NIST Kỹ thuật xác minh độ chính xác của thanh tỷ lệ nhanh hơn

Các nhà khoa h?c t?i Vi?n Tiêu chu?n và Công ngh? Qu?c gia (NIST) ? Hoa K? ?ã ngh? ra m?t cách m?i, chính xác, d? v?n hành, ti?t ki?m th?i gian và nhân công ?? cung c?p các tiêu chu?n thanh t? l? ?ã hi?u chu?n ?? ki?m tra hi?u su?t c?a laser trên m?t ??t. h? th?ng máy quét (TLS).

Công ngh? TLS ???c s? d?ng r?ng rãi ?? t?o ra các hình ?nh k? thu?t s? 3D chi ti?t, ?? phân gi?i cao v? ??a hình, tòa nhà, th?m th?c v?t, d? án xây d?ng, pháp y hi?n tr??ng v? án và – ngày càng – các v?t th? r?t l?n nh? các b? ph?n khung máy bay ph?i ???c l?p v?i nhau m?t cách chính xác, th??ng xuyên trên quy mô vài tr?m micromet (m?t ph?n tri?u mét; m?t s?i tóc ng??i dày kho?ng 100 micromet).

Nhà khoa h?c d? án NIST Vincent Lee cho bi?t: “T?t nhiên, ??i v?i tr?c ??a và kh?o sát và h?u h?t các m?c ?ích s? d?ng pháp y, b?n không th?c s? c?n ?? phân gi?i micromet. “ Nh?ng các h? th?ng TLS hi?n nay th??ng ???c s? d?ng trong ngành hàng không v? tr? và ?óng tàu, n?i các b? ph?n l?n ph?i ???c n?i v?i nhau r?t t? m?, ch?ng h?n nh? cánh vào thân máy bay. ?ó là n?i các phép ?o t? vài tr?m micromet ??n milimet th?c s? quan tr?ng.”Và ?ó là n?i ki?m tra h? th?ng c?n th?n th?c s? quan tr?ng.

Nhi?u h? th?ng TLS ho?t ??ng gi?ng nh? radar. Các h? th?ng radar phát ra các chùm tia vi sóng và phát hi?n kho?ng cách t?i c?ng nh? hình d?ng c?a các m?c tiêu b?ng cách ?o l??ng th?i gian c?n thi?t ?? chùm tia ?ó t?n công m?c tiêu và d?i ng??c tr? l?i máy dò – th?i gian càng dài thì kho?ng cách càng l?n .

TLS s? d?ng ánh sáng laser xung thay vì vi sóng. M?t s? h? th?ng TLS ???c thi?t k? ?? thu th?p hàng tr?m nghìn ?i?m d? li?u v? trí (ho?c nhi?u h?n) m?i giây và cung c?p các phép ?o chính xác ??n vài milimet ? ph?m vi 100 mét.

T?t nhiên, ?i?u ?ó ch? kh? thi n?u các h? th?ng ?ã ???c th? nghi?m ??y ??, m?t quy trình bao g?m vi?c xác ??nh m?c ?? chính xác mà chúng có th? ?o các ??i t??ng tham chi?u ?ã hi?u chu?n có kích th??c ?ã bi?t chính xác. Các giao th?c ??ng thu?n qu?c t? (t?c là,  ASTM E3125-17 ) yêu c?u nhi?u th? nghi?m ?? dài, th??ng ???c th?c hi?n b?ng cách s? d?ng m?t thanh t? l? tham chi?u r?ng kho?ng 15 cm và dài 2,3 mét (kho?ng 7,5 feet). [Xem Video 1 ? trên]

???c g?n ? m?i ??u và ? gi?a thanh là ba m?c tiêu: các qu? c?u nhôm màu xám m? trung bình, các tâm c?a chúng ???c ??t ? kho?ng cách có l? ?ã bi?t chính xác v?i nhau trong quá trình s?n xu?t. Vi?c hi?u ch?nh m?t thanh t? l? ?? nó có th? ?óng vai trò là tiêu chu?n ?òi h?i ph?i ?o và xác minh các kho?ng cách ?ó.

M?t ph??ng pháp quen thu?c yêu c?u nhà s?n xu?t khoan các l? nh? xuyên qua c? hai m?t c?a m?i qu? c?u, c?n ch?nh sao cho t?t c? các l? ??u th?ng hàng chính xác. K?t qu? là, m?t chùm tia laze h?p duy nh?t t? ??thi?t b? theo dõi laze ???c chi?u qua các l? t? m?t ??u c?a thanh, ?i t?i ??u kia, ??p vào m?t g??ng ph?n x? ng??c ??c bi?t và quay tr? l?i ?? thoát kh?i l? ??u tiên và ?i vào máy dò trong theo dõi laze. Phép ?o ???c l?p l?i ?? ?o kho?ng cách gi?a m?i m?c tiêu.

Hình ?nh ??ng bên trên minh h?a m?t ph??ng pháp c? h?n, t?n nhi?u th?i gian h?n ?? ki?m tra ?? chính xác c?a máy quét laze trên m?t ??t (TLS), ???c g?i là ph??ng pháp t?m nhìn th?ng (LOS). Tín d?ng: Sean Kelley/NIST.

Ph??ng pháp line-of-sight (LOS) ?ó hi?n ?ang là k? thu?t ???c ?a thích trên th?c t?. Vì t?c ?? ánh sáng là m?t h?ng s? c? ??nh ?ã bi?t chính xác nên th?i gian kh? h?i là th??c ?o kho?ng cách có ?? nh?y cao.

“Nh?ng khi m?t công ty g?i cho chúng tôi m?t thanh t? l?, chúng tôi nh?n th?y quy trình LOS r?t, r?t khó kh?n,” nhà nghiên c?u khách m?i c?a NIST và Phó Giáo s? t?i ??i h?c Jiliang Trung Qu?c, Ling Wang, thành viên c?a nhóm ?ã báo cáo phát hi?n c?a mình vào tháng Hai. S? ?o l??ng n?m 2020  . “ Chúng tôi g?p m?t s? khó kh?n trong vi?c c?n ch?nh chùm tia hoàn h?o qua nh?ng l? nh? ?ó và sau ?ó ngh? v? cách ai ?ó s? làm ?i?u này trên th?c ??a. Vì v?y, chúng tôi ?ã nói, ‘Hãy ngh? ra m?t cách thay th? d? dàng h?n cho ng??i dùng’.”Ph??ng pháp m?i lo?i b? nhu c?u khoan l? trên m?c tiêu và cho phép ?o chính xác v?i thi?t b? theo dõi laze ???c thi?t l?p cách thanh t? l? vài mét.

B?i vì các m?c tiêu ???c g?n c?ng vào thanh t? l? và thanh này không linh ho?t, nên ngu?n không ch?c ch?n chính trong vi?c ?o kích th??c thanh t? l? là ?? chính xác ‘ph?m vi’ c?a thi?t b? theo dõi laze. M?t t?p h?p các phép ?o t? m?t v? trí và h??ng c? ??nh có th? bao g?m các l?i do s? sai l?ch nh? c?a các b? ph?n theo dõi và/ho?c s? b?t th??ng trong “b? mã hóa” x? lý thông tin góc ngang và d?c.

?? gi?m thi?u các ngu?n không ch?c ch?n ?ó, nhóm NIST ?ã quy?t ??nh th?c hi?n các phép ?o kho?ng cách c?a các trung tâm m?c tiêu t? b?n h??ng theo dõi khác nhau: l?n ??u tiên ?i th?ng và sau ?ó thêm ba l?n n?a khi thi?t b? theo dõi ???c xoay theo gia s? 90 ?? so v?i thanh t? l? . (Xem video.) Các nhà nghiên c?u ??a ra gi? thuy?t r?ng vi?c l?y trung bình các phép ?o t? t?t c? các h??ng s? t?o ra k?t qu? ??c có sai s? t?i thi?u.

Chùm tia c?a thi?t b? theo dõi cu?i cùng c?ng có th? xoay 360 ?? theo chi?u d?c và nhóm ?ã th?c hi?n các phép ?o v? trí m?c tiêu v?i ngu?n/b? phát hi?n chùm tia (‘m?t tr??c’) h??ng lên trên và các phép ?o t??ng t? v?i ‘m?t sau’ l?n ng??c. M?t l?n n?a, l?y trung bình các phép ?o ?ã lo?i b? sai s?.

Các nhà khoa h?c c?ng th?c hi?n các phép ?o c?n th?n v? kích th??c m?c tiêu b?ng k? thu?t LOS. Khi chúng ???c so sánh v?i các phép ?o b?ng ph??ng pháp ‘b?n h??ng, hai m?t’ m?i, s? khác bi?t không quá vài micromet, quá nh? ?? có ý ngh?a th?c t?. Và “nó có th? ???c th?c hi?n trong 15 ho?c 20 phút, so v?i m?t ho?c hai gi? – ho?c h?n – b?ng cách s? d?ng ph??ng pháp LOS r?t b?t ti?n,” nhà khoa h?c NIST Bala Muralikrishnan cho bi?t.

Daniel Sawyer, lãnh ??o c?a NIST cho bi?t : “Các nhà khoa h?c c?a NIST h? tr? nhu c?u ?o l??ng kích th??c c?a ngành s?n xu?t tiên ti?n c?a Hoa K? ?ang ?áp ?ng nhu c?u c?a ngành ?? cung c?p các ph??ng pháp và k? thu?t cung c?p thêm thông tin và kh? n?ng cho ng??i dùng t?i hi?n tr??ng và t?i ?i?m s?n xu?t”. Nhóm ?o l??ng kích th??c. “S? phát tri?n m?i này ?áp ?ng nhu c?u công nghi?p quan tr?ng này cho phép s? d?ng các công c? quét laser s? gi?i quy?t các thách th?c ?o l??ng m?i n?i trong s?n xu?t tiên ti?n quy mô l?n.”

Gi?ng nh? nhi?u n? l?c thành công c?a NIST nh?m c?i thi?n ?o l??ng cho m?c ?ích th??ng m?i, d? án ???c h??ng l?i t? m?t ??i tác trong ngành – trong tr??ng h?p này là Bal-tec Industries, công ty ?ã cung c?p thang ?o ba hình c?u cho nghiên c?u.

“N? l?c chung này ?ã d?n ??n m?t ph??ng pháp m?i d? dàng h?n ?? hi?u ch?nh các thanh t? l?, t?o ra m?t cách ?? ng??i dùng TLS ?ánh giá các h? th?ng ?o l??ng c?a h? m?t cách nhanh chóng và thu?n ti?n h?n. Cho dù trong phòng thí nghi?m hay ngoài hi?n tr??ng, ph??ng pháp này ho?t ??ng theo các tiêu chu?n ?ã công b? nh? ASTM E3125-17,” ??ng tác gi? bài báo Joseph Gleason, Giám ??c K? thu?t t?i ScanningSpheres, m?t b? ph?n c?a Bal-tec cho bi?t.

Gi?y k? thu?t: L. Wang, B. Muralikrishnan, V. Lee, P. Rachakonda, D. Sawyer và J. Gleason. Các ph??ng pháp hi?u ch?nh thanh t? l? ba hình c?u ?? ?ánh giá hi?u su?t máy quét laze theo tiêu chu?n ASTM E3125-17. ?o ??c. Xu?t b?n tháng 2 n?m 2020.

?? bi?t thêm thông tin: www.nist.gov