Determinação da posição de referências fixas por multilateração sequencial aplicada a um sistema indoor-gps

Abstract

O campo da geodésia industrial pode ser definido como a metrologia de grandes máquinas e estruturas. Tarefas típicas neste âmbito são as de alinhamento e posicionamento de estruturas, assim como a inspeção geométrica de componentes de grande porte. Dentro deste escopo, a medição com baixa incerteza de comprimentos e, em especial, de coordenadas espaciais em escalas de 5 m até 100 m tornou-se um requisito de rotina em indústrias como naval e aeronáutica. Com o objetivo de melhorar o desempenho do produto, reduzir tempos e custos e eliminar retrabalho, tem-se definido requisitos cada vez mais rigorosos para a fabricação e montagem de peças grandes e complexas. A multilateração sequencial com LaserTracer é uma técnica potencialmente capaz de realizar a medição de coordenadas espaciais com baixa incerteza e garantia da rastreabilidade direta à definição do metro. O presente trabalho de pesquisa se propõe então a desenvolver uma técnica de medição por multilateração sequencial com LaserTracer, onde a configuração da medição é otimizado por meio de simulação computacional, voltada ao sistema indoor-GPS. A sequência de ações visando a atingir os resultados consiste de: desenvolvimento dos algoritmos computacionais necessários; realização do experimento e análise dos resultados. Em primeiro lugar, é desenvolvido o algoritmo que calcula, a partir das distâncias medidas com o LaserTracer, as coordenadas espaciais dos pontos-alvo. Um segundo algoritmo estima a incerteza de medição das coordenadas espaciais calculadas pelo método da simulação de Monte Carlo. O último algoritmo procura otimizar a distribuição das estações de medição para uma dada configuração dos pontos-alvo. Um experimento foi realizado visando a investigar a viabilidade e a funcionalidade da técnica em questão. Os resultados experimentais confirmam a viabilidade da técnica. As simulações realizadas indicam que é possível atingir incertezas experimentais inferiores àquelas das técnicas tradicionais de geodésia industrial <br>

The field of large volume metrology may be defined as the metrology of large machines and structures. Its typical tasks include alignment and positioning of structures, as well as geometrical inspection of large components. In this context, the low-uncertainty measurement of lengths and, particularly, 3D coordinates in ranges from 5 m up to 100 m has become a routine requirement in shipbuilding and aircraft industries. Intending to enhance product#s performance and to reduce time, costs and rework, the industry has been narrowing tolerances for the manufacturing and assembling of large parts. Multilateration using a LaserTracer is a technique potentially capable of performing the measurement of 3D coordinates with low uncertainty and assuring direct traceability to the definition of the meter. Thus, this work intends to develop a sequential multilateration technique using a LaserTracer oriented to an indoor-GPS system, where the measurement setup is optimized through computer simulation. The sequence of actions for achieving the goal is: algorithms development; experimental procedure and results analysis. Firstly, the algorithm that calculates the target-points# coordinates using the measured lengths as input is developed. The second algorithm estimates the measurement uncertainty by means of a Monte Carlo simulation. The third algorithm tries to optimize the measuring stations distribution given the positions of the target-points. An experiment has been carried out in order to investigate the feasibility and performance of the technique. The experimental results confirm its feasibility. Simulations suggest that it is possible to achieve experimental uncertainties lower than those of traditional large volume metrology techniques.