RU1796902C - Лазерный угломер - Google Patents

Abstract

Использование: в геодезических приборах дл  угловых измерений. Сущность изобретени : устройство содержит лазер 1, оптически сопр женный через отражательный элемент с формирователем излучений, выполненный с размещенными на одной оптической оси отрицательным компонентом 7 и объективом 8, горизонтальный круг 3 и визирную марку, светоделитель 9, дополнительный отражательный элемент 13 в виде призмы с котировочными винтами и дополнительный объектив в виде аксикона с юсти- ровочными винтами. Визирна  марка выполнена в виде белого круга с матовой поверхностью на темном фоне. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению, а именно к геодезическим приборам дл  угловых измерений.

Известны маркшейдерские угломеры оптического типа, имеющие визирную телескопическую трубу, а также горизонтальный и вертикальный лимбы, Зрительна  труба таких приборов может снабжатьс  дальномером геометрического типа. Съемка подробностей при пбмЪщй таких приборов выполн етс  ординатным методом, при этом удаление основани  перпендикул рно от прибора определ етс  по шнуру с метровыми отметками. Шнур нат гиваетс  по створу между точками угломерного хода, рассто ние от шнура до снимаемого контура измер етс  тёсьм ной рулеткой. Необходимость использовани  шнура с отметками в процессе съемки создает трудности при

организации работ и снижает безопасность, поскольку очистное пространство (лава) зан то добычными и транспортными механизмами , к тому же слабо освещено, : . Имеющиес  предложени  по,усовершенствованию конструкции оптических уг ломеров не . позвол ют существенно. усовершенствовать методику съемки очистных работ, В этих приборах визуального типа используетс  нит ной дальномер, поэтому при съемке подробностей также необходимо прибегать к использованию шнура с метровыми отметками. : : . Более прогрессивным  вл етс  использование в угломерах лазерного излучени , образующего в пространстве два луча, расход щихс  под заданным углом, Это позвол ет измер ть удаление любой точки от прибора лазерно-дальномерным способом, не прибега  к использованию механических мерных приборов

Однако примен емое при этом устройство не позвол ет использовать наиболее удобное формирование лазерного излучени  в виде кольцевой интерференционной структуры, а потому оно не может примен тьс  в маркшейдерских угломерах.

Известен также выбранный в качестве прототипа угломерный прибор, включающий лазер, отклон ющую призменную систему , формирователь излучени  со : светоделительной призмой и горизонталь- ной круг. , /.

Недостатком известного угломерного прибора  вл етс  невозможность формировани  второго пучка Световых лучей, наход щихс  под заданным углом, дл  лазерно-дальномерного определени  удалени  от прибора. Это снижает производительность труда и уменьшает удобство в работе.

Целью устройства  вл етс  повышение производительности.

Дл  достижени  указанной цели в теле скОпической системе формировател  излу5 чени  посредством дополнительной отражательной призмы, установленной в сход щимс  пучке лучей и содержащей юс- тировочные винты, образован второй оптический канал, объектив которого выполнен

в виде аксйкона с юстировочными винтами, причем в геометрическом центре марки на темном фоне укреплен белый круг с матовой поверхностью. Параллактический угол образуетс  за счет поворота пр моугольной

5 призмы 13 вокру г оси, проецируемой на фиг.1 в точку Р, осуществл емого юстировочными винтами 14. Рассто ние определ - ют по формуле

v.,:,.: :- ;-v y;;v S K -n + С. .;

0 где n - величина интервала по рулетке (см. фиг.4) между осевыми точками интерференционных структур лазерного излучени  первого и второго оптического каналов; К - коэффициент дальномера;

5 с - посто нна  слагаема  дальномерй. Наличие котировочных винтов у призмы 13 позвол ет измен ть коэффициент дальномера К до значени , удобного при эксплуатации прибора в конкретных горно0 геологических услови х, а также при использовании неметрической системы мер. У., Выполнение объектива второго оптического Канала в виде аксйкона. ось симметрии которого перпендикул рна

5 вертикальной оси вращени  угломера А-А, позвол ет сформировать интерференционную структуру этого канала в виде пр мых линий, имеющих точки пересечени . Лини , соедин юща  эти точки пересечений интер0 ференционных полос, фиксирует в пространстве положени  оси лазерного излучени  во втором канале. Котировочные винты 12 аксйкона необходимы дл  точной выверки коэффициента дальномера К, Раз- 5 личиё Формы интерференционных структур первого и второго каналов способствует уверенному выделению основного оптического канала в процессе маркшейдерских измерений исключает по вление грубых

0 ошибок, св занных со случайным наведением на марку лазерного луча второго (вспомогательного ) оптического канала. Известные технические решени  не позвол ют четко различать лазерные лучи первого и второго

5 каналов, что может быть источником грубых ошибок.

Кроме того, предлагаемое конструктивное решение  вл етс  оптимальным дл  использовани  интерференционной структуры лазерного излучени , наиболее

удобной при работе в подземных горных выработках. В известном техническом решении , основанном на использовании оптических клиньев дл  образовани  второго канала, кольцева  структура излучени  делитс  на две части, которые невозможно использовать дл  измерительных целей.

Размещение в геометрическом центре марки, имеющей светоотражающее покрытие темного цвета, белого круга с матовой поверхностью рассеивающей лучи, позвол ет осуществить точную наводку лазерного излучени  основного или оптического канала на смежную точку хода. Диаметр d белого круга (см. фиг.3) выбираетс  из услови 

. cKdio1,

где сНо1- диаметр кольцевой интерференционной структуры лазерного излучени  основного оптического канала на удалении от прибора, равном 10 м.

Проведенные лабораторные исследовани  позволили установить, что наиболее оптимально дл  формировател  излучени  с фокусным рассто нием 100 мм использовать марки, имеющие d - 30 мм. Тогда при рассто нии до марки менее 10 м наведение кольцевой интерференционной структуры лазерного луча первого оптического канала на марку осуществл етс  непосредственно на белый круг, контрастно выдел емый на темном фоне рефлектирующего покрыти . При рассто нии более 10 м наведение интерференционной структуры, диаметр которой будет больше диаметра круга d. осуществл етс  по концентрической окружности , образуемой на рефлектирующем покрытии кольцевой структуры, центрируемой относительно белого матового круга. Поскольку лазерный угломер, как и другие приборы такого, типа снабжаетс  оптическим визиром - телескопической системой с увеличением 1,5-2,0, то предлагаемый способ наведени  лазерного сформированного излучени  на марку удобен дл  наблюдател  и обеспечивает необходимую точность пор дка 1. Ошибочное наведение на марку лазерного луча второго оптического канала исключаетс  линейно-угловой структурой интерференционной картины в этом канале.

Известна  марка-отражатель обеспечивает требуемую точность наведени  лазерного излучени , сформированного э кольцевую интерференционную структуру, только при наблюдении в зрительную трубу большого увеличени , отсутствующую в за вл емом угломере. К тому же известна  марка не приспособлена дл  работы в сложных услови х очистного забо , т.к. требует предварительно точного наведени  на объектив угломерного прибора. Поэтому марка

предлагаемой конструкции дл  за вл емого лазерного угломера  вл етс  оптимальной. На фиг.1 изображена принципиальна  схема за вл емого лазерного угломера; на 5 фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - схема предлагаемой марки; на фиг.4 - принцип лазерного дальномерного измерени  рассто ний.

Лазерный маркшейдерский угломер со10 стоит из лазера 1, корпуса 2, лимба горизонтального круга 3, ромб-призмы 4, пр моугольной призмы 8, светоделительной призмы - куба 9, объектива первого оптического канала 10, аксикона 11, юстиро5 вочных винтов 12, пр моугольной призмы 13, котировочных винтов 14 и пр моугольной призмы 15. Аксикон 11 служит объективом второго канала и установлен таким образом, что его ось симметрии перпенди0 кул рна вертикальной оси вращени  угломера А-А.

Наведение лазерного луча второго оптического канала осуществл етс  на марку, состо щую из темного рефлектирующего

5 покрыти  16 и белого круга с матовой поверхностью 17.

Лазер 1 расположен вдоль вертикальной оси прибора, соосно с лимбом горизонтального круга 3, Лазер 1 и лимб 3

0 установлены в корпусе 2 неподвижно. Отклон юща  призменнз  система, включающа  призмы 4, 15, 8 и 5, направл ет лазерное излучение в отрицательную линзу формировател  7, Корпус формировател  6

5 наклон етс  относительно горизонтальной оси 1-1, при этом призмы 4 и 15 укреплены независимо от корпуса б, они вращаютс  только относительно вертикальной оси прибора А-А вместе с формирователем. Приз- 0- мы 8, 5 и 9 в корпусе формировател  6. Второй оптический канал образуетс  в формирователе посредством отражательной : пр моугольной призмы 13, установленной в Сход щемс  пучке лучей, после светодели5 тельной куб-призмы 9, а также аксикона 11. ; Отклонение оси лазерного излучени  во втором оптическом канале под углом относительно оси луча первого канала достигаетс  Поворотом пр моугольной призмы 13 отно0 сительно оси, проход щей через точку D, котировочными винтами 14, Лазерное излучение во втором канале формируетс  в виде пересекающихс  пр мых линий, причем вершины образующихс  углов фиксируют

$ положение оптической оси второго канала коллиматора. Величина хода лучей во втором канале на отрезок CD (см. фиг.1) больше , чем.а первом, кана ле, поэтому размеры интерференционной структуры второго ка- нала меньше..

Первый (верхний оптический канал угломера наводитс  на марку, установленную на другой точке хода вращением верхней части прибора вокруг вертикальной оси А-А и наклоном корпуса формировател  б относительно горизонтальной оси 1-1, наблю Да положение кольцевой интерференционной структуры лазерного излучени  в плоскости марки через оптический визир (на чертеже не показан). При этом добиваютс  симметрично положени  интерференционной структуры излучени  относительно геометрического центра марки по белому кругу. После наведени  лазерного луча на марку снимают отсчеты по горизонтальному кругу 3 и вертикальному кругу (на чертеже не показан). Отсто ни  Si, 82 и т.д. от прибора до любой точки вдоль стороны угломерного хода определ ют согласно схеме, представленной на фиг.4, снима  отсчеты п 1, па и т.д. непосредственно по. полотну рулетки между центральной зоной кольцевой лазерной структурой и осью линейчатой структуры. Таким же образом снимают отсчет дальности и на марке, установленной на точке угломерного хода.

Поверки предлагаемого лазерного угломера , помимо основных поверок, выполн емых в угломерных приборах, включают также поверку положени  лазерных пучков, сформированных в двух оптических каналах . Верхний пучок лучей должен находитьс  в коллимационной плоскости, эта поверка выполн етс  наведением лучей на нить отвеса. Также повер ют величину угла, дл  юстировки используют линзы 12 и 14. Формул а изобретенй 

Лазерный угломер, содержащий лазер.

оптически сопр женный через отражательный элемент с формирователем излучени ,

выполненным с размещенными на одной

оптической оси отрицательным компонентом и объективом, горизонтальный круг и визирную марку, б т л и ч а ю.щ И и е   тем, что, с целью повышени  производительности , он снабжен оптически сопр женными и расположенными в одной вертикальной

Плоскости светоделителем, размещенным на оптической оси между отрицательным компонентом и объектом, дополнительным отражательным элементом в виде призмы с юстировочными винтами и дополнительным

объективом в виде акткона с юстировочными винтами, а визирна  марка выполнена в виде белого круга с матовой поверхностью на темном фоне.

ФиЈ1

угломер

V

Г i

Мар.&