Лазерный нивелир

(54) (57) зиче Р 26 и тит нженеро граи ка съемк м е в, А.МЛилкинИлюхин,П.И.СаА.Фадеева888) и ос в уме Све идетельство 1 С 5/02. 1 В. Автомати ерно-геодез едра, 1976,юце ся коллим мой 2, и тор 11 и делитель ческои сист еский комле второй свет опт ходи ти и опада -4 в а ческих с.187,оез всг тате чего пучка проходитреферентное дна часть с Ирвргнщнацсовпоооилучом Плосюспюоимаа иг. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИ(56) Авторское свР 1357716, кл. СЗацарапанный Авысокоточных инжеизмерений. - М.:рис.123. ЛАЗЕРНО НИВЕЛИРИзобретение относится к геодекому приборостроению, в частносприборам для задания лазернымм горизонтального направления,ет быть использовано при проии высокоточных инженерно-геоеских работ. 1 елью изобретениятся псвышение точности за счетщения влияния разъюстировки.вой пучок от лазера 1 формируетсквозь него, образуя1578472 направление, а другая часть отклоняется под прямым углом. Отклоненный вторым светоделителем 3-4 световой пучок попадает на первый светоделитель 5, в результате чего одна часть5 проходит сквозь него, отражается в обратном направлении искусственным горизонтом 7. снова отражаетс первым светоделителем 5 и собирается в плоскости анализа фотоэлеклрического дитчика 9 с помощью ФокусиРую- щего элемента 8 а другая часть - отражается первым светодели 1 елем, попадает в световозвращатель 6. после чего также собирается в плоскости Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности 25к приборам для задания лазернымпучком горизонтального направления,и может быть использовано при проведении высокоточных инженерно-геодезических работ. .3011 ель изобретения - повышение точности.На фиг.1 представлена схема лазерного нивелира; на фиг.2 - внутренняя структура блока управления. З 5Лазерный нивелир состоит из по,следовательно расположенных лазера 1 коллимирующей оптической системы 2, нерасстраиваемого ответвителя, выполненного, например, в ниде 40пентаприэмы З,.дополненной до плоскопараллельной пластины клином 4,светоделителя 5, выполненного, на-пример, в виде кубпризмы, нерасстраиваемого двухгранного отражателя Ь, 45плавающего зеркала 7, фокусирующегоэлемента 8, позиционно-чувствительного датчика 9, блока управления 10и оптического компенсатора 11, расположенного между коллимирующей . 50оптической системой 2 и нерасстраиваемым ответвителем 3-4.:электрически связанных между собойпривода компенсатора 1 1, пороговогоустройства 12, пикового детектора 13,счетчика импульсов 14,.триггера 15,схемы синхронизации 16 и схемы управления 17. анализа фотоэлектрического датчика 9с помощью фокусирующего элемента 8.В плоскости анализа образуются .двасветовых пятна, расстояния междукоторыми прямо пропорциональны наклону к плоскости горизонта референтного направления. Электрический сигналс выхода фотоэлектрического датчика 9 поступает на вход блока управления 10, выход которого электричес"ки соединен с приводом оптическогокомпенсатора 11. Устройство обеспечивает задания горизонтального референтного направления в автоматическом режиме, 2 ил,Устройство работает следующим образом.Световой пучок от лазера 1 формируется коллимирующей оптической системой 2, проходит оптический компенсатор 11 и попадает на нерасстраиваемый ответвитель 3-4, после чего часть светового пучка проходит, а часть, отражаясь от грани пентапризо мы 3, отклоняется под углом 90 к исходному направлению распространения светового пучка, т,е, направлению Распространения светового пучка, прошедшего через пентапризму 3 с клином 4, которое явяляется референтным, Отклоненный пентапризмой 3 световой пучок попадает на светоделительную грань кубпризмы 5, где происходит, в свою очередь, его деление на две части. Прошедшая часть светового пучка (пучок А ) направляется на пЛавающее зеркало 7 и, отразившись от него, снова попадает на светоделительную грань кубпризмы 5, которая: отражает его на фокусирующий элемент 8,Отраженная от светоделительной грани кубприэма 5 другая часть светового пучка (пучок В) попадает на нерасстраиваемый двухгранный отражатель 6 и отразившись от него, также попадает на фокусирующий элемент 8, который фокусирует прошедший (пу" чок А) и отраженный (пучок В) световые пучки в своей фокальной плоскости, совмещенной с плоскостью анализа позиционно-чувствительного фотодат 157 чика 9,Размеры и положение нерасст- раиваемого отражателя 6 выбраны таким образом, чтобы отраженный пучок В) от него световой пучок диафрагировался светоделительной кубприэмой 5. Далее в позиционно-чувствительном фотодатчике 9 происходит преобразование светового потока в электрический сигнал.В том случае, когда референтный световой пучок параллелен отражающей поверхности:плавающего зеркала, фокусирующий элемент 8 собирает оба световых пучка (прошедший пучок А и отраженный пучок В) в плоскости анализа в одну точку. В этом случае расстояние между сфокусированными точками световых пучков А и В в плоскости анализа равно нулю, т.е. направление распространения референт- ного светового пучка горизонтально, В том случае, когда в плоскости анализа образуются две точки, референтное направление не горизонтально, при этом расстояние между ними пропорционально угловому отклонению референтного светового пучка, по отношению к горизонтальному направлению, задаваемому отражающей поверхностью плавающего зеркала 7.Электрический сигнал с позиционно-чувствительного фотодатчика 9, в качестве которого может быть использован, например , линейный ПЗС- фотодатчик, поступает в блок управления 10, одновременно на пороговое устройство 12 и пиковый детектор 13. В пороговсм устройстве .12, состоящем в простейшем случае, например, из двух компараторов с уровнями срабатывания, различающимися между собой в два раза, осуществляется формирование сигнала разрешения счета счетчика 14 и сигнала знака рассбгласова ния,устанавливающего триггер знака 15,На второй опорный. вход порогового устройства 12 поступает сигнал с пикового детектора 13. с. помощью которого происходит автоматическая подстройка порогов срабатывания ком- паратороВ при.изменении вь;ходной мощности лазера 1, В результате обеспечивается высокая точность измеренийтрасстояния между световыми пятнами независимо от колебаний мощности источника излучения 1. С помощью схемы синхронизации 16 обеспечивается попеременный,.11 ежим работы порогового устройст 84726ва 12 и пикового детектора 13, а также синхронизация работы остальных 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 узлов блока 10. В первом такте рабо ты осуществляется измерение амплитуды сигнала с выхода фотодатчика 9 и запоминаниеэтой величины до коне.ца второго такта в пиковом детекторе 13. В начале такта осуществляется сброс сигнала пикового детектора 13. В первом такте может также осуществляться отработка рассогласования гриводом оптического компенсатора 17, величина которого перед этнл 1 была, например, измерена Во втором такте работы блока управления 10 пороговое устройство 12 вырабатывает импульсы управления счетчиком 14 и триггером 15, а пиковый детектор находится в режиме хранения.Синхронизашя работы блока 16 с работой фотодатчика 9 может осуществляться импульсами конца строки ПЗС 9, а импульсы счета, соответствующие расстоянию между пятнами на поверхности фотодатчика 9, могут также подаваться со схемы управления ПЗС, например, с вывода соответствующего тактовым сигналам ПЗС-элементы строки. В начале такта измерения схема управления 16 обеспечивает сброс счетчика 14 и триггера 15 в исходное состояние,В пороговом устройстве 12 с помощью двух компараторов с разными порогами осуществляетс формирование импульса рассогласования лучей. В уст. - ройстве световь;е пучки А н В различаются между собой по интенсивности приблизительно в два раза (интенсивность светового пучка В больше интенсивности пучка А). Следовательно, если с выхода фотодатчика 9 первым поступает, например, сигнал от светового пучка В, то на выходе порогового устройства 12 формируется импульс установки триггера 15, в противном случае этот импульс не формируется, Импульс знака запоминается триггером знака 15 и совместно с кодом величины расстояния между пятнами поступает на схему управления приводом 17 оптического компенсатора 11 может быть выполнен, например, н основе шагового двигателяс соответствующими схемами управления. Код рассогласования с учетом знака, поступивший на привод компенсатора 17, приводит к изменению углового положения исходного световогопучка так, чтобы пятна на поверхности фотодатчика 9 совпали. В этом случае реАерентный световой пучок нивелира примет горизонтальное направление.При сборке данного устройства не требуется специальных мер для точной юстировки одтических элементов. На точность горизонтирования не сказывается также нестабильность взаимного положения элементов .в конструкции. Погрешность в изготовлении отдельных оптических элементов определяет постсянную систематическую ошибку горизонтирования, которая может быть учтена или скомпенсирована, например, наклоном отражающей поверхности плавающего зеркала 7 по отношению к .поверхности жидкости. Систематическую погрешность, вносимую непараллельностью граней склеенной пентапризмы 3 с клином 4, можно всегда учесть или скомпенсировать оптическим компенсатором 11.Таким образом, устройство является автоматическим в режиме ориентирования и способно автоматически компенсировать нестабильность направления излучения лазера, при этом на точность задания реАерентного направления не влияют деформации устройства и разъюстировка оптических элементов.Формула и з о б р е т с н и яЛазерный нивелир, содержащий лазер и коллимирующую систему, последовательно установленные на оптической оси, искусственный горизонт,установленный над ним первый светоделитель, в рабочей плоскости которого расположена оптическая ось,Аокусирующий элемент с фокальнойплоскостью, фотоэлектрический датчик, оптически сопряженный с искусственным горизонтом через первыйсветоделитель, и блок. управления свходом и выходом, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения точности эа счет уменьшениявлияний разъюстировки., в него .введены второй светоделитель, установленный на оптической оси после коллимирующей системы над первым светоделителем и оптически сопряженный слазером и искусственным горизонтом,световозвращатель с разнесенными входным и выходным окнами, установленный напротив первого светоделителя,с противоположной стороны по отношению к Аотоэлектрическому датчику25 и оптически сопряженный с ним, иоптический компенсатор с приводом,установленный на оптической осимежду коллимирующей системой и вторым светоделителем, причем фокусируюЗо щий элемент расположен между первымсветоделителем и Аотоэлектрическимдатчиком, расположенным в фокальнойплоскости фокусирующего элемента,входное окно световозвращателя обращено к первому светоделителю, а выходное окно к фокусирующему элементу, вход блока управления электрически соединен с выходом фотоэлектрического датчика, а выход - с приводом оптического компенсатора,157847 г г Составитель В.Соловьевактор Л.Пчолинская Техред Л, Сержанова Корректор Т,Ма Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 1 О Заказ 1905 Тираж 397ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени113035, Москва, 3-35, Раушская Подписноеи открытИям при ГКНТ СССРб д. 4/5