PL163560B1 - Nadajnik laserowy samopoziomujący - Google Patents

Abstract

Nadajnik laserowy samopoziomujący mający obu- 57dowę o kształcie graniastosłupa wielokątnego składający >57) się z części dolnej, środkowej i górnej przedzielonych uszczelkami gumowymi i połączonymi elementami łącznymi oraz posiadający główkę wirującą w części górnej oraz w części środkowej obudowy w okienku zamocowany pulpit sterujący, znamienny tym, że wszystkie wewnętrzne mechanizmy nadajnika są zamocowane do wsporników kątowych umieszczonych w części środkowej (2) obudowy, a do pionowo ustawionego ceownika (50) z jednej strony zamocowana jest rura laserowa (53) za pomocą obejm (52) i pierścieni gumowych (51), a z drugiej strony od dołu zamocowane są zwierciadło (54), obiektyw (55), okular (56) i wspornik (49) zaś mechanizmy samopoziomowania połączone są z silnikami skokowymi (30, 64) natomiast mechanizm do zadawania pochyleń ma silnik skokowy (65) połączony poprzez przekładnię (66, 67) ze śrubą mikrometryczną (68) wkręconą jednym końcem w półkę (42), a drugim końcem opartą o ruchomą dźwignię (69), przy czym oś silnika skokowego (65) dodatkowo za pomocą wałka giętkiego (73) połączona jest z licznikiem bębnowym (74) posiadającym wyłącznik optoelektoniczny (76), który to licznik bębnowy (74) zamocowany jest nieruchomo na obudowie (24), a ponadto do kontroli poziomu lub zadanego pochylenia oraz pionu laserowej płaszczyzny odniesienia nadajnik ma poziomice optoelektroniczne (77, 78, 79) zawierające diody nadawcze (91), ampułkę (90) i diody odbiorcze (93).

Description

Przedmiotem wynalazku jest nadajnik laserowy samopoziomujący stosowany w laserowych systemach sterowania położenia narzędzi roboczych szczególnie maszyn przeznaczonych do prac ziemnych oraz przy pomiarach przygotowawczych i kontrolnych.

Znane są nadajniki laserowe samopoziomujące, które mają obudowę o kształcie graniastosłupa wielokątnego składającą się z części dolnej, środkowej i górnej przedzielonych uszczelkami gumowymi i połączonymi elementami łącznymi. W górnej części obudowy nadajniki mają główkę wirującą, a w części środkowej w okienku zamocowany pulpit sterujący.

W znanych nadajnikach firmy Spectra Physics model 945GS licznik mechanizmu do zadawania pochyleń płaszczyzny laserowej zamocowany jest do ruchomych elementów układu samopoziomowania i napędzany jest przez dwustopniową przekładnię redukcyjną. Do kontroli położenia płaszczyzny laserowej nadajnik ma poziomice cieczowe z umieszczonymi wewnątrz elektrodami, a odczyt położenia pęcherzyka gazu polega na porównaniu oporu elektrycznego między poszczególnymi parami elektrod. Do napędu w układzie samopoziomowania nadajnik ma silnik prądu stałego z wewnętrznymi przekładniami redukcyjnymi.

W innym znanym nadajniku laserowym firmy Micro-Grade model Gradomat XL-2 w układzie zadawania pochylenia płaszczyzny laserowej kąty pochylenia nastawia się za pomocą przełączników kodowych umożliwiających również odczyt. Nastawione wartości kątów są automatycznie ustawiane przez układ elektroniczny sterujący silnikami pochylającymi poziomice. Pomiar aktualnego kąta pochylenia odbywa się za pomocą potencjometrów o wysokiej liniowości sprzężonych mechanicznie z układem pochylającym.

Wadą znanych rozwiązań konstrukcji nadajników laserowych samopoziomujących jest to, że odczyt licznika jest bardzo utrudniony w sytuacji gdy nadajnik pracuje z zadanym pochyleniem i licznik przemieszcza się w okienku odczytowym. Zastosowanie do napędu w układzie samopoziomującym silników prądu stałego z wewnętrznymi przekładniami redukcyjnymi jest skomplikowane konstrukcyjnie i kosztowne. Przy zastosowaniu poziomicy wypełnionej elektrolitem niezbędny jest dodatkowy układ zasilania tej poziomicy prądem przemiennym aby nie nastąpił rozkład elektrolitu. W rozwiązaniu nadajników, w których sterowanie układem pochylenia laserowej płaszczyzny odniesienia odbywa się za pomocą przełączników kodowych wadą jest stosowa163 560 nie kosztownych potencjometrów oraz dodatkową trudność stanowi utrzymanie niezbędnej wysokiej dokładności nadajnika w szerokim zakresie temperatur przewidzianych podczas eksploatacji.

Istotą wynalazku jest nadajnik laserowy samopoziomujący, w którym wszystkie wewnętrzne mechanizmy są zamocowane do wsporników kątowych umieszczonych w części środkowej obudowy. Do pionowo ustawionego ceownika z jednej strony zamocowana jest rura laserowa za pomocą obejm i pierścieni gumowych, a z drugiej strony od dołu zamocowane są zwierciadło, obiektyw, okular i wspornik. Mechanizmy samopoziomowania połączone są z silnikami skokowymi. Mechanizm do zadawania pochyleń ma silnik skokowy połączony poprzez przekładnię ze śrubą mikrometryczną wkręconą jednym końcem w półkę, a drugim końcem opartą o ruchomą dźwignię. Oś silnika skokowego dodatkowo za pomocą wałka giętkiego połączona jest z licznikiem bębnowym posiadającym wyłącznik optoelektroniczny. Licznik bębnowy zamocowany jest nieruchomo na obudowie. Do kontroli poziomu lub zadanego pochylenia oraz pionu laserowej płaszczyzny odniesienia nadajnik ma poziomice optoelektroniczne zawierające diody nadawcze, ampułkę i diody odbiorcze.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zapewnienie wyznaczenia laserowej płaszczyzny odniesienia o szerokich możliwościach regulacji i wysokiej stabilności położenia. Wiązka uformowana w nadajniku ma małą rozbieżność i przy współpracy z elektronicznymi detektorami światła stwarza płaszczyznę odniesienia użyteczną w promieniu 300 m. Częstotliwość obracania wiązki w płaszczyźnie odniesienia wynosi od kilki do kilkunastu herców i jest wystarczająco duża do korekcji na przykład narzędzi roboczych ciężkich maszyn przeznaczonych do prac ziemnych. W oparciu o taką płaszczyznę można zestawiać systemy sterujące narzędziem roboczym maszyn budowlanych, drogowych i melioracyjnych w sposób automatyczny lub półautomatyczny. Jednocześnie płaszczyzna ta może być bazą odniesienia dla pomiarów przygotowawczych i kontrolnych. Możliwość wyznaczania płaszczyzny w kierunku pionowym rozszerza zakres zastosowania nadajnika na wiele dziedzin budownictwa.

Rozwiązanie mocowania licznika bębnowego do nieruchomej części nadajnika z wykorzystaniem wałka giętkiego znacznie podniosło funkcjonalność urządzenia, a wyeliminowanie przekładni redukcyjnych w układzie samopoziomowania poprzez zastosowanie silników skokowych sterowanych elektronicznie w istotny sposób uprościło konstrukcję. Zastosowanie silnika skokowego w układzie zadawania pochylenia znacznie uprościło przenoszenie napędu z silnika na licznik oraz umożliwiło obracanie licznika w uproszczony sposób z dwoma prędkościami potrzebnymi podczas eksploatacji nadajnika, a odpowiedni dobór skoku śruby mikrometrycznej, położenia przekładni i długości ruchomej dźwigni zapewnia dokładność przekazywania wielkości pochyleń kątowych na licznik bębnowy z żądaną dokładnością 0,01%. Zastosowanie poziomic optoelektronicznych usunęło konieczność stosowania dodatkowych układów zasilania prądem przemiennym.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania podanym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia samą obudowę nadajnika laserowego w przekroju pionowym, fig. 2 -nadajnik laserowy w przekroju pionowym przez pulpit sterowniczy, fig. 3 - pulpit sterowniczy w widoku z przodu, fig. 3a - przekrój C-C z fig. 3, fig. 4 - zawieszenie Cardana dla osi „Y“ w widoku z góry, fig. 4a - przekrój A-A z fig. 4, fig. 4b - przekrój C-C bez tła z fig. 4a, fig. 5 - nadajnik bez obudowy w widoku z boku prostopadle do osi „X“, fig. 6 - zespół formowania wiązki laserowej z główką wirującą i zespół zadawania pochylenia w widoku z boku, fig. 7 - rurę laserową z lunetą nadawczą w widoku z boku, fig. 8 - nadajnik bez obudowy w widoku z boku równolegle do osi „X“, fig. 9 - nadajnik w widoku z góry, fig. 10 - poziomicę optoelektroniczną w przekroju podłużnym, fig. 10a - poziomicę optoelektroniczną w przekroju poprzecznym.

Nadajnik laserowy samopoziomujący według wynalazku posiada odlewaną obudowę, która stanowi osłonę wewnętrznych mechanizmów tego nadajnika. Obudowa składa się z części dolnej 1, środkowej 2 i górnej 3, które są uszczelnione za pomocą uszczelek gumowych 4 i 5 i skręcone śrubami 6. Dla wzmocnienia połączenia gwintowego, w śruby 6 są wkręcone stalowe tulejki 7, które są połączone na stałe z dolną częścią obudowy 1. Składany uchwyt 8 mocowany do obudowy 3 służy jednocześnie do ustalenia kierunku na którym pochyla się laserowa płaszczyzna odniesienia. Pomiędzy wirującą główką 9 a obudową 3 umieszczona jest gumowa membrana 10 mocowana za pomocą pierścieni 11 i 12. W obudowie 2 wykonany jest prostokątny otwór, do którego przez

163 560 uszczelkę gumową 13 przymocowany jest wkrętami pulpit 14. Do ustawiania nadajnika na wybranym boku służą trzy nóżki 15. Włącznikiem 16 włącza się zasilanie, które doprowadzone jest gniazdem 17. Pochylenie laserowej płaszczyzny odniesienia jest odczytywane w okienku 18, a jego wielkość ustalana jest przełącznikiem 19, który wraz z układem sterowania pozwala na zadawanie pochylenia laserowej płaszczyzny odniesienia z dwoma prędkościami. Po położeniu nadajnika na wybranym boku następuje zmiana jego funkcji - pozioma lub pochylona laserowa płaszczyzna odniesienia zmienia się na pionową, a przełącznik 19 służy w tym przypadku do skręcenia laserowej płaszczyzny w lewo lub prawo. Pokrętło 20 pozwala na ustalenie odpowiedniej prędkości obrotowej główki 9.

Do środkowej części obudowy 2 przykręcona jest przez kątowniki 23 konstrukcja nośna w postaci skrzynki 24 wykonanej z kątowników i pasków blachy połączonych poprzez śruby 25 z tulejkami^ która jednocześnie stanowi zewnętrzną część zawieszenia Cardana. W skrzynce 24 osadzony jest przy pomocy osi 26 i łożysk 27 ruchomy człon zawieszenia Cardana 28, skręcony z elementów blaszanych. Przez wspornik 29 przykręcony jest do członu 28 silnik skokowy 30, który przy pomocy przekładni pasowej składającej się z kółek pasowych 31, 32 oraz paska 33 napędza śrubę pociągową 34 zamocowaną jednym końcem w łożysku wahliwym 35. Drugi koniec śruby 34 wkręcony jest w nakrętkę 36, która przez wspornik 37 połączona jest ze skrzynką 24. Napęd śruby pociągowej 34 podowuje obrót ruchomego członu Cardana 28 na osi „Y“. Ograniczenie zakresu tego ruchu następuje przez zadziałanie wyłączników krańcowych 38, które są uruchamiane zderzakami 39 zamocowanymi do ruchomego członu Cardana 28. W górnej części ruchomego członu Cardana 28 zamocowane są ośki 40, które łączą się z łożyskami 41 w półce 42 tworząc oś „X“ wokół której obraca się półka 42, w którą wkręcone są kołki 43 z płytą 44, na której zamocowana jest wirująca główka 9 z pryzmatem pentagonalnym załamującym wiązkę laserową pod kątem 90°. Silnik 45 wraz z kółkami pasowymi 46 i 47 i paskiem 48 stanowi napęd główki 9. Do półki 42 przez wspornik 49 przykręcony jest ceownik 50, który jest konstrukcją nośną dla układu projektowania wiązki laserowej. W ceowniku 50 zamocowana jest elastycznie przez pierścienie gumowe 51 i obejmy 52 rura laserowa 53, która wraz ze zwierciadłem 54, okularem 55 i obiektywem 56 jest układem projektującym wiązkę laserową na wirujący pryzmat pentagonalny w główce 9. Do ceownika 50 przymocowana jest nakrętka 57 przez wspornik 58, w którą wkręcona jest śruba pociągowa 59. Na drugim końcu śruby 59 ułożyskowanej w łożysku wahliwym 60 zamocowane jest koło pasowe 61, które wraz z kołem pasowym 62 i paskiem 63 przenosi napęd z silnika skokowego 64. Napęd śruby pociągowej 59 powoduje obrót półki 42 wraz z mocowanymi do niej zespołami wokół osi „X“. Ograniczenie ruchu wokół osi „X“ następuje przez zadziałanie wyłączników krańcowych. Silnik skokowy 65 zamocowany jest do półki 42 i przez przekładnię zębatą 66 i 67 napędza śrubę 68, która jednym końcem wkręcona jest w półkę 42, a drugim oparta o ruchomą dźwignię 69, która ułożyskowana jest na dwu osiach 70 i łożyskach 71 oprawionych we wspornikach 72 zamocowanych do półki 42. Na osiach silnika skokowego 65 zamocowany jest wałek giętki 73, który przenosi ruch obrotowy na licznik bębnowy 74 zamocowany do skrzynki 24 za pomocą wspornika 75. Silnik skokowy 65 napędza jednocześnie licznik bębnowy 74 i przez przekładnię zębatą 66 i 67 śrubę 68 jednym końcem wkręconą w półkę 42 a drugim opartą o ruchomą dźwignię

69. Przełożenie na kołach zębatych 66 i 67 jest 1:5, skok śruby 68 wynosi 0,5 mm, długość ramienia ruchomej dźwigni 69 wynosi 100 mm. Przy takim zestawieniu tych trzech wielkości pochylenie kątowe dźwigni 69 i poziomicy 77 są przekazywane na liczniku bębnowym 74 w procentach z dokładnością 0,01%. Licznik bębnowy 74 posiada wyłącznik optoelektroniczny 76, który odłącza zasilanie silnika skokowego 65 przy przekroczeniu skrajnych zakresów pracy licznika bębnowego 74 i załącza je ponownie w momencie zmiany kierunku obrotów silnika skokowego.

W nadajniku znajdują się trzy poziomice optoelektroniczne 77, 78 i 79 zawierające diody nadawcze 91, ampułkę 90 i diody odbiorcze 93. Poziomica 77 zamocowana jest do ruchomej dźwigni 69 i służy do kontroli poziomu lub zadanego pochylenia płaszczyzny laserowej na kierunku prostopadłym do osi „X“. Poziomica 78 zamocowana jest do półki 42 i służy do kontroli poziomu płaszczyzny laserowej na kierunku prostopadłym do osi „Y“. Poziomica 79 zamocowana jest do

163 560 5 ceownika 50 za pomocą wspornika 80 i służy do kontroli pionu płaszczyzny laserowej po położeniu nadajnika na wybrany bok.

Zmiana funkcji nadajnika po położeniu go na wybranym boku następuje przez odłączenie jednych obwodów a załączenie innych przez rtęciowy wyłącznik położeniowy 81 znajdujący się na płycie głównej elektroniki 82 przykręconej dwoma kątownikami 83 do skrzynki 24 wraz z zasilaczem 84. Poziomica optoelektroniczna składa się z podstawy 85 osadzonej obrotowo na osi 86. Do podstawy 85 przykręcony jest korpus 87, w którym znajduje się oprawiona w tulejce 88 i deklach 89 ampułka poziomicy 90. Tulejka 88 posiada wyfrezowania, które odsłania na pewnej długości ampułki 90 jej pęcherzyk. Z jednej strony ampułki 90 znajduje się dioda nadawcza 91 w oprawce 92 a z drugiej zespół fotodiod odbiorczych 93 w płytce drukowanej 94.

Działanie nadajnika laserowego samopoziomującego jest następujące: promieniowanie pochodzące od diody nadawczej 91 prześwietla ampułkę 90 i pada na diody odbiorcze 93, na których pojawia się odpowiedni sygnał zależny od położenia pęcherzyka w ampułce 90. Sygnał ten po odpowiedniej obróbce w układach elektronicznych analizując kierunek, prędkość ruchu i wielkość wychylenia w ampułce 90 steruje pracą silników skokowych 64 i 30, które utrzymują poziomice 77, 78 i 79 w położeniu poziomym. Poziomica 79 utrzymywana jest w położeniu poziomym po położeniu nadajnika na wybranym boku. Prędkość silników skokowych 64 i 30 w układzie samopoziomowania jest proporcjonalna do prędkości ruchu i wielkości wychylenia pęcherzyka w ampułce 90. Lampka 21 sygnalizuje czerwonym przerywanym światłem automatyczne wyłączenie urządzenia przy spadku napięcia zasilania poniżej 10,8 V lub przekroczeniu tego napięcia powyżej 14,5 V. Unieruchomienie główki 9 podczas wirowania również powoduje automatyczne wyłączenie urządzenia i sygnalizowane jest czerwonym przerywanym światłem przez lampkę 21. Natomiast ciągłe świecenie zielonej lamki 22 sygnalizuje utratę poziomu lub pionu oraz wyłączenie lasera, zaś przekroczenie zakresu samopoziomowania nadajnika sygnalizowane jest przerywanym świeceniem lampki 22.

Zasilanie nadajnika odbywa się poprzez włączenie włącznikiem 16 które doprowadzone jest przez gniazdo 17. Pochylenie laserowej płaszczyzny odniesienia odczytywane jest w okienku 18 a jego wielkość ustalana jest przełącznikiem 19, który wraz z układem sterowania pozwala na zadawanie pochylenia laserowej płaszczyzny odniesienia z dwoma prędkościami. Pokrętło 20 pozwala na ustalenie odpowiedniej prędkości obrotowej główki 9 a przełącznik 19 służy do skręcania laserowej płaszczyzny w lewo lub prawo.

163S60

Fig 2

163S60

Fig 3

Fig. 3a

163S60

FtgĄb

W

163S60

4Fig8 χ

Fig 9

Fig. 1(0

163S60

Figi

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Nadajnik laserowy samopoziomujący mający obudowę o kształcie graniastosłupa wielokątnego składający się z części dolnej, środkowej i górnej przedzielonych uszczelkami gumowymi i połączonymi elementami łącznymi oraz posiadający główkę wirującą w części górnej oraz w części środkowej obudowy w okienku zamocowany pulpit sterujący, znamienny tym, że wszystkie wewnętrzne mechanizmy nadajnika są zamocowane do wsporników kątowych umieszczonych w części środkowej (2) obudowy, a do pionowo ustawionego ceownika (50) z jednej strony zamocowana jest rura laserowa (53) za pomocą obejm (52) i pierścieni gumowych (51), a z drugiej strony od dołu zamocowane są zwierciadło (54), obiektyw (55), okular (56) i wspornik (49) zaś mechanizmy samopoziomowania połączone są z silnikami skokowymi (30,64) natomiast mechanizm do zadawania pochyleń ma silnik skokowy (65) połączony poprzez przekładnię (66,67) ze śrubą mikrometryczną (68) wkręconą jednym końcem w półkę (42), a drugim końcem opartą o ruchomą dźwignię (69), przy czym oś silnika skokowego (65) dodatkowo za pomocą wałka giętkiego (73) połączona jest z licznikiem bębnowym (74) posiadającym wyłącznik optoelektoniczny (76), który to licznik bębnowy (74) zamocowany jest nieruchomo na obudowie (24), a ponadto do kontroli poziomu lub zadanego pochylenia oraz pionu laserowej płaszczyzny odniesienia nadajnik ma poziomice optoelektroniczne (77, 78, 79) zawierające diody nadawcze (91), ampułkę (90) i diody odbiorcze (93).