Ontwerp en bouw van een
kalibratiebank voor precisie-
[invar-]waterpasbaken
door ir. D. C. de Bruijn, medewerker aan de Faculteit der Geodesie van de Technische
Universiteit Delft.
SUMMARY
Development of an instrument for the calibration of precision levelling staffs
In the temperature controlled verification room at the Faculty of Geodetic Engineering, Technical University
Delft a horizontal comparator for the automatic and dynamic calibration of line-gradations on levelling staffs
has been constructed. During measurements the symmetrical position of each passing line under a special
developed electro-optical sensor is triggered to a Heidenhain-detector and read-off in incremental steps of
0,5 micrometer. Discussed are basic principles of design, tolerances for straightness, flatness and paral
lelism, precision requirements and the measuring procedure. Tabulated corrections are produced with
0,005 mm accuracy.
1. Aanleiding
In overleg met de afdeling NAP van de Meetkundige
Dienst (MD) van de Rijkswaterstaat is in 1986 een onder
zoek gestart naar de mogelijke bouw van een kalibratie-
bank voor precisiewaterpasbaken. De behoefte hieraan
was bij de MD ontstaan uit vermoede onzuiverheden in
de streepverdelingen, aangebracht op de 2 of 3 meter
lange invarbaken.
Indien de ligging van de halve of hele centimeterstreepjes
afwijkingen vertoont ten opzichte van de nominale waar
den (zowel onderling als met betrekking tot de voet van
de baak), kunnen deze oorzaak zijn van onacceptabele
sluitfouten bij verrichte primaire (kring)waterpassingen in
geaccidenteerd terrein.
In tegenstelling tot waterpassing in vlakke gebieden
wordt bij hellingen immers per slag met de optische
micrometer op een hoge en een lage baakwaarde in
gesteld; vooral systematische verdeelfouten in een of
beide baken werken dan door in het berekende hoogte
verschil.
De conventionele methode om met een standaardmaat
van 1 meter (normaalmeter) onder twee microscopen
steekproefsgewijs een aantal baakstrepen te vergelijken,
levert onbevredigende resultaten op (de zogenaamde
„gemiddelde meterverbetering"), omdat hiermee, be
houdens systematische tendensen, geen onregelmatige
verdeelfouten worden gevonden. Als deze strepen dan
bovendien bij het fabricageproces met een 1 meter
sjabloon of freesmachine zijn aangebracht, blijven voor
komende sprongovergangen van vele tientallen microns
(1pm 0,001 mm) onontdekt [1], De precisie van het af
lezen op de baak bij nauwkeurige deformatiemetingen
wordt hiermee overschreden.
De mogelijkheid om de streepafwijkingen individueel te
bepalen, bleek tot dusver bij bestaande lengtemeetlabo-
ratoria in Nederland praktisch en economisch niet aan
wezig. Oorzaken hiervan zijn de massale vorm van een
baakhuis met de invarstrip liggend in een sponning en de
forse afmetingen van de streepjes (±1-3 mm breed en
±5-8 mm lang).
Nadat een onderzoek was gedaan naar de gegevens-
behoefte aan kalibratie, werd via studie van buitenlandse
literatuur voor een derdejaars geodetisch student een
case-study geformuleerd naar de constructie- en opstel-
lingseisen van een kalibratiebank. In 1988 is een begin
gemaakt met het ontwerpen van een horizontale op-
418
stelling. De gefaseerde opbouw van de bank in de zoge
naamde „ijkruimte" van het Geodesiegebouw te Delft
(waar ook meetbanden van staal en invar tot 50 meter
lengte kunnen worden nagemeten) heeft enkele jaren in
beslag genomen, onder meer ten gevolge van het vele
benodigde instrumentatie- en afregelingswerk op het ge
bied van de geometrische meettechniek. De kalibratie
bank, voorzien van een streepdetector (sensor), een
dynamisch meet- en registratiesysteem en een geauto
matiseerd verwerkings- en presentatieproces, is onlangs
in gebruik gesteld.
2. Begrippen
a. Kalibratie
Hieronder wordt verstaan het vergelijken van een onbe
kende of minder goed bekende lengte met een nauw
keurig bekende („hogere") lengtestandaard en het hier
uit vaststellen van systematische afwijkingen (zowel het
teken als de grootte). Indien dit vergelijken geschiedt op
wettelijke basis, spreekt men van „ijken" (door een in
stantie belast met het uitvoeren van de IJkwet; in Neder
land opgedragen aan het Nederlands Meet Instituut).
b. Comparatieprincipe
De bij kalibratie benodigde meetopstelling berust op een
of meer van slechts drie basisopstellingen, de zoge
naamde comparatieprincipes: transversaal, longitudinaal
en longitudinaal volgens Abbe.
Elk principe reageert verschillend op vooral geleidings-
fouten bij de verplaatsing van de meetwagen en op daar
bij eventueel optredende doorbuigingen van de opge
stelde meetbrug. De gevolgen van deze fouten zijn afwij
kingen van de eerste en tweede orde (de laatste categorie
is meestal te verwaarlozen). Voor een dynamisch meet
systeem van baakstreepjes is het transversale principe
nadelig en onpraktisch. Hierbij is een dwarse verplaat
sing van de meetwagen nodig onder een meetbrug met
twee microscopen die daarbij telkens in een andere
onderlinge afstand moeten worden geplaatst [2],
Bij de longitudinale opstelling volgens Abbe (Duits fysicus
in de tweede helft vorige eeuw) liggen op een meetwagen
de lengtestandaard s en de te meten verdeling o in
eikaars verlengde. Van beide wordt telkens met twee
microscopen (opnemers) een tweetal streepmaten onder
een meetbrug doorgeschoven (fig. 1
NGT GEODESIA 91 - 10
