Внутрицеховая система автоматического позиционирования Indoor GPS, Харьков

Зона покрытия одного излучателя: до 110 м; по горизонтали: 360°; по вертикали: ± 25°. Точность определения углов: 1”. Точность определения координат: до 0,08 мм

iGPS (Indoor GPS) – или система внутрицехового позиционирования, занимает особое положение в среде 3D измерительной техники. Еe название пришло из навигационных систем глобального позиционирования (GPS – Global Positioning Systems), так как данная система использует схожие принципы определения координат. iGPS работает как внутри помещений, так и в открытом пространстве.

Основное назначение данной системы – контроль геометрических параметров крупногабаритных объектов в реальном режиме времени. Характерные для данной системы задачи – это, прежде всего, стыковка отсеков, контроль геометрии, мониторинг при динамических испытаниях объектов и многое другое. iGPS позволяет получать координаты большого количества точек в реальном режиме времени до 50 раз в секунду, что позволяет не только наблюдать, но и управлять динамическими процессами.

Принцип работы системы iGPS заключается в следующем: инфракрасные лазерные передатчики (аналоги спутников GPS) закрепляются неподвижно в пространстве цеха вокруг измеряемого объекта. Такими объектами могут быть крупногабаритные части и сборочные элементы самолетов, автомобилей, кораблей. В контролируемых точках устанавливаются сенсоры, которые принимают сигналы от передатчиков и вычисляют угол и расстояние, основываясь на времени прихода инфракрасных импульсов, излученных передатчиком. Усилитель преобразовывает аналоговые сигналы в цифровые импульсы, а приемник преобразует цифровые импульсы в угловые данные. Программное обеспечение сети iGPS обрабатывает угловые данные в высокоточные координаты и выдает полученные данные в клиентскую сеть, как внутри цеха, так и за его пределами.

Поскольку число используемых передатчиков фактически неограниченно, размеры и форма объекта измерений может быть полностью определена потребителем. Увеличение количества передатчиков (особенно при работе с крупными объектами) улучшает точность и надежность измерений, при этом не возникает необходимости в переустановке и перезагрузке измерительного оборудования. Такая гибкость является ключевой для этой технологии.

Применение iGPS

Авиастроительные компании затрачивают огромные средства на изготовление и поддержание в рабочем состоянии оснастки, особенно шаблонов, необходимых при производстве самолетов. Для каждого нового проекта необходимо изготавливать новые шаблоны, модернизировать или изготавливать новую оснастку. iGPS сберегает средства и время производителей, позволяя им отказаться от шаблонов и перейти к процессу действительного уравнивания, при котором элементы точно располагаются и собираются внутри цеха. Например, датчики могут быть установлены на крыле, и возможно точное отслеживание перемещения крыла при стыковке крыла к фюзеляжу. При этом контролируемые точки постоянно сравниваются с теоретически рассчитанными точками, заложенными в CAD модели, которая загружается в программное обеспечение системы iGPS. Обе стыкуемые части совмещаются математически на экране компьютера и их положение постоянно контролируется, для обеспечения высокой точности стыковки.

Другим важным преимуществом iGPS является возможность быстрой и легкой модернизации. При измерении геометрии отсека или другой части, сенсоры заново расставляются на точки с известными координатами, загружается новая CAD модель и система готова продолжать работу. Таким образом, использование системы iGPS позволяет отказаться от применения шаблонов и значительно сократить номенклатуру используемой оснастки.

Еще одной из многих областей применения систем iGPS является область робототехники. Сенсоры устанавливаются на манипуляторах роботов сборочных линий, что позволяет контролировать их перемещение с высокой точностью и, соответственно, точнее и надежнее управлять сборочным процессом. Также возможен контроль перемещения любых частей в пределах производственного помещения.

Принцип работы

Основой iGPS является лазерный передатчик. Каждый передатчик испускает два веерообразных луча, приблизительно перпендикулярных горизонтальной плоскости. Каждый луч имеет раскрыв приблизительно ± 30° и наклонен относительно вертикальной оси на 30°.

Оптическая головка передатчика вращается, таким образом, лучи охватывают все измерительное пространство. Скорость вращения каждого передатчика – уникальный идентификатор, который позволяет отслеживать приемники и выделять сигналы от каждого конкретного передатчика. Третий оптический сигнал излучается передатчиком в начале каждого круга вращения. Этот широкий стробирующий импульс служит сигналом синхронизации для приемников. Вертикальный раскрыв лучей, горизонтальный раскрыв строба и дальность для лазеров и оптического строба определяют измерительное пространство, покрываемое одним передатчиком.

Приемник, находясь в измерительном пространстве, обнаруживает и обрабатывает эти сигналы от каждого видимого передатчика. Начальная обработка состоит из измерения времени между лазерными засветками приемника и времени между последней лазерной засветкой и стробом. Эти данные называются интервалами. С того момента, как известны характеристики передатчика, интервалы могут быть преобразованы в угловые данные, которые представляют горизонтальные углы, образующиеся между двумя лазерными засветками и стробом и следующей лазерной засветкой. Так как угол наклона между двумя веерообразными лучами известен, угловые данные пересчитываются к азимутальной и угломестной координате относительно передатчика. Сочетание величин азимута и угла места, измеренных от приемника к передатчику, определяет линию в пространстве, проведенную от передатчика к приемнику. Когда приемник видит два и более передатчика, положение приемника может быть вычислено, используя метод

триангуляции, при условии, что передатчики объединены в сеть с известными точками стояния. Процесс установки и монтажа системы iGPS определяет положение и ориентацию каждого передатчика во внутренней сети.

Имея угловые данные от двух и более передатчиков, и зная положение и ориентацию каждого передатчика можно вычислить положение приемника в 3D измерительном пространстве. Эти координаты вычисляются при помощи встроенного программного обеспечения, и могут быть переданы в сторонние программы обработки. Кроме того, существует возможность получать координаты приемников при помощи портативных «наладонных» ПК.

Основные компоненты системы

• Лазерный передатчик (возможно одновременное использование до 16 излучателей)
• Ручной датчик. Система допускает использование различных датчиков: Датчики положения для определения 3-х или 5-и степеней свободы в точке крепления (сигналы с датчиков через усилитель-формирователь посылаются на компьютер)
• Станция приема сигналов от источников и передачи данных на компьютер в режиме Wireless Wi-Fi (возможна передача по кабелю с присвоением каждому датчику IP-адреса)

Программное обеспечение

Система iGPS работает под управлением программного обеспечения Workspace, которое разработано для создания, редактирования и управления рабочим пространством, определенным передатчиками, приспособлениями, оснасткой и математическими моделями. Workspace обеспечивает возможность одновременного управления несколькими различными конфигурациями и наборами измерительных средств iGPS. Управление и обработка данных интуитивно понятны и предельно просты. Вся настройка и калибровка оборудования осуществляются в программе Workspace.

Кроме программы Workspace, возможно управление и обработка данных при помощи программ сторонних производителей, при наличии управляющих программ (драйверов), обеспечивающих двусторонний обмен данными. Для iGPS такими программами являются Metrolog II фирмы Metrologic, Build It! фирмы Maya Metric и Spatial Analyzer фирмы New River Kinematics. Программа Spatial Analyzer рекомендована производителем системы iGPS и поставляется в комплекте с аппаратной частью, наравне с внутренним ПО.

Основные пользователи

- Boeing – Авиастроение

- Lockheed Martin – Авиастроение

- Airbus – Авиастроение

- NIST (National Institute of Standards and Technology) – Исследования в области робототехники

- MIT (Massachusetts Institute of Technology) – Исследования в области робототехники

- University of Texas – Исследования в области автоматизации производства

- University of Miami - Геофизический анализ

- Carnegie Mellon University - Исследования в области мобильной робототехники

- Cornell University - Исследования в области робототехники

- University of Tokyo - Исследования в области виртуальной реальности

- DGA – Моделирование в судоходстве

- Stratekso - Контроль шлифовальных машин

- VMT – Измерения в тоннелях

Технические характеристики

Зона покрытия одного излучателя: до 110 м

по горизонтали: 360°

по вертикали: ± 25°

Точность определения углов: 1”

Точность определения координат:

датчик положения: 0,06 мм

ручной жезл: 0,08 мм*

Частота определения координат: 40 – 50 Гц

Интерфейс связи: проводной, радиоканал.

Минимальное число передатчиков: 2

* - приведены данные для измерения в 10-метровом пространстве, данные могут различаться при разных конфигурациях

Характеристики внутрицеховой системы автоматического позиционирования Indoor GPS

• — Производитель: Nikon
• — Страна производитель: Бельгия