که جای چپ و راستآن عوض شده باشد، قرار می دادند. اگر شاغول به طور مداوم در حالت سکون باقی می ماند، ترازیاب درست عمل کرده بود، اما اگر تنها در حالت اولیه ساکن می شد، خطا را با تنظیم سطح و ترازیاب اصلاح می کردند.
