Кодовый лимб теодолита и устройство для декодирования отсчетов по лимбу

Союз Советских Социалистических республикОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТРРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ и 18922108,0 4,8 2 Заявл 21) 2916380/ рисоедииеиием ки йо осударствеииый комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий(088.8) . та опубликования опи 23,12,81(72) Авторы иэобретени тлов и И.И.Г.Шульц, В.П.С Всесоюзный ордена Трудового Красногоисследовательский институт горной геои маркшейдерского дела 1) Заявител 54) КОДОВЫЙ ЛИМБ ТЕОДОЛИТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТСЧЕТОВ ПО ЛИМБУИРОВА елиольтИзобретение относится к угломерным геодезическим измерениям, а именно к актоматизироваиным системам измерения вертикальных и горизонталь 5 ных углов на местности, с помощью теодолитов с кодовыми лимбами.Известны системы кодовых теодолитов, различающихся используемым кодом, аппаратурой считывания и регистрации отсчетов, их декодирования. Среди кодовых лимбов, применяемых в теодолитах, можно выделить лимбы для так называемого импульсного отсчета, осуществляемого в двЫ этапа: грубое и точное отсчитывания 1).Известен кодовый лимб теодолита, представляющий собой прозрачный диск с концентрическими штриховыми дорожками, на одной из которых, дорожке точного отсчета, штрихи нанесены равномерно по всей окружности. Для определения номера штриха имеются дорожки точного отсчета, а значит для грубого отсчета предусматриваются дополнительные дорожки, штрихи которых нониусно смещены относительно штрихов дорожки точного отсчета 2) и 3).Для повышения точности отсчитывания нужно увеличивать число штрихов дорожки точного отсчета и увеличивать число вспомогательных дорожекгрубого отсчета. Это сопряжено созначительными технологическими трудностями при изготовлении лимба имонтаже всей системы теодолита, содной стороны, и сложностью разработки устройства декодирования отсчетов, обеспечивающего устранениеошибки неоднозначности грубого отсчета.Известно устройство для декодирования отсчетов, предназначенноедля кодового лимба теодолита и приспособленное для лимба с одной дорожкой грубого отсчета 43 .Однако известное устройство неяожет быть реализовано для усовершенствованных кодовых лимбов без егозаметного усложнения.Цель изобретения - устранение ошибки неоднозначности грубого отсчета беэ повышения требований к точ ности изготовления и сборки кодового лимба. Для достижения поставленной ц на кодовом диске предусмотрены т кО две кодовые дорожки грубого о счета, штрихи одной иэ которых смецены относительно штрихов дорожки точного отсчета, условно разделеннойна несколько диапазонов с равнымчислом штрихов в каждом, нониусно впределах каждого диапазона, а штрихи другой дорожки грубого отсчетасмещены относительно штрихов однойиз двух других дорожек на угол,постоянный в пределах каждого диапазона,но изменяющийся по нониусному законуот диапазона к диапазону.Для обеспечения надежного устранения ошибки неоднозначности грубого отсчета в устройство для декодирования, содержащее сканирующий блоксо считывающей диафрагмой и датчикомотсчета, а также логическую схему сдискриминаторами последовательностисигналов и счетчиками грубого и точного отсчета, введены блок поправки,выполненный иэ трех элементов И,триггера и контрольного счетчика, и масштабные делители тактов, выходы которых соединены со входами соответствующих счетчиков, а входы через ключи соединены с входом датчика тактовых импульсов и первым входом элемента И блока поправки по первым входамключей и с первыми выходами дискриминаторов последовательности сигналов по вторьгл входам ключей, причем один из входов дискриминатора диапазонного сигналов соединен с датчиком поддиапазонного отсчета, а второй его вход соединен с датчиком диапазонного отсчета и с первым входом элемента И, второй триггер связан с одним из входов элемента И, второй вход которой через контрольный счетчик и второй вход элемента И 2 соединен со вторьщ выходом дискриминатора точного и поддиапазонного сигналов, а выход элемента И связан через схему разрешения входа поправки со счетчиком диапазонного отсчета, шина сброса которого связана с шиной сброса масштабного делителя диапазонного отсчета и со вторым выходом дискриминатора диапазонного и поддиапаэонного отсчетов.Кроме того, считывающая диафрагма в декодирующем устройстве выполнена в виде трех щелей, две из которых расположены на одной прямой, а третья смещена относительно них на расстояние, равное половине дискретности грубого отсчета.На. Фиг. 1 представлен кодовый лимб," на Фиг. 2 - функциональная схема декодирующего устройства; на фиг, 3 ". варианты поступления на фотодатчики информационных сигналов при сканировании; на фиг. 4 - сканирующая диафрагма; на Фиг. 5 - пример взятия отсчета.Кодовый лимб представляет собой прозрачный круг 1 с тремя концентрически нанесенными штриховыми дорожками точного отсчета 2, поддиапаэонного отсчета 3 и диапазонного отсчета 4. Штрихи точной дорожки 2 нанесе-. 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 0 55 60 б 5 ны по всему лимбу равномерно через равные угловые промежутки. Лимб условно разбит на М диапазонов, каждый иэ которых содержит равное число штрихов точной дорожки. Каждый диапазон в свою очередь разбит на К равных поддиапазонов, Угловая величина одного поддиапаэона равна величине окча сканирования и составляет 400йКШтрихи второй дорожки 3 смещены относительно соответствующих штрихов первой дорожки в направлении нарастания порядкового номера штрихов первой дорожки (на Фиг. 2 по часовой стрелке) по закону нониуса в каждом из диапазонов. Интервал между соответствующими штрихами первой и второй дорожек определяет порядковый номер штрихов первой дорожки в пределах одного любого диапазона. Штрихи третьей кодовой дорожки 4 смещены относительно соответствующих штрихов второй дорожки 3 в обратном направлении таким образом, что в пределах каждого диапазона интервал не сохраняется постоянным, а изменяется по закону нониуса с изменением номера диапазона.При наведении теодолита на точку визирования в окне сканирования появляются штрихи по одному на каждой дорожке (эа исключением некоторых случаев, рассмотренных ниже), несущиеинформацию об измеряемой величинеугла. Обработка информации осуществляется в устройстве декодирования отсчетов, содержащем сканирующий блок,включающий в себя Фотодатчики тактов5, точного отсчета б, поддиапазонного отсчета 7, диапаэонного отсчета8, и логический блок, состоящий издискриминатора 9 последовательноститочного и подциапаэонного отсчетов,дискриминатора 10 последовательностиподдиапазонного и диапаэонного,отсчетов, счетчиков 11, 12 и 13,блока 14поправок дешифратора 15.Канал точного отсчета содержит также триггер 16, фиксирующий приход точного информационного штриха, и ключ 17.Дискриминатор 9 последовательности точного и поддиапаэоннсго сигналов состоит из триггера 18 и схемы совпадения 19. Дискриминатор 10 последовательности диапаэонного и поддиапазон"ного сигналов состоит из триггера 20 и схемы 21 совпадения. Канал поддиапазонного отсчета помимо счетчика 12 содержит ключ 22 и масштабный дели" тель 23. Канал диапазонного отсчета состоит иэ ключа 24, масштабного делителя 25, счетчика 13 и схемы 2 б разрешения введения поправки. Блок 14 поправки включает триггер 27,контрольный счетчик 28 и элементы Ц 29,Б=Д+П+Т,40 55 д,и,цена деления такТ400 00 00где д.=р-( -30 и 31. При сканировании изображения участка лимба фотометрическим спосо-. бом Фиксируется момент совпадения сканирующей диафрагмы с информационным штрихом. Одновременно с изображением участка лимба сканируется тактовая дорожка с, представляющая собой линейку с чередующимися прозрачными и непрозрачными интервалами. По относительному расположению штрихов и расстоянию между ними определяется Отсчет. Сканируемый участок может быть представлен либо в виде кадра фотопленки в том случае, когда производится фоторегистрация показаний кодового теодолита с дальнейшей обработкой на автономном декодирующем 15 устройстве, либо как изображение участка лимба в плоскости, удобной для сканирования. В послеДнем случае декодирующее устройство может быть размещено в корпусе теодолита, от счет может быть воспроизведен на цифровом табло непосредственно в процессе измерений.На фиг. 3 изображены возможные варианты поступления информационных э 5 и тактовых сигналов на фотодатчики в процессе сканирования изображения участка лимба или кадра.При сканировании сигналы с дорожек 2, 3, 4 и с поступают в декодиру- З 0 ющее устройство соответственно на датчики 5-8, обрабатываются в логическом блоке и через дешифратор 15 поступают на цифровое табло (не показано), на котором высвечивается отсчет в градах, сантиградах и сантисантиградах,Полный отсчет равен где Д - диапазонный отсчет; П - поддиапазонный отсчет; Т - точный отсчет. Точный отсчет (доли града) определяется количеством тактовых интерва лов, укладывающихся на дорожке 2 от информационного импульса по линии считывания (отрезок А на фиг. За, б),В декодирующем устройстве этот Отрезок соответствует количеству им пульсов, поступающих с датчиКа 5 тактов на счетчик 11 точного отсчета. Ключ 17 Открывается триггером 16 по приходе сигнала на датчик б точного отсчета.Точный отсчет равен товой шкалы . д 0ссград,количество тактовукладывающихся всканируемом окне;количество тактовых импульсов вуказанном отрезке.Грубый отсчет берется как сумма диапазонного и поддиапазонного отсчетов.Для получения диапазонного и поддиапаэонного отсчетов используются тактовые импульсы, поступающие с датчика 5 тактовых импульсов и пересчитанные с помощью масштабных делителей 23 и 25, стоящих перед счетчиками 12 и 13. Коэффициенты деления масштабных делителей Хи Хувеличивают дискретность тактового отсчета для диапазонной и поддиапазонной дорожек.Величины К; й, , Х, Х выбираются иэ условия, чтобы дискретность тактов для диапазонного и поддиапа-. зонного отсчетов была больше погреш" ности взаимного расположения информационных сигналов на этих дорожках. Погрешность носит случайный характер и зависит от точности изготовления, сборки и юстировки прибора.В макете предлагаемого устройства выбраны К = М = 20, величина скани 400 8руемого окна в " = 1 , количествоК йтактов тактовой шкалы= 1000,масштабные коэффициенты Х 1 = Х 2 =1000- 50. Таким обК И 20разом, дискретность тактового отсчета для диапазонной и подцнапазонной дорожек одинакова и составляет пятьдесят тактов точного отсчета.Сканирующая щель должна быть выполнена так, чтобы обеспечить при считывании электрических сигналов с дорожек 2 и 3 сдвиг на 1/2 дискретности поддиапазонного отсчета, а при считывании сигналов с дорожек 3 и 4 (или с 2 и 4, если на лимбе осуществлен сдвиг между штрихами дорожки 2 и 4) на 1/2 дискретности диапазонного отсчета.Для одинаковой дискретности отсчета для диапаэонного и поддиапазонного отсчетов и на лимбе штрихи дорожки 4 смещены относительно штрихов второй дорожки, а сканирующая диафрагма выполнена в виде трех щелей (Фиг. 5), каждая из которых соответствует определенной кодовой дорожке: 32 - дорожке 2 точного отсчета,. 33 " дорожке 3 поддиапазонного отсчета, 34 - дорожке 4 диапазонного отсчета. Цель 32 смещена относительно щелей 32 и 34 на величину 6 , равную 1/2 дискретности грубого отсчета, в сторону, обратную направлению нарастания порядкового номера штрихов точной дорожки.Диапаэонный отсчет, соответствующий номеру диапазонов, в котором находится окно сканирования,определяется взаимным положением штрихов по дорожкам П и Ш и количеством целых тактов диапазонного отсчета, уклады892210 О 625 = 20 + 2 + вающихся в участках В и С (фиг,За) или Е (фиг. Зб). Отсчет с участков В и С снимается в случае прихода на блок сканиронания первым сигнала с дорожки поддиапазонного отсчета,вторым сигнала с дорожки диапазонного отсчета. Отсчет Е берется в случае обратной последовательности штрихов и производится следующим образом.В декодирующем устройстве триггер 20 первоначально установлен в такое положение, что ключ 24 открыт для тактоных импульсов, которые через масштабный делитель 25 поступают на счетчик диапазонного отсчета 13. По приходе на датчик 8 сигнала сдиапаэонной дорожки через ключ 24 на 15счетчик 13 и масштабный делитель 25поступает импульс сброса, триггер20 положения не меняет, таким образом счет снова начинается с нуля домомента прихода на датчик 7 сигнала 2 Ос дорожки поддиапазонного отсчета.При этом триггер 20 закрывает ключ24 и счет, прекращается.Если первым приходит импульс сдатчика .7, то триггер 20 закрывает 25ключ 24, счет прекращается до прихода импульса с датчика 8, счет возобновляется и продолжается до окончания сканирования (до края линии сканирования или конца кадра)30Диапаэонный отсчет равенД = ад ,400где с( = " - цена деления тактоМвой шкалыдиапа .зонного отсчета;а - количество тактовтактовой шкалы точ.ного отсчета,укладывающейся В ука 4 Озанных участках;Х - масштабный коэффициент диапазонногоотсчета. (В расчетпринимается целаячасть от деления 45а/х 1 ),Поддиапазонный отсчет, соответствующий номеру поддиапазона в диапазоне, определяется количеством тактовподдиапазонного отсчета, укладывающихся на участках А и В (фиг. За) илина участке А (фиг. Зб) в зависимости.от относительного положения штрихов.Если на блок сканирования первым пришел сигнал с датчика поддиапаэонного 45отсчета 7, а затем с датчика точногоотсчета 6, то отсчет берется поучасткам А и В.В случае обратной последовательности сигналов отсчет берется по участку 6.60Для определения последовательностисигналов служит дискриминатор 9, состоящий из триггера 18 и схемы совпадения 19. В исходном положении триггер18 открывает ключ 22, пропуская на;четчик 12 поддиапазонного отсчета тактовые сигналы (через масштабныйделитель 23), С приходом сигнала сдатчика 7 триггер 18 закрывает ключ22 и счет прекращается до приходасигнала с датчика б, возвращающеготриггер в первоначальное положение,ключ 17 снова открывается и счет продолжается до конца сканирования.При обратной последовательностиприхода сигналов триггер 18 остаетсяв исходном положении с приходом импульса с датчика б одновременно через открытый ключ 19 на канал поддиапаэонного отсчета поступает сигналсброс, счет начинается с нуля и продолжается до прихода импульса с датчика 7, закрывающего ключ 22 и прекращающего счетПоддиапаэонный отсчет равенП = сп ,а400где 1 п=- цена деления тактовйКподдиапаэонного отсчета;а - количество тактов точ 2ного отсчета, укладывающихся на указанныхучастках;Х - масштабный коэффи".циент для поддиапазонного отсчета. (Врасчет принимаетсяцелая часть от деления а/Х).Полный отсчет составляет Б =А + п ф + Аи А или400 а + 400 аа + 400Б =Айк х+ ик х 1+ й к еНа фиг, 5 представлен конкретный пример отсчета, количество тактов точной шкалы, укладывающееся в указанных участках и, а,а равны соответственно 625, 75, 125. При1000, К = М = 20, Х,1 = Х = 50 ширине отсчетного окна 1 по формуле получаем400 ф 75 400 125 Б +е+20 50 20 20 50400 ф20 " 20 1000(Дробные части слагаемых, составляющих грубый отсчет, отбрасываются),При переходе из диапазона в диапа-зон, когда в окне сканирования появляются два сигнала по дорожке поддиапаэонного отсчета (фиг. Зв), требуется поправка + 1 в диапазонный отсчет.Сигнал поддиапаэонной дорожки опережает сигнал от точной дорожки на величину, составляющую половину такта поддиапаэонного отсчета (участок Г на фиг. Зв). Если погрешность засчет неточности нанесения штрихов иинструментальная погрешность приборав сумме не превысят этой величины,то ошибки от неоднозначности отсчета не будет. В макете предлагаемогоустройства погрешность от указанныхпричин составила 30 , что составляет три такта точного отсчета. Дискретность же тактов поддиапазонногоотсчета равна пятидесяти тактам точного отсчета. Следовательно такаяпогрешность ошибку не вносит. То жекасается и диапазонного отсчета.Величина участка Г (фиг. Зв) определяется количеством тактов точного отсчета, укЛадывающихся в данном про-" межутке. Ключ 30 блока 14 поправок висходном положении закрыт. С приходом сигнала по дорожке поддиапазонного отсчета элемент 30 открывается триггером 18 и пропускает тактовые импульсы на контрольный счетчик 28. С приходом сигнала по дорожке точного отсчета триггер 18 закрывает элемент 30 и счет прекращается.Если величина отсчета на контрольном счетчике 28 равна количеству тактов, составляющему половину диск- рета поддиапазонного отсчета, то на схему 2 б разрешения ввода поправки через элемент 31 поступает сигналразрешения, и по окончании сканирования (линия 35 считывания на фиг. 3) поправка поступает в блок диапазонного отсчета.Поправка требуется во всех случаях перехода из диапазбна в диапазон, если при сканировании есть два сигнала по дорожке поддиапазонного отсчета, кроме случая перехода из последнего диапазона в нулевой (фиг.Зг). Изображение данного кадра отличается от предыдущего совпадениями момента прихода сигналов по диапазонной и точной дорожкам во время сканирования. Совпадение сигналов фиксируется на триггере 27, куда поступает сигнал с элемента 29. Триггер 27 закрывает схему 26 и поправка не вносится.При испытаниях макета и опытного об азца теодолита с кодовым диском и декодирующим устройством подтвер - о рждено устранение ошибки неоднозначности в окончательном отсчете. Создание такого теодолита не связано со значительными экономическими затратами и обеспечит получение значительного экономического эффекта.Формула изобретения1.Кодовый лимб теодолита, представляющий собой прозрачный диск с концентрическими штриховыми дорожками, на одной из которых, дорожке точного счета, штрихи нанесены равномерно по всей окружности, а на других дорожкаах грубого отсчета нанесены нониусоно смещенные штрихи для индикации п- р ядковпго номера штриха дорожки точного отсчета, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью устРанения ошибкинеоднозначности грубого отсчета безповышения требований,к точности изготовления и сборки, предусмотрены толь ко две кодовые дорожки грубого отсчета, штрихи одной из которых смещеныотносительно штрихов дорожки точногоотсчета, условно разделенной на несколько диапазонов с равным числомштрихов в каждом, нониусно в пределах каждого диапазона, а штрихи другой дорожки грубого отсчета .смещеныотносительно штрихов одной из двух,других дорожек на угол, постоянный 15в пределах каждого диапазона, но изменяющийся по нониусному закону отдиапазона к диапазону.2. Устройство для декодированияотсчетов по кодовому лимбу по п,1,содержащее сканирующий блок со считывающей диафрагмой и датчиками отсчета по штриховым и тактовой дорожкам,а также логическому схему с дискриминаторами последовательности сигналов 25 и счетчиками грубого и точного отсчетов, отличающееся тем,что, с целью надежного устраненияошибки неоднозначности грубого отсчета, в логическую схему введены 3 О блок поправки на трех элементах И,триггере и контрольном счетчике имасштабные делители тактов, выходыкоторых соединены со входами счетчиков одного точного и двух грубых,диапазонного и поддиапазонного отсчетов а входы - через ключи с выход ом9датчика импульсов с тактовой дорожк ии первым входом одного из элементовм иИ блока поправки по первым входам,первыми выходами дискриминаторовпо вторым входам ключей, причем вхс еоды дискриминаторов последовательностей сигналов грубого отсчета соединены соответственно с датчиками диапазонного и поддиапазонного отсчета, а 45 также с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключенк датчику точного отсчета, а выходчерез триггер к одному из входовтретьего элемента И, другой в дой вхо кото рой соединен через контрольный счетчик и второй вход второго. элемента Исо вторым выходом дискриминатора поледовательности сигнала точного исоподдиапазбнного отсчетов, а вых д - 55 с о счетчиком диапазонного отсчета чеез схему разрешения входа поправк ипри этом шина сброса счетчика диапазонного отсчета сблокирована с шинойсб оса масштабного делителя диапазонного отсчета и со вторым выходом диск риминатора последовательностей сигналов грубого отсчета.3. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что считывающая диафрагма образована тремя одина12 892210 2 иг новыми прямоугольными щелями, двеиз которых служат продолжением однадругой, а третья смещена относительно первых на расстояние, равное половине дискретности отсчета по однойиз двух дорожек грубого отсчета,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гауф М. Электронные теодолитыи тахеометры. М., "Недра", 1978,с. 83-95,2, Авторское свидетельство СССР9 475502, кл. 0 01 С 1/04, 1967,2. Авторское свидетельство СССРР 501273, кл. С 01 С 1/04, 1967.4. Авторское свидетельство СССРР 387209, кл. С 01 С 1/06, 1970.ИПИ Заказ 11206/бТираж 645 Подписное Филиал ППП "Патент",