Riflettori topografici – White paper

Caratteristiche e fattori di influenza

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Marzo 2009

Junyu Mao e Daniel Nindl Leica Geosystems AG

Heerbrugg, Svizzera

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Riflettori topografici – Caratteristiche e fattori di influenza Daniel Nindl e Junyu Mao

Sintesi Il presente documento illustra le caratteristiche dei riflettori topografici di cui l'operatore deve tener conto per garantire la massima qualità e le migliori prestazioni durante i rilievi topografici. Vengono dapprima descritte le proprietà e le differenze che caratterizzano i prismi circolari e i riflettori a 360°. In particolare viene spiegata la struttura dei riflettori e il motivo per cui hanno costanti diverse e vengono descritte le applicazioni tipiche di ciascuno riflettore. Quindi vengono specificate le proprietà che influiscono sulle misure angolari e della distanza, ad es. il rivestimento antiriflesso. Infine viene sottolineato quali aspetti continuano a dipendere dall'operatore, in particolare la correttezza dell'installazione dello strumento topografico e la qualità del basamento e del treppiede utilizzati.

Introduzione I caposaldi per i rilievi, in particolare i riflettori, sono accessori importanti per numerose applicazioni topografiche. Generalmente gli operatori non considerano l'influenza dei riflettori sulle misure. Ma per ottenere un buon livello di precisione e affidabilità è indispensabile tenere in considerazione tutti i fattori che possono influire sulle misure. Solitamente si considerano con grande attenzione le specifiche tecniche e la precisione della stazione totale, ma troppo spesso non si attribuisce una rilevanza sufficiente alla funzione degli accessori rispetto all'applicazione che si vuole realizzare e ai conseguenti risultati. Molte applicazioni richiedono coordinate 3D comprese entro un campo di alcuni centimetri, mentre altre, quali l'allineamento delle macchine o la misura della deformazione di oggetti sensibili, richiedono precisioni molto più elevate. Per queste ultime è indispensabile effettuare un'analisi approfondita dell'incidenza e della gestione delle potenziali fonti di errore. Il presente documento riassume i fattori chiave dei riflettori per i rilievi topografici che possono influire sulle misure, sia quelle angolari che le misure della

distanza. La precisione di centratura e l'allineamento geometrico rispetto all'asse di collimazione degli strumenti sono due esempi di fattori che possono influire in modo determinante sui risultati dei rilievi. Ignorarli significa generalmente ottenere misure di qualità scadente. Tutti i riflettori Leica Geosystems tengono conto di questi fattori fondamentali. Grazie a sofisticate tecniche di produzione e a un controllo rigoroso degli assemblaggi e della qualità, Leica Geosystems garantisce che i propri riflettori soddisfino i più alti standard qualitativi. La figura 1 illustra le tre fasi principali di una misura elettronica della distanza: la generazione del segnale, il tempo di volo fino al riflettore attraverso l'atmosfera e la riflessione del segnale. Il segnale EDM deve essere riflesso verso il ricevitore EDM e questo è il compito del riflettore. La sua importanza per il percorso di misura viene spiegata più avanti nel testo.

Figura 1 – Diverse fasi di una misura elettronica della distanza. Il presente White paper comprende tre sezioni principali:

Caratteristiche dei riflettori: si occupa della geometria e delle costanti dei riflettori

Generazione e percorso del segnale: descrive l'emissione e la diffusione del segnale EDM

Riflessione del segnale: i fattori di influenza includono: la precisione di centratura, la deviazione del raggio determinata dal riflettore, il rivestimento riflettente e antiriflesso per particolari lunghezze d'onda, la qualità del vetro e infine l'allineamento con l'asse di collimazione degli strumenti

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Caratteristiche dei riflettori Sono due le proprietà principali dei riflettori non soggetti a una misura di qualità. La prima è costituita dal tipo di riflettore e dalla sua struttura geometrica generale (a): i riflettori a 360° riflettono i segnali di misura provenienti da qualsiasi direzione mentre altri prismi, ad es. quelli circolari, devono essere allineati con l'asse di collimazione degli strumenti. La seconda è la costante del riflettore. (b) La costante del riflettore è una proprietà che caratterizza un

particolare modello e definisce il rapporto tra la misura della distanza e il punto di riferimento meccanico del riflettore (il supporto). Applicazioni diverse richiedono modelli diversi, ma che si tratti di riflettori circolari ad alta precisione, riflettori omnidirezionali a 360° o piccoli caposaldi, queste proprietà sono fattori determinanti per l'acquisto.

Figura 2 – La gamma dei riflettori topografici Leica Geosystems. In teoria la costante del riflettore è un valore costante e, se utilizzata correttamente, non influisce sulle misure. La geometria del riflettore dipende esclusivamente dal modello scelto.

Geometria del riflettore – Prismi circolari Molte operazioni di rilievo topografico vengono effettuate con i prismi circolari (vedere la figura 3). Generalmente questo tipo di prismi fornisce misure molto precise che richiedono specifiche rigorose. I riflettori a 360° sono stati sviluppati recentemente (in particolare per l'uso robotico). Lo strumento finora più usato per le misure topografiche è il prisma circolare, mentre gli strumenti automatizzati sono uno sviluppo più recente. Si può quindi affermare che molti operatori non utilizzano ancora gli strumenti motorizzati e che il prisma circolare, con la sua riflessione direzionale, è la soluzione ideale per le operazioni di misura (vedere la figura 10). Un prisma circolare è realizzato con un prisma di vetro a tre facce, i cui tre angoli sono levigati in modo da adattarsi perfettamente alla custodia circolare (vedere la figura 3).

Figura 3 - Prisma circolare costituito da una custodia circolare e un inserto di vetro; visto da diverse prospettive. L'offerta di Leica Geosystems prevede un modello per ogni particolare applicazione (vedere la figura 2), basta selezionare quello più adatto alla propria operazione di misura. Tutti i prismi circolari e i supporti (GPH1P, GPR121, GPR1 e GPH1) standard di Leica Geosystems hanno un diametro di 62 mm, una misura che consente un uso efficiente delle ottiche del ricevitore (il diametro del prisma viene impostato rispetto a quello del telescopio incluse le tolleranze). Questo aspetto viene definito come la capacità di riflessione del segnale del prisma. La figura 3 rappresenta un prisma circolare (GPR1 + supporto GPH1) smontato e visto da diverse prospettive. Da quando si utilizzano le EDM, Leica Geosystems offre diversi prismi circolari per soddisfare le esigenze specifiche dei propri clienti. Le installazioni fisse

Modello: GPH1P GPR121 GPR1+GPH1 Mini GMP101 GRZ122 GMP111

Immagine:

Materiale: Metallo Metallo Plastica Metallo Metallo Metallo Precisione di centratura:

0,3 mm 1,0 mm

2,0 mm 1,0 mm 2,0 mm 2,0 mm

Costante del riflettore 0 0 0 +17,5 mm +23,1 mm +30 mm

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riservate a scopi di monitoraggio precisi per i rilievi topografici classici vengono gestite con i riflettori Leica Geosystems, che sono diventati il prodotto di riferimento per chi vuole disporre di caposaldi altamente affidabili e precisi.

Geometria dei prismi – Riflettori a 360° Le stazioni totali allo stato dell'arte, quali la serie Leica Geosystems TPS1200+, si servono di un sistema di puntamento automatico (ATR) e della tecnologia di bloccaggio automatico. Quest'ultima trova un impiego ottimale con i prismi omnidirezionali, consentendo una maggiore praticità per l'operatore impegnato alla palina, che evita di dover allineare costantemente il prisma allo strumento. In teoria il prisma a 360° ha la stessa funzionalità di un prisma circolare e riflette il segnale EDM in ingresso verso le ottiche EDM del ricevitore dello strumento. Il prisma è costituito da sei elementi di vetro a tre facce, saldamente assemblati (brevetto Leica Geosystems – U.S. numero: 6,123,427), ognuno simile a un prisma circolare ma di dimensioni inferiori e con angoli leggermente stondati (vedere le figure 4 e 5). Una riflessione continua e permanente del segnale EDM è importante per sfruttare appieno i vantaggi della robotica. Quando l'operatore lavora da solo alla palina, si sposta in modo relativamente rapido e deve potersi concentrare sui punti che sta misurando senza essere impegnato ad allineare continuamente il prisma allo strumento.

Figura 4 – Uno dei riflettori a 360° di Leica Geosystems (GRZ122). Questa possibilità è offerta dai seguenti riflettori a 360° di Leica Geosystems: Riflettore a 360° GRZ4 Classical Riflettore a 360° GRZ122 con filettatura aggiuntiva

(per il montaggio delle antenne GNSS) Miniriflettore a 360° GRZ101 per portate brevi

Riflettore a 360° MPR121 rinforzato per le applicazioni di controllo macchine (albero centrale rinforzato)

Gli svantaggi dei riflettori a 360° sono il peso relativamente elevato e le dimensioni ingombranti. La maggiore produttività garantita dai rilievi robotici (compresi l'ATR o la tecnologia di bloccaggio automatico nella serie Leica Geosystems TPS1200+) in caso di funzionamento con un unico operatore, unita alla possibilità di collegare l'antenna Leica SmartAntenna, rendono i riflettori a 360° un accessorio indispensabile per lavorare in modo efficiente. Gli strumenti Leica Geosystems abbinati ai riflettori a 360° Leica Geosystems garantiscono le migliori prestazioni di misura (la precisione della posizione è generalmente di max. 2 mm) e una grande facilità di utilizzo nelle operazioni di rilievo speciali.

Figura 5 – Gruppo di sei prismi di vetro a tre facce.

Costanti del riflettore Quando si effettuano misure rispetto ai riflettori, che si tratti di misure angolari a della distanza, si deve fare riferimento a due punti: l'asse verticale dello strumento e il punto finale. È quindi importante tener conto della struttura meccanica del corpo del riflettore, della custodia e del perno di montaggio, in modo che il centro del riflettore (il suo asse verticale) abbia un chiaro riferimento al punto stabilito (il secondo punto generalmente è costituito dal perno di articolazione o asse centrale dello strumento). Definizione della costante del riflettore: I prismi sono tuttora realizzati principalmente in vetro, un materiale che ha un indice di rifrazione diverso dall'aria, il mezzo in cui solitamente vengono diffusi i segnali di misura. Quando un'onda elettromagnetica penetra in un corpo di vetro la sua velocità di propagazione diminuisce aumentando la distanza effettiva misurata. Per tutti i raggi luminosi perpendicolari al lato anteriore del prisma, la lunghezza del percorso ottico è data dalla seguente formula (vedere la figura 6): W = n · d (1)

dove

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d distanza dalla superficie anteriore del prisma al vertice del prisma a tre facce (vedere la figura 6)

n indice di rifrazione del corpo di vetro W è la distanza tra la superficie anteriore del prisma

e il punto teorico di inversione S0 d è uguale alla distanza geometrica tra la superficie anteriore e il vertice del prisma. W è definito dalla distanza tra il punto di inversione teorico S0 e il lato anteriore del prisma (vedere la figura 6) L'asse verticale del riflettore si trova davanti al punto di inversione teorico S0. Per riferire le misure all'asse verticale (con la distanza e dal lato anteriore) viene applicata la particolare costante del prisma KR. Altri produttori ricorrono generalmente alla seguente definizione:

KR = e − n·d (2)

dove

KR definizione della costante del prisma di altri produttori (non utlizzata da Leica Geosystems)

e distanza tra il punto centrale simmetrico e il lato

anteriore Sulla base della definizione sopra descritta, la costante di un prisma standard Leica Geosystems è KR = -34,4 mm. Leica Geosystems la definisce come KLeica = 0 mm. È importante riconoscere la differenza tra queste due definizioni. I distanziometri delle stazioni totali Leica Geosystems tengono conto di questo offset. Posizione dell'asse verticale del prisma: Le misure EDM devono fare riferimento all'asse verticale del riflettore. Leica Geosystems installa i riflettori in modo da garantire che la loro eventuale non perpendicolarità rispetto all'asse di collimazione dello strumento influisca in modo trascurabile sulla misura della distanza. L'asse verticale del riflettore coincide con il punto centrale simmetrico (o centro virtuale) del vetro del prisma (vedere la figura 6). Nei riflettori standard Leica, ad es. il GPH1P e il GPR121, l'asse verticale si trova davanti al centro geometrico del prisma (il vertice posteriore del cubo di vetro), ma viene posto nel centro apparente del prisma. Di conseguenza la distanza tra il centro effettivo e quello apparente (se la direzione di puntamento non è perpendicolare alla superficie anteriore) viene ridotta al minimo. Questa struttura è stata scelta appositamente per consentire una definizione di KR indipendente dall'angolo per i riflettori Leica Geosystems. Di conseguenza il disallineamento del prisma influisce minimamente sulle misure angolari e della distanza.

Se la luce (onda) non colpisce la superficie anteriore in modo perpendicolare ma sotto l'angolo α, il percorso del raggio si allunga e si genera un errore di misura della distanza ∆d (≡∆AC). Questo effeto è descritto dalla formula:

( )αα 22 sin)cos1( −−⋅−−⋅=∆ nnded (3)

dove

α angolo d'incidenza dell'asse di collimazione rispetto alla superficie anteriore del prisma

Ad es. un riflettore con dimensioni e = 40 mm, d = 60 mm e n = 1,5 determina una costante di KR = -50 mm. In base a questo valore, aggiungendo un angolo di 30° (deviazione dell'asse di collimazione) può generarsi un errore di distanza di ∆d = 0,1 mm [vedere Joeckel/Stober, 1999]. Generalmente un errore di distanza dovuto a un allineamento impreciso del riflettore è trascurabile. Per ottenere la massima efficienza della superficie del riflettore che riflette il segnale EDM in ingresso è comunque consigliabile effettuare l'allineamento in modo corretto (preciso). Le costanti dei prismi dipendono inoltre dalle lunghezze d'onda del segnale EDM poiché gli indici di rifrazione del vetro del prisma variano in funzione delle diverse lunghezze d'onda. L'impiego di vetro di qualità e il montaggio preciso del prisma, oltre alla determinazione esatta dell'indice di rifrazione, consentono a Leica Geosystems di garantire costanti affidabili e variazioni irrilevanti nel tempo per tutti i modelli di prisma.

Figura 6 - Sezione trasversale di un prisma a tre facce.

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Generazione e percorso del segnale All'inizio della misura della distanza lo strumento emette un raggio laser le cui prestazioni, a causa della sua struttura elettronica generale, vengono influenzate dalle condizioni ambientali presenti durante la misura. Le eventuali limitazioni durante la generazione o il tempo di percorrenza del segnale influiscono sulla quantità (intensità) di luce che colpisce il prisma e non dipendono dal particolare prisma utilizzato. Sulla base di queste informazioni, verrà spiegato in dettaglio quale porzione del segnale è effettivamente disponibile e può essere riflesso dal prisma. Il campo delle misure della distanza varia notevolmente in funzione dell'energia messa a disposizione dalla sorgente laser. Attraverso il sensore EDM, il raggio laser viene influenzato da diversi elementi, principalmente dall'aria. Nonostante questa sia un mezzo adeguato alla trasmissione dei segnali infrarossi (o visibili), le sue molecole, la polvere e il vapore acqueo ne diminuiscono la capacità di trasmissione perché hanno un effetto assorbente sul segnale (lo estinguono). Il segnale EDM deve essere inoltre collimato con esattezza in modo da ridurre il più possibile l'angolo di divergenza rimanente (vedere la figura 7):

Figura 7: esempio di divergenza del raggio dopo l'emissione dal telescopio. Ad es. un angolo ϕ = 5’ (un valore medio per uno strumento moderno) genera un footprint di 41,5 m2 a una distanza di 5 km. Un dato prisma (ad es. ∅ 5 cm) fornisce una superficie di riflessione di 0,002 m2 corrispondente a 1/20000 del segnale emesso. A sua volta solo una porzione di questo segnale viene ricevuta dalle ottiche EDM. Questa superficie di riflessione è comunque ottimale per riflettere il segnale EDM. Un prisma di dimensioni maggiori non aumenterebbe il campo di misura della distanza. Perché? Le ottiche del ricevitore possono elaborare solo il segnale riflesso entro un dato diametro, un prisma più grande contribuirebbe sicuramente ad aumentare la porzione di segnale riflesso ma la maggior parte del segnale

EDM oltrepasserebbe lo strumento. Utilizzando più riflettori (preferibilmente della stessa dimensione e modello) si auenterebbe la porzione di segnale riflesso utilizzabile ma aumenterebbe anche il campo di misura della distanza. Utilizzando un'installazione di misura costituita esclusivamente da componenti Leica Geosystems ci si assicura che la potenza del segnale, le ottiche di emissione e la struttura del prisma siano compatibili e offrano le massime prestazioni, nel pieno rispetto delle specifiche di misura.

Riflessione del segnale - Fattori di influenza Dopo che è stato generato il segnale (dall'EDM) ed è trascorso il tempo di percorrenza (attraverso l'atmosfera) il segnale di misura raggiunge il prisma. A questo punto il segnale viene riflesso verso lo strumento. Qui di seguito vengono descritti i fattori che influiscono sulle modalità di riflessione dei riflettori. La precisione di un'installazione di misura dipende da quanto correttamente l'operatore imposta lo strumento sopra un punto, ma si devono considerare anche i parametri descritti di seguito, che dipendono dal prodotto. Le installazioni di misura costituite esclusivamente da strumenti e accessori Leica Geosystems garantiscono che la potenza del segnale, le ottiche di emissione e la struttura del prisma siano compatibili e offrano le massime prestazioni.

Precisione di centratura È la misura della precisione rispetto al punto centrale dell'ottica del prisma e coincide con l'asse verticale del supporto del prisma. È descritta dalla seguente formula:

( )2223 alongverticalcrossD σσσσ ++= (4)

dove

σcross deviazione standard in senso trasversale rispetto

all'asse di collimazione dello strumento σvertical deviazione standard in senso verticale rispetto

all'asse di collimazione dello strumento σalong deviazione standard lungo l'asse di collimazione

dello strumento È importante sapere che questa non è ancora la misura che definisce la precisione di centratura generale su un punto di controllo dato. Il basamento

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e il treppiede svolgono un ruolo determinante a questo proposito. Vanno inoltre considerate le precisioni di misura del prisma selezionato, ad esempio il modello Leica Geosystems GPH1P ha una precisione di 0,3 mm e il prisma a 360° GRZ122 di 2,0 mm. La struttura dei riflettori Leica Geosystems riduce al minimo l'usura meccanica in modo da garantire una lunga durata dei prodotti e soddisfare le aspettative di qualità dei clienti.

Deviazione del raggio La levigatura del vetro del prisma svolge un ruolo importante per la riflessione dei segnali. Più è precisa (angoli e superfici), migliore è il segnale riflesso nella stessa direzione e migliore la sua intensità. La deviazione tra i raggi in ingresso e in uscita influisce in modo decisivo sul campo di misura (vedere la figura 8). Il segnale riflesso procede lungo un angolo di deviazione α. La figura 9 illustra una misura di prova della deviazione del raggio per un prisma circolare rilevata con un interferometro.

Figura 8 – Deviazione del segnale riflesso dopo che è uscito dal prisma e viene trasmesso allo strumento (angolo di deviazione α rispetto alla direzione del segnale in ingresso). La misura della distanza si basa sul rilevamento della differenza di fase (o tempo di volo) tra i segnali di ingresso e di uscita. Generalmente nei riflettori topografici la deviazione del raggio è di pochi arcosecondi. La verifica per accertare se la deviazione è inferiore alla soglia di un arcosecondo viene effettuata dopo il montaggio. Ciascun prisma è certificato. Come si vede dall'esempio in figura 9, la figura a stella che rappresenta una deviazione leggermente superiore della media è dovuta agli spigoli del prisma. Il prisma circolare testato più sopra ha una deviazione massima di 0,8 arcosecondi. Ciò significa che in ogni sesta parte del corpo di vetro del prisma la direzione del raggio in ingresso si discosta di meno di 0,8 arcosecondi dal raggio in uscita. Se tuttavia si escludono gli spigoli del vetro, i valori medi scendono molto al di sotto di un arcosecondo.

Figura 9 - Misura interferometrica che determina l'omogeneità dei raggi riflessi (la levigatezza di un particolare prisma).

Rivestimento riflettente Il grado di riflessione è definito come la capacità di un materiale (in questo caso particolare) di riflettere le radiazioni visibili e infrarosse (la lunghezza d'onda dell'EDM può variare da un produttore all'altro). Il grado di riflessione dipende quindi dal materiale e dalla qualità della superficie. La figura 9 mostra un esempio di prisma molto levigato. I riflettori Leica Geosystems sono rivestiti di rame (vedere la figura 11), un materiale che è caratterizzato da un grado di riflessione più elevato del 75%, è resistente e non si corrode (è incapsulato in resina epossidica).

Figura 10 - Percorso del raggio in un prisma a tre facce con il raggio in ingresso e in uscita.

Il rivestimento garantisce una lunga durata del corpo di vetro del prisma. Molti riflettori disponibili sul mercato ne sono privi, un fattore che può influire fino al 30% sulle prestazioni dell'EDM. Il segnale di misura della distanza della serie Leica Geosystems TPS varia tra 658 nm e 850 nm (ad es. il modulo EDM TCA2003 IR opera su una base di frequenza di 850 nm mentre il TPS1200+ opera con 660 nm).

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Figura 11 – Potere riflettente del rivestimento in rame in funzione della lunghezza d'onda del segnale (EDM). Dal grafico della figura 11 si può notare come, nel caso delle lunghezze d'onda dell'EDM Leica Geosystems, i valori del potere riflettente siano compresi entro l'intero campo (660 nm - 850 nm) e garantiscano il massimo potere riflettente possibile. Questo è uno degli aspetti che assicura la piena compatibilità tra i modelli di riflettore e le stazioni totali Leica Geosystems.

Rivestimento antiriflesso Durante la misura della distanza un'ampia percentuale del segnale viene riflessa dal prisma come indicato nelle figure 10 e 12, ma oltre alla riflessione voluta, che avviene attraverso il corpo del prisma, il segnale EDM emesso viene riflesso anche dalla superficie anteriore (generalmente per il 4%). Questa parte del segnale riflesso interferisce con il segnale voluto perché, non penetrando nel corpo di

vetro del prisma, ha un tempo di percorrenza inferiore. Questo fenomeno può verificarsi con le distanze ravvicinate se l'allineamento è molto preciso (l'asse di collimazione dello strumento deve intersecarsi in senso perpendicolare con la superficie anteriore del prisma). In questo caso vengono determinate distanze più brevi. Per evitare che questo accada la superficie anteriore del vetro del prisma è rivestita da uno strato speciale. La figura 12 mostra il percorso del raggio del segnale in ingresso. Il segnale previsto corrisponde alla linea rossa (a) e ha l'intensità maggiore, pari a circa il 70%. Larghezza di banda (660 nm - 850 nm) utilizzata da Leica Geosystems.

Figura 13 – Potere riflettente del rivestimento antiriflesso in funzione della lunghezza d'onda del segnale (EDM). Quando si usa un prisma senza rivestimento antiriflesso (o dotato di un rivestimento tarato sulle lunghezze d'onda errate), possono verificarsi errori di misura della distanza fino a 3 mm.

a

c b

Figura 12 – Riflessioni diverse sul prisma determinate dalla superficie anteriore, dalla superficie interna (anteriore) o dal percorso "normale" attraverso le superfici posteriori. Il segnale riflesso sulla superficie interna è indicato in blu (b) (pari a circa il 4%). La riflessione sulla superficie anteriore è indicata in magenta (c) (ed è inferiore al 2%).

Generalmente i riflettori prodotti da altre aziende non sono dotati di rivestimento. Inotre i rivestimenti dei riflettori commercializzati da altri produttori spesso riducono la precisione delle misure; questo dipende

Campo di lunghezza d'onda della serie Leica Geosystems

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dalla base della lunghezza d'onda EDM considerata nella struttura, perché i rivestimenti antiriflesso devono essere adatti alla lunghezza d'onda dei sensori EDM utilizzati. La figura 14 mostra questo fenomeno su una misura della distanza da 20 m. Per poter osservare questo effetto è necessario che la superficie anteriore del prisma sia perpendicolare all'asse di collimazione dello strumento. La figura 13 illustra il comportamento del rivestimento antiriflesso in alcuni prismi circolari Leica Geosystems. La riflessione è inferiore a 0,5% sull'intero segnale

Figura 14 - Influenza del rivestimento antiriflesso sulla misura della distanza. Con i riflettori Leica Geosystems rivestiti il rilevamento del segnale EDM corretto è garantito al 100%.

Qualità del vetro I riflettori Leica Geosystems sono realizzati con vetro della migliore qualità. Le seguenti caratteristiche assicurano le migliori prestazioni nella misura della distanza e nel riconoscimento dei caposaldi:

Elevata omogeneità dell'indice di rifrazione in tutto il corpo di vetro

Tolleranze minime per la determinazione dell'indice di rifrazione e del coefficiente Abbe

Minima quantità di venature Elevata resistenza agli acidi Minima quantità di bolle Elevata robustezza e resistenza a condizioni

climatiche diverse Queste carateristiche garantiscono una durata superiore e una notevole resistenza ai fattori ambientali.

Allineamento/installazione I prismi circolari devono essere allineati con l'asse di collimazione dello strumento entro una certa

tolleranza. Nella figura 17 è evidenziato come questo influisca sulla capacità di effettuare misure di elevata precisione. La deviazione accettabile è di ±10°. Quando si punta su un prisma che non è perpendicolare all'asse di collimazione dello strumento, non è facile puntare al suo centro effettivo. La differenza tra l'indice di rifrazione dell'aria e quello del vetro aumenta infatti la possibilità di errore nella misura della direzione orizzontale.

Figura 15 – Esempio di rifrazione nella vita quotidiana: lo stesso effetto si ha effettuando misure inclinate con i riflettori: una penna in un bicchiere d'acqua vista da diverse angolazioni Osservando la penna nella figura 15 si può notare l'effetto descritto. La penna nell'immagine di sinistra sembra avere una posizione diversa perché l'indice di rifrazione cambia tra l'aria e l'acqua. Osservando il prisma perpendicolare alla sua superficie anteriore se ne riconosce la posizione effettiva. Questo effetto è illustrato nell'immagine di destra della figura 15. Leica Geosystems mette a disopsizione i mirini per assicurare un allineamento preciso con l'asse di collimazione degli strumenti (vedere la figura 16). L'operatore può effettuare un allineamento rapido e semplice entro pochi secondi, puntando il prisma sullo strumento.

Figura 16 - Prisma circolare Leica Geosystems GPR1 con mirino per l'allineamento Se il prisma non è allineato con l'asse di collimazione dello strumento, l'asse verticale della palina del prisma non coincide con il suo centro apparente (vedere la figura 18). Di conseguenza l'operatore punterebbe al centro apparente del prisma.

Mirini

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Le conseguenze di questo problema sono ridotte al minimo grazie allo speciale design dei riflettori Leica Geosystems. Sotto i 40° l'errore di puntamento sarebbe inferiore a 0,5 mm, ma sopra i 50° è già superiore a 1 mm.

Figura 17 - Deviazione dell'asse in funzione del disallineamento di un riflettore Leica GPR1 Ad esempio, l'ultima release dello strumento Leica Geosystems della serie TS/M30 fornisce una misura estremamente precisa degli angoli e delle distanze. Per usufruire pienamente del suo potenziale è opportuno allineare correttamente il riflettore all'asse di collimazione dello strumento. A 60° è già superiore a 2,5 mm. Poiché il corpo del prisma è simmetrico l'effetto del disallineamento verticale è lo stesso di quello orizzontale. Con i riflettori Leica Geosystems è facile effettuare un allineamento corretto, anche se alla fine la responsabilità resta nelle mani dell'operatore.

Figura 18 - Riconoscimento effettivo e apparente dei centri del prisma.

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Accessori originali Leica e imitazioni a confronto Nei precedenti paragrafi sono stati descritti i fattori che contribuiscono alla qualità dei riflettori originali Leica Geosystems. Grazie alla loro apprezzata qualità questi prodotti Leica Geosystems sono spesso considerati un punto di riferimento per il mercato.

Figura 19 – Processo di produzione degli originali Leica Geosystems a confronto con le imitazioni Non c'è quindi da stupirsi se i riflettori Leica sono spesso utilizzati come un modello da imitare e se il mercato è invaso da imitazioni di prismi a basso costo offerte da svariati produttori che non sono tuttavia in grado di assicurare un standard qualitativo garantito. La colonna di destra nella figura 19 descrive le fasi necessarie per realizzare un prisma Leica Geosystems originale. La maggior parte di queste fasi passano del

tutto inosservate al cliente, ma rientrano nella nostra severa politica di gestione della qualità volta ad offrire sempre i prodotti migliori.

Raccomandazioni L'obiettivo del presente documento è di fornire agli operatori informazioni di base sui particolari meno considerati delle misure. Per gli operatori che mirano a ottenere misure della distanza della massima precisione questo documento descrive l'importanza e gli effetti dei componenti che influiscono sulla precisione. Per ottenere la massima precisione di misura:

Utilizzare gli stessi tipi di prismi per evitare errori di centratura dovuti all'uso di riflettori diversi

Se si effettuano misure esclusivamente entro distanze brevi, utilizzare un modello provvisto di rivestimento (antiriflesso)

Utilizzare un prisma adeguato al proprio strumento

Tenere le superfici del riflettore pulite dalla polvere per evitare eventuali riduzioni del segnale riflesso

I vantaggi di utilizzare i riflettori per rilievi topografici Leica Geosystems sono una lunga durata, la maggior precisione e la massima affidabilità. Gli accessori Leica Geosystems sono tarati sugli strumenti Leica Geosystems al fine di garantire prestazioni eccellenti e la migliore qualità di misura.

Fonte Il presente documento è stato tratto dalla tesi di laurea “Analyse und Vergleich von Vermessungsreflektoren” presentata il 08/2007 da Junyu Mao sotto guida di Daniel Nindl (Leica Geosystems AG Heerbrugg) e Volker Schwieger dell'Institut für Anwendungen der Geodäsie im Bauwesen (IAGB) dell'Università di Stoccarda.

Riferimenti [Joeckel u. Stober 1999]

JOECKEL, Rainer e STOBER, Manfred.: Elektronische Entfernungs- und Richtungsmessung – Wittwer, 1999 [Mao 2008]

Mao, Junyu: Analyse und Vergleich von Vermessungsreflektoren – Tesi di laurea presso l'Università di Stoccarda, 2008

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Che si voglia controllare un ponte o un vulcano, eseguire rilievi su un grattacielo o una galleria, tracciare un cantiere o effettuare misure di controllo, è sempre fondamentale poter contare su strumenti affidabili. Gli accessori originali Leica Geosystems consentono di eseguire anche le operazioni più complesse. Grazie a loro gli strumenti Leica Geosystems soddisfano sempre le specifiche previste, assicurandovi il massimo livello di precisione, qualità e lunga durata. Potrete sempre contare su misure precise e affidabili e ottenere il massimo dai vostri strumenti Leica Geosystems. When it has to be right.

Le illustrazioni, le descrizioni e i dati tecnici non sono vincolanti e possono subire modifiche. Stampato in Svizzera–Copyright Leica Geosystems AG, Heerbrugg, Svizzera, 2010. VII.10 –INT