Coordinate systems and geodetic measurements in industrial measurements
Endüstriyel ölçemelerde koordinat sistemleri ve jeodezik ölçmeler
- Tez No: 609997
- Danışmanlar: PROF. DR. RAHMİ NURHAN ÇELİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Teknelerin şasesinin ve değirmenlerin döner şaft tesislerinin montajı, büyük motorlarda veya uçaklarda deformasyonların ölçülmesi gibi birçok endüstriyel uygulama ve kurulum faaliyetlerinde, tüm bu tür çalışmalarda, milimetre altı doğrulukta diğer bir değişle çok yüksek hassasiyette yüzey ölçümleri yapılması gerekmektedir. Yüksek doğruluk seviyesine ulaşmak için, ölçüm teknikleri ve matematiksel hesaplamalarda daha yüksek hassasiyete ve hatta farklı yaklaşımlara sahip cihazlara ihtiyaç duyulmaktadır.“Endüstriyel makine ve bilimsel aparatların konumlandırılması, aynı zamanda hizalanması için hassas ölçme tekniklerinin kullanılması”anlamına gelen Endüstriyel Metroloji terimi, bu bilim alanını tanımlamak için kullanılmaktadır. Yüksek hassasiyetli ölçümlerde en önemli ihtiyaçlardan biri kullanılan Koordinat Sistemleri'dir. Her endüstriyel metroloji projesinde, bu sistemler ölçüm cihazları veya monte edilen parçalarla ve hatta dış sabit bir çerçeveyle ilgili olabilecek birden fazla koordinat sistemine sahiptir. Bu farklı koordinat sistemleri arasında esnek, kolay ve doğru bir dönüşüm, endüstriyel metrolojinin gerektirdiği yüksek doğruluk standartlarını elde etmek için çok önemlidir. Bu çalışmada, bilirkişinin endüstriyel metrolojide karşılaştığı bazı temel konuları ve matematiksel çözümü tartışılmaktadır. Bu çözümleri uygulamak için Python programlama dili kullanılarak bir yazılım geliştirilmiş ve son olarak tüm çalışmalar bir örnek uygulama kapsamında incelenmiştir. Endüstriyel metrolojide kullanılan farklı koordinat sistemleri olması nedeniyle, iki sistem arasındaki dönüşüm parametrelerini mümkün olan en yüksek serbestlik derecesinde istenilen durumlarda hesaplayabilmek için rutin çalışan bir dönüşüm programına ihtiyaç vardır. Bu parametreler herhangi bir koordinat sisteminde belirli ihtiyaçlar doğrultusunda koordinatların hesaplanmasını sağlar. Bu amaca uygun olarak dönüşümde geometrik doğruluğu koruyan 7 parametreli Helmert dönüşümü kullanılması tercih edilmiştir. Bu yüzden, bu çalışmaya Helmert dönüşümünün matematiksel modeli, dönüşüm matrislerinin nasıl hazırlanacağı ve sonuç olarak elde edilen dönüşüm parametreleri için doğruluk tahmini konularında bilgiler vererek başlanmıştır. Bundan sonra, referans ve hedef koordinat sistemleri arasındaki dönüşümü gerçekleştirmek için bu parametreler referans olarak kullanılacaktır. Bir sonraki adım, bilinmeyen koordinatları, sadece açılar olmadan bilinen noktalara olan mesafeleri ölçerek hesaplamak için kullanılabilecek kenar ölçmeleriyle geriden kestirme tekniğini tanıtmak biçiminde yapılandırılmıştır. Bu, açı ölçmesinin yapılamadığı durumlarda, endüstriyel parçaların ölçülmesinde ve montajında çok önemlidir. Endüstriyel ölçmeler sırasında bazı durumlarda ölçülen parçaların ya da objelerin boyutları ya da görünürlükleri nedeniyle ölçülmesi mümkün olmayabilir, bu durumlarda hassas lazer metreler kullanılarak koordinatları iyi bilinen noktalardan yararlanarak çözüm üretmek mümkün olabilir. Bu aşmadan sonra, tezin ilerleyen bölümünde koordinatları hesaplamak için, nispeten kolay bir görev olan ancak endüstri uygulamaları için çok büyük önem arz eden noktaların işaretlenmesi konusu tartışılmıştır. Çünkü çoğu durumda nokta koordinatlarının bir dizi çeviri ve açıyla yorumlanması gerekebilir; yapay kolların kinematik hareketlerinin programlanması buna bir örnek olarak düşünülebilir. Nokta koordinatlarını belirlemek, sahada istenilen noktaların fiziksel konumlarını göstermek için ölçmelerin yapılması gerekebilir. Bu ölçmeler genellikle referans noktası - istasyon noktası ile hedef nokta arasındaki mesafe ölçmeleri, (yatay veya eğimli) yatay ve düşey açılardır. Bu çalışmanın nihai amacı, endüstri ölçmeleri yapan mühendislere bilgisayar ortamında 3 Boyutlu çalışabilecekleri ve yaptıkları ölçmelerin doğruluklarını görebilecekleri yardımcı bir yazılım aracı sağlamaktır. Bu kapsamda geliştirilen ve“BLACK CAT”olarak isimlendirilen yazılım tezin ilerleyen bölümünde tanıtılmakta ve kullanılan matematiksel altyapısı aktarılmaktadır. Black Cat yazılımı, bu tez için Python dilinde geliştirilen açık kaynaklı bir bilgisayar programdır, açık kaynak kodlu bir uygulama olduğundan, istenildiğinde metroloji ve endüstriyel tesislerle ilgili diğer birçok sorunun çözümü için geliştirilebilir. Bu yazılım aracılığıyla yapılan ölçmeler sahada yapılan diğer ölçmelerle ilişkilendirilebilir. Black Cat yazılımının yapısı, bölüm 3.4.5'te verilmiştir. Bu bölüm incelendiğinde endüstriyel ölçmenin dört temel problemini çözmek için oluşturulan 4 ana rutin bir arayüz ile birleştirilerek bu rutinlerin etkileşimli olarak kullanımı sağlanmaya çalışmıştır. Black Cat yazılımının kullanabilmek için, bilgisayarda Python 3.6 veya daha üstü yüklü olmalı özellikle“numpy”,“math”,“mpl_toolkits.mplot3d”,“matplotlib.pyplot”,“matplotlib”,“pyQt5”,“subprocess”kütüphaneleri kullanıma hazır olmalıdır. Bu kütüphanler Python yazılımının yüklenmesinden sonra CMD penceresinden (pip install command) kullanılarak yüklenebilir. Balck Cat yazılımı bir zip dosyası kullanılarak bilgisayara yüklenebilir ve doğrudan kullanılabilir. Yazılma ilişkin kodalar tezde ayrıntılı olarak verilmiştir. Bu tez kapsamında Geomatik Mühendislerinin endüstriyel ölçmeler alanında karşılaşabileceği bazı temel sorunlara çözüm getirilmiştir. Metroloji'deki farklı koordinat sistemleri ve sektördeki uygulamalar Geomatik Mühendisliği faaliyetlerin önemli bir parçasıdır. Her zaman doğru koordinat sistemlerini sahada oluştutmak ve bunları birbiriyle doğru dönüşüm parametreleriyle ilişkilendirebilmek gerekir. Bu nedenle Black Cat yazılımında bulunan mesafeye dayalı kestirme yeteneği uygulama alanında oldukça yararlı bir araç olarak kullanılabilir. Hassas lazer metre ölçerler dar alanlarda ve ölçülecek parçaların zor görünürlüğünün zor olduğu durumlarda oldukça yararlı olabilir. Bu tür ölçmelere gereksinimi endüstriyel ölçme ve makine kurulumlarında çok yaygın olmakla birlikte gerektiğinde farklı mühendislik problemlerin çözümünde de kullanılabilir. Ayrıca belirtmek gerekir ki Black Cat yazılımı açık kaynaklı ve kullanımı ve geliştirilmesi kolay bir dilde (Python Dili) geliştirilmiş, esnek kullanımının sağlanabilmesi için ayrı komut dosyaları biçiminde olarak yazılmıştır. Bu yüzden gerekirse bu komut dosyalarını başka herhangi bir yazılıma entegre etmek kolay olabilecektir. Black Cat, nesne noktalarını çizme ve bunları birbirine bağlama yeteneğine sahiptir, aralarındaki topolojik ilişkileri tanımlayarak, bu ilişkilerle, kaynak nokta ile bağlanacak hedef noktaları seçebilir, bu ilişkilerin CSV giriş dosyaları aracılığıyla düzenlemesine olanak verir. Tezde detaylı olarak anlatıldığı gibi, nesne koordinatları birincil ve hedef koordinat sistemlerine olarak ele alınmaktadır. Tüm Black Cat sonuçları, doğruluk tahmini dosyaları ile birlikte CSV formatında dosyalara kaydedilir. Doğruluklar ölçümlerin ve hesaplamaların kalitesini değerlendirmek için önemlidir. Bu nedenle sonuçlar her zaman ölçme ve değerlendirme sonrası kontrol edilmelidir. Black Cat, istendiğinde endüstriyel araştırma ihtiyaçlarının gerektirdiği diğer görevleri de yerine getirmek için daha da geliştirilebilir. Temel geliştirmelerden biri, CSV dosyalarına ihtiyaç duymadan noktaları kolayca CAD ortamına aktararak AutoCAD ve benzeri yazılımlarda kullanılması sağlamak olabilir. Daha sonraki geliştirmelerde doğrudan Total Station, Lazer Tracker vb. ölçme aletlerine bağlanabilen, bu aletlerle konuşabilen, bu aletlerin standart veri yapıları ile kullanılabilen versiyonlarının oluşturulması olabilir. Böylece Black Cat endüstriyel ölçmelerde gerçek zamanlı uygulamalara olanak veren bir yazılıma dönüştürülebilir
Özet (Çeviri)
Many industrial applications and installation activities like assembling boats chassis, mills rotary shafts installations or even measuring deformations in big motors or airplanes, all these kind of works need survey measurements with very high degrees of accuracy like of sub-millimeter degree, to achieve such a high level of accuracy we need devices with higher sensitivity and even different approaches in measuring techniques and mathematical calculations. The term Industrial Metrology which is (using precise measurements techniques for positioning and aligning industrial machines and scientific devices) (Ogundare, 2016) is used to describe this field of science. One of the most important needs in the high accuracy measurements is the Coordinate Systems that we are using. Every industrial metrology project has more than one coordinate system these systems might relate to the measuring devices or to the installed parts or even to an outside fixed frame. A flexible, easy and accurate conversion between these different coordinate systems is very important to achieve high accuracy standards required by industrial metrology. In this thesis an industrial measurement program to calculate transformation parameters using Helmert 3D transformation as well as applying these parameters to calculate the coordinates according to different coordinating systems will be introduced , beside that this application will present an option for space resection which is used to calculate the coordinates of specific point depending on its relative distances to well-known coordinate points , this option is extremely important in some industrial applications where making the typical resection or intersection methods are not possible for so many reasons like small spare part sizes or visibility conditions . also an option for listing a parameters for points setting up (like distance and angles between the observations points and the target points) will be included, this option is useful in programing the artificial arm mechanical section so all of the translations in the mechanical arms has to be translated into relative angular and distance measurements. And lastly all the work will be examined through examples in every step of this thesis.
Benzer Tezler
- Yersel fotogrametride analog analog-analitik ve analitik değerlendirme yöntemlerinin yapı konstrüksiyon deneylerinde uygulama olanakları
The Applicability in structural model testing of analog, analog-analytical and analytical restitution methods in close range photogrammetry
GÖNÜL TOZ
- Comparison of satellite positioning techniques on unmanned aerial vehicle based photogrammetry
İnsansız hava aracı ile fotogrametride uydu konumlama tekniklerinin karşılaştırılması
ERSİN TURAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİHTER EROL
- İstanbul-Paşaköy-B.Bakkalköy arası enerji nakil hattı kamulaştırma bilgi sistemi pilot çalışması
Başlık çevirisi yok
NURAY BAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GONCA COŞKUN
- Telekomünikasyon sektöründe kullanılan ek odaların sokak düzeyi görüntülerinden tespit edilmesi
Detection of manholes from street-level imagery in telecommunication business
AHMET EĞRİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CANER GÜNEY
- İki ve üç boyutlu farklı robotik sistemler arasında kinematik dönüşüm analizleri
Kinemati̇c transformation analysis between two and three dimensional various robotic systems
MUSTAFA SEZER ÖZMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRİ HAKAN DENLİ