대형 구조물의 측량에 널리 사용되는EDM(Electro-optical distance meter,광파 거리 측정기)의 측정값이 신뢰성을 가지기 위해서는 반드시 EDM의 교정이 필요하다. 본 연구에서는 EDM의 교정을 위한 소급체계를 확립하였는데, 이는EDM이 미터 정의로 부터의 소급성을 가지게 하는 것을 의미한다. 미터 정의에 따라 길이 표준기로 사용되는 요오드 안정화 헬륨네온 레이저로 레이저 간섭계를 교정하고, 이 레이저 간섭계로 기준 EDM을 교정한 후, 기준 EDM과 기선장에 의해 교정 대상 EDM이 교정됨으로써 미터 정의로의 소급성을 유지한다. 레이저 간섭계를 이용한 EDM의 배율과 길이 측정값에 대한 교정 불확도는 각각 6$\times$$10^{-6}$과 0.2 mm이다. 기선장을 이용한 교정법과 EDM의 변조 주파수를 교정하는 교정법을 병행하여 그 결과를 비교하였다.
대형 구조물의 측량에 널리 사용되는EDM(Electro-optical distance meter,광파 거리 측정기)의 측정값이 신뢰성을 가지기 위해서는 반드시 EDM의 교정이 필요하다. 본 연구에서는 EDM의 교정을 위한 소급체계를 확립하였는데, 이는EDM이 미터 정의로 부터의 소급성을 가지게 하는 것을 의미한다. 미터 정의에 따라 길이 표준기로 사용되는 요오드 안정화 헬륨네온 레이저로 레이저 간섭계를 교정하고, 이 레이저 간섭계로 기준 EDM을 교정한 후, 기준 EDM과 기선장에 의해 교정 대상 EDM이 교정됨으로써 미터 정의로의 소급성을 유지한다. 레이저 간섭계를 이용한 EDM의 배율과 길이 측정값에 대한 교정 불확도는 각각 6$\times$$10^{-6}$과 0.2 mm이다. 기선장을 이용한 교정법과 EDM의 변조 주파수를 교정하는 교정법을 병행하여 그 결과를 비교하였다.
In order for the measurement results of an electro-optical distance meter(EDM), which is widely used in surveying, to be reliable, an EDM should be calibrated. For the calibration of an EDM, we have settled a traceability chain, which connects the EDM under calibration to the definition of metre. Th...
In order for the measurement results of an electro-optical distance meter(EDM), which is widely used in surveying, to be reliable, an EDM should be calibrated. For the calibration of an EDM, we have settled a traceability chain, which connects the EDM under calibration to the definition of metre. The chain starts from the iodine stabilized He-Ne laser which realizes the definition of metre, and then connected to a stabilized laser interferometer, a standard EDM, and finally to the EDM under calibration through the baseline. We achieved the expanded calibration uncertainties of the scale and length measurement of an EDM being evaluated to be 6$\times$10$^{-6}$ and 0.2 mm, respectively. Two different calibration methods, and their results are compared.
In order for the measurement results of an electro-optical distance meter(EDM), which is widely used in surveying, to be reliable, an EDM should be calibrated. For the calibration of an EDM, we have settled a traceability chain, which connects the EDM under calibration to the definition of metre. The chain starts from the iodine stabilized He-Ne laser which realizes the definition of metre, and then connected to a stabilized laser interferometer, a standard EDM, and finally to the EDM under calibration through the baseline. We achieved the expanded calibration uncertainties of the scale and length measurement of an EDM being evaluated to be 6$\times$10$^{-6}$ and 0.2 mm, respectively. Two different calibration methods, and their results are compared.
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제안 방법
EDM 기기 영점오차 중에서 반복도를 결정하는 중요한 요인인 주기오차를 레이저 간섭계를 이용하여 측정하였다. 주기오차는 변조파의 반파장마다 반복성을 보였으며 진폭이 약 0.
EDM의 교정을 위해서 미터 정의에 의한 일차적인 기준 기인I2에 주파수 안정된 He-Ne 레이저에서부터 레이저 간섭계, 기준 EDM, 기선장, 피교정 EDM으로 이어지는 소급체계를 구성하였다. 소급체계의 각 단계를 연결하기 위해서는 각각의 단계에 대한 교정이 이루어져야 한다.
EDM의 교정을 위해서 미터 정의에 의한 표준기인 12에 주파수 안정된 He-Ne 레이저에서부터 레이저 간섭계, 기준 EDM, 기선장, 피교정 EDM으로 이어지는 소급체계를 구성하였다. 길이 50 m 구간에서 레이저 간섭계를 이용하여 EDM의 길이와 배율을 각각 0.
03로서 제작 회사에서 제공한 제원은 표 2와 같다. EDM의 배율을 교정하기 위하여 그림 2의 실험장치에서 이송대를 50 m 구간 을 1 m 간격으로 이동하면서 레이저 간섭계와 EDM으로 동시에 이송대의 변위를 측정하였다. 그림 4(a)의 검은 사 각형(#)은 레이저 간섭계 측정값 대비 EDM의 측정값을 나타내고 실선은 최소자승법으로 선형 맞춤한 결과이다.
레이저 간섭계는 nm의 분해능과 이에 상응하는 정확도로 측정이 가능하다. 그러므로 여기서는 레이저 간섭계를 이용하여 EDM의 배율을 교정하였다.
그림 2의 50-m 레이저 간섭계를 이용하여 구한 EDM의 배율을 신뢰하기 위해서는 측정의 불확도 분석이 필요하다. 또한 간섭계를 이용하여 얻은 배율은 변조 주파수를 측정하는 방법으로 얻은 배율과 비교하였다.
배율의 교정이 가능한 세 가지 교정 방법을 - 간섭계를 이용한 방법, 변조주파수를 측정하는 방법, 기선장을 이용하는 방법 - 비교하였다. 표본으로 배율을 교정한 EDM의 경우에는 세 가지 방법 모두에서 배율이 크게 측정되었다.
소급체계의 각 단계를 연결하기 위해서는 각각의 단계에 대한 교정이 이루어져야 한다. 이미 교정체계가 확립된 경우에는 그 절차에 의해 교정을 실시하였고 아직 교정체계가 완성되지 않은 졍우에는 새로운 교 정절차와 불확도 분석을 통해 교정을 실시하였다. 레이저 간섭계를 이용하여 50 m 구간에서 확장불확도가 0.
주파수 대역폭이 1 GHz인 포토다이오드(Hamamatsu, C5658)와 주파수의 상대적인 안정도가 1.5xi(y'3인 주파 기 표준기(HP-5071A)를 이용하여 EDM의 변조 주파수를 측정하였다. EDM의 전원을 켠 처음 30분 동안은 주파수가 약 20 Hz이상 크게 변하는 것을 관찰할 수 있었다.
측정오차를 살펴보기 위해 그림에서는 기준거리와의 차이를 보여주고 있다. 측정이 시작될 때 온도와 압력을 입력하는 방식으로 EDM 자체의 공기굴절률 보정기능을 사용하였다. 그림 8의 측정 값은 EDM의 배율교정을 하지 않은 결과이다.
대상 데이터
실험에 사용한EDMe 레이저 빛을 50 MHz로 변조하고 변조주파수의 위상을 통해 길이를 측정한다. EDM의 변조 주파수가 변하면 EDM의 기준 눈금인 변조파장이 따라서 변하게 된다.
성능/효과
측정결과에서 유의해야 할 점은 표준편차가 고정된 측정점에대한 반복도에 비해 크다는 것이다. EDM 과 타겟이 일단 설치된 상태에서는 EDM으로 반복도가 0.1 mm정도이고 그림 5에서 주기오차도 0.1 mm이내임을 확인했다. 그러므로 표준편차의 중요 요소가 장비의 성능이 아니라 설치 방법 등과 같은 개인적인 요인에 의한 것임을 시사한다.
레일의 직진도는 전 구간에서 2 mm 이내이다. 무선으로 조정되는 이송대가 레일을 따라 이동을 하며, 전 측정구간에서 스테이지의 피치(pitch)는 최대 200초로 측정되었다. 이송대위에는 간섭계의 측정부에 해당하는 코너큐브(comer cube, CC), EDM의 타겟 코너큐브(CCm), 광학 현미경과 무선으로 현미경의 영상을 전송하는 전자 장치 등이 설치되어 있다.
1 mm라고 할 수 있다. 이에 비해 기선장을 이용한 EDM의 교정을 통해 얻은 표준편차는 0.71 mm로 기계의 반복도에 비해 7배정도 크게 나타났다. 이는 대부분이 장비를 설치하면서 생긴 개인오차라고 판단된다.
후속연구
또한 피교정 EDM으로 측정하는 회수를 충분히 많이 하여 평균값의 표준편차를 줄여야 한다. 반사경을 이용하여 광경로를 지금의 4배로 늘리고 3개의 정밀온도계를 설치하여 50 m 구간의 온도 분포를 측정하여 보정하도록 간섭계를 이용한 교정장치를 개선하면 배율 즉정의 불확도를 1 ppm이하로 줄이는 것이 가능할 것이다.
참고문헌 (11)
국제도량형위원회 (1999), 국가측정표준 및 국가표준기관의 교정 및 측정 성적서에 관한 상호 인정협약
박경식, 이현직, 함창학 (2003), 시설물측량에서의 무프리즘 토털스테이션 활용성 연구, 한국측량학회지, Vol. 21, pp. 155-164
정낙삼 (1998), 측정불확도 표현지침, 한국표준과학연구원, 대전
정낙삼 (2003), 국제 측정학 용어집, 한국표준과학연구원, 대전
조재명, 윤홍식, 이원춘 (2004), 정밀 기선장 관측에 의한 EDM장비의 영점오차와 축척오차의 결정, 한국측량학회지, Vol. 22, No.2, pp. 137-143
한국산업규격 KSB 5632 (1999), 광파 거리 측정기-옥외에서의 성능 측정 방법, 한국표툰협회
Brown N., Veugen R., Beek G-J., and Hugers R. F. H. (2003), Recent work at NML to establish traceability for survey electronic distance measurement (EDM), Proceedings ofSPIE, Vol. 5190, pp. 381-390
ISO 12857-3 (1997), Optics and optical instruments-Geodetic instruments-Field procedures for determining accuracy-Part3: Electro-optical distance meters, International Organization for Standardization
ISO 17123-4 (2001), Optics and optical instruments-Field procedures for testing geodetic and surveying instruments-Part4: Electro-optical distance meters, International Organization for Standardization
ISO (1993), International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology (VIM), BIPM, IEC, IFCC, ISO, illPAC, IUPAP, OIML
Danzer K. and Currie L. A. (1998), Guidelines for calibration in analytical chemistry, Pure and Appl. Chem. Vol. 70, No. 4, pp. 993-1014
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