RU2156956C1

RU2156956C1 - Laser level meter

Info

Publication number: RU2156956C1
Application number: RU99100520A
Authority: RU
Inventors: В.А. Алексеев; А.Н. Алиханов; А.А. Бакеев; В.Н. Кулешов; Э.А. Нарусбек; В.Г. Сон
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-01-06
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: surveyor, geodesic and optical instruments. SUBSTANCE: device may be used for measuring distances, azimuths, heights, to be detected by means of trigonometric leveling, as well as for high-precision angular measurements. Device has mechanism for orientation of laser reference beam in space, serial optical circuit of reference laser light beam source, which is mounted in housing, light separator, which is mounted for separation of reference light beam in horizontal plane, and reflector. In addition, reference laser light source and light separator are located on main optical axis. Said light separator is mounted for separation of reference light beam in horizontal plane. Reflector is mounted for setting angular rotation in vertical plane as well as for free passing of light beam from laser source. EFFECT: increased precision of measurements, increased stability of three- dimensional position of laser beam in vertical and horizontal planes. 13 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области маркшейдерно-геодезического и оптического приборостроения, измерительной технике и геодезических измерений, в частности к лазерным нивелирам, теодолитам, ватерпасам и т.д., а также к лазерным геодезическим приборам, предназначенным для проведения высокоточных угловых измерений, трассировочных работ, фиксации проектных, задания реферетного и определения направлений, расстояний, контроля горизонтального положения объектов и т.п., в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т. д. , и может быть использовано при строительстве и монтаже инженерных сооружений и оборудования, проведении высокоточных инженерно-геодезических работ с проведением высокоточных угловых измерений, в том числе углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т.п. лазерным пучком, например при проведении всевозможных измерений, наблюдении и трассировании для повышения точности проведения разметки и измерения расстояний, уровней, азимутов и высот, определяемых тригонометрическим нивелированием, независимо от угла наклона местности. The present invention relates to the field of surveying-geodetic and optical instrumentation, measuring equipment and geodetic measurements, in particular to laser levels, theodolites, spirit levels, etc., as well as to laser geodetic devices designed for high-precision angular measurements, tracing operations, fixing design, assigning reference and determining directions, distances, monitoring the horizontal position of objects, etc., in navigation, geodesy, topography, tonneling, during construction, carpentry, etc., and can be used in the construction and installation of engineering structures and equipment, high-precision engineering and geodetic works with high-precision angular measurements, including tilt angles, tracing, fixing design, assignment of a reference and determination of directions, distances, control of the position of objects, etc. a laser beam, for example, when conducting various measurements, observation and tracing to increase the accuracy of marking and measuring distances, levels, azimuths and heights determined by trigonometric leveling, regardless of the angle of the terrain.

В настоящее время проблема создания лазерных нивелиров встала достаточно остро. Связано это с тем, что известные лазерные нивелиры либо не обеспечивают возможности проведения высокоточных угловых измерений, в том числе измерения углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т.п. лазерным пучком в горизонтальной и вертикальной плоскостях без изменения положения нивелира, либо являются громоздкими и не могут быть использованы как переносные и легко транспортируемые приборы и инструменты, например в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т.д. А проведение вышеперечисленных работ в горизонтальной и вертикальной плоскостях без изменения положения нивелирного устройства является, порой, крайне важным как для минимизации временного интервала при их проведении, так и для повышения точности проведения указанных работ за счет исключения возможности смещения самого устройства в результате его переустановки при необходимости осуществления работ в различных плоскостях и за счет исключения разъюстировки его системвозможности при такой переустановке нивелирного устройства. Currently, the problem of creating laser levels has become quite acute. This is due to the fact that the well-known laser levels either do not provide the ability to conduct high-precision angular measurements, including tilt angles, tracing, fixing the design, setting the reference and determining directions, distances, controlling the position of objects, etc. laser beam in horizontal and vertical planes without changing the level position, or are bulky and can not be used as portable and easily transported instruments and tools, for example, in navigation, geodesy, topography, tone building, during construction, installation and carpentry, etc. d. And the implementation of the above work in horizontal and vertical planes without changing the position of the leveling device is sometimes extremely important both to minimize the time interval during their implementation and to increase the accuracy of these operations by eliminating the possibility of displacement of the device itself as a result of reinstalling it if necessary the implementation of work in various planes and due to the exclusion of misalignment of its system of capabilities with such a reinstallation of the leveling device.

Известен лазерный нивелир, содержащий общий корпус с механизмом ориентирования горизонтальности и прямолинейности луча в пространстве, размещенные в общем корпусе и установленный в своем корпусе лазер, коллиматор в виде двух взаимно перпендикулярных телескопических труб со светоделительной призмой и устройство для развертки лазерного луча, выполненного в виде двух пентапризм, выходные грани которых развернуты на 180^o (М. Кл. G 01 С 5/00, авт. свид. СССР N 614666, 1979 г.).Known laser level, containing a common housing with a mechanism for orienting the horizontal and straight lines of the beam in space, placed in a common housing and installed in its housing a laser, a collimator in the form of two mutually perpendicular telescopic tubes with a beam splitting prism and a device for scanning a laser beam made in the form of two pentaprism, the output faces of which are turned 180 ^o (M. Cl. G 01 C 5/00, ed. certificate. USSR N 614666, 1979).

Однако использование известного технического решения не обеспечивает возможности проведения высокоточных угловых измерений, в том числе измерения углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т. п. лазерным пучком в горизонтальной и вертикальной плоскостях без изменения положения нивелира, например в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т. д. However, the use of the known technical solution does not provide the possibility of conducting high-precision angular measurements, including measuring inclination angles, tracing work, fixing the design, setting the reference and determining the directions, distances, monitoring the position of objects, etc., by a laser beam in horizontal and vertical planes without changes in the position of the level, for example, in navigation, geodesy, topography, tone building, during construction, installation and carpentry, etc.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является лазерное нивелирное устройство, содержащее механизмы юстировки лазер-телескопической системы и ориентации лазерного луча в пространстве, последовательно установленные и оптически совмещенные друг с другом размещенный в корпусе лазерный источник опорного светового потока, формирователь светового пучка в виде телескопической системы, оптический мостик в виде последовательно расположенных светоделительного элемента, первого отражателя, двухлинзовой афокальной системы, второго отражателя и полупрозрачного элемента и анализатор смещений, при этом лазерный источник опорного светового потока, формирователь светового пучка в виде телескопической системы, светоделительный и полупрозрачный элементы и анализатор смещений размещены на главной оптической оси (М. Кл. G 01 C 1/00, авт. свид. СССР N 781567, 1980 г.). The closest technical solution (prototype) is a laser leveling device, containing mechanisms for aligning the laser telescopic system and orienting the laser beam in space, sequentially installed and optically aligned with each other a laser source of the reference light flux located in the housing, and a light beam shaper in the form of a telescopic system , optical bridge in the form of sequentially arranged beam splitting element, first reflector, two-lens afocal system, WTO of a reflector and a translucent element and a displacement analyzer, while the laser source of the reference light flux, a beam of a light beam in the form of a telescopic system, beam splitting and translucent elements, and a displacement analyzer are placed on the main optical axis (M. Cl. G 01 C 1/00, ed certificate of the USSR N 781567, 1980).

Однако использование известного технического решения не обеспечивает возможности проведения высокоточных угловых измерений, в том числе измерения углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т.п. лазерным пучком в горизонтальной и вертикальной плоскостях без изменения положения нивелира, например в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т.д. However, the use of the known technical solution does not provide the possibility of high-precision angular measurements, including measuring the angle of inclination, tracing, fixing the design, setting the reference and determining the directions, distances, monitoring the position of objects, etc. laser beam in horizontal and vertical planes without changing the position of the level, for example, in navigation, geodesy, topography, tone building, during construction, installation and carpentry, etc.

Новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерений при повышении стабильности пространственного положения лазерного луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях. A new achievable technical result of the invention is to increase the accuracy of measurements while increasing the stability of the spatial position of the laser beam in the vertical and horizontal planes.

Для достижения нового технического результата в лазерное нивелирное устройство, содержащее механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве, последовательно установленные и оптически совмещенные друг с другом лазерный источник опорного светового потока, размещенный в корпусе, светоделитель и отражатель, при этом лазерный источник опорного светового потока и светоделитель размещены на главной оптической оси, в отличие от прототипа, светоделитель установлен с возможностью разделения опорного светового потока в горизонтальной плоскости, а отражатель - с возможностью заданного углового поворота в вертикальной плоскости на главной оптической оси и с возможностью обеспечения как свободного прохождения светового потока от лазерного источника, так и прохождения отраженного под заданным положением отражателя углом светового потока в результате взаимодействия с ним. To achieve a new technical result, a laser leveling device containing a mechanism for orienting the laser reference light flux in space, sequentially mounted and optically aligned with each other, a laser source of the reference light flux located in the housing, a beam splitter and a reflector, while the laser source of the reference light flux and the beam splitter is placed on the main optical axis, unlike the prototype, the beam splitter is installed with the possibility of separation of the reference light flux in horizontal plane, and the reflector - with the possibility of a given angular rotation in a vertical plane on the main optical axis and with the possibility of ensuring both the free passage of the light flux from the laser source and the passage of the angle of the light flux reflected under the given position of the reflector as a result of interaction with it.

Отражатель может быть выполнен полупрозрачным. The reflector may be translucent.

Лазерный источник опорного светового потока, светоделитель и отражатель могут быть размещены в общем корпусе, при этом последний выполнен с центральным каналом, обеспечивающим свободное прохождение светового потока от лазерного источника по главной оптической оси, и двумя боковыми пазами, обеспечивающими свободное прохождение светового потока от лазерного источника после его разделения светоделителем в горизонтальной плоскости под прямым углом к главной оптической оси и свободного прохождения отраженного под заданным положением отражателя углом светового потока в результате взаимодействия с ним в вертикальной плоскости. The laser source of the reference light flux, the beam splitter and the reflector can be placed in a common housing, the latter being made with a central channel providing free passage of the light flux from the laser source along the main optical axis, and two side grooves providing free passage of the light flux from the laser source after its separation by a beam splitter in a horizontal plane at right angles to the main optical axis and free passage reflected under a given position about razhatelya angle of the luminous flux as a result of interaction with them in a vertical plane.

Светоделитель может быть выполнен в виде светоделительной призмы или полупрозрачного зеркала. The beam splitter can be made in the form of a beam splitter prism or a translucent mirror.

Светоделитель может быть установлен с возможностью заданного углового поворота в горизонтальной плоскости на главной оптической оси. The beam splitter can be installed with the possibility of a given angular rotation in the horizontal plane on the main optical axis.

Боковой паз в горизонтальной плоскости может быть выполнен с возможностью свободного прохождения светового потока после его разделения светоделителем в горизонтальной плоскости под углом к главной оптической оси, заданным угловым поворотом в горизонтальной плоскости светоделителя. The lateral groove in the horizontal plane can be made with the possibility of free passage of the light flux after its separation by the beam splitter in the horizontal plane at an angle to the main optical axis, specified by an angular rotation in the horizontal plane of the beam splitter.

Механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве может быть выполнен в виде по крайней мере одного вертикального и одного горизонтального уровня. The orientation mechanism of the laser reference light flux in space can be made in the form of at least one vertical and one horizontal level.

Уровень может быть выполнен пузырьковым. The level may be bubbled.

Механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве может быть выполнен с механизмом ориентации корпуса в пространстве. The orientation mechanism of the laser reference light flux in space can be performed with the orientation mechanism of the housing in space.

Лазерный источник может быть выполнен с ключевым элементом для подачи питания на лазерный источник, размещенным на общем корпусе, а общий корпус выполнен с отделением для размещения источников питания лазерного источника. The laser source can be made with a key element for supplying power to the laser source, placed on a common housing, and the common housing is made with a compartment for accommodating power sources of the laser source.

Механизм фиксации заданного углового положения отражателя может быть выполнен в диапазоне углов 0 - 60^o.The mechanism for fixing a given angular position of the reflector can be made in the range of angles 0 - 60 ^o .

Лазерный источник может быть выполнен с возможностью подачи опорного светового потока в видимой и/или инфракрасной и/или ультрафиолетовой областях электромагнитного спектра излучения. The laser source may be configured to supply a reference light flux in the visible and / or infrared and / or ultraviolet regions of the electromagnetic radiation spectrum.

На фиг. 1-3 представлены принципиальные схемы предлагаемого лазерного нивелирного устройства. In FIG. 1-3 are schematic diagrams of the proposed laser leveling device.

Лазерное нивелирное устройство содержит механизм 1 ориентации лазерного опорного светового потока 2 в пространстве, последовательно установленные и оптически совмещенные друг с другом лазерный источник 3 опорного светового потока 2, размещенный в корпусе 4, светоделитель 5 в виде светоделительной призмы 6, установленной с возможностью разделения опорного светового потока 2 в горизонтальной плоскости, и отражатель 7, установленный с возможностью заданного углового поворота в вертикальной плоскости с возможностью обеспечения свободного прохождения светового потока 2 от лазерного источника 3, при этом лазерный источник 3 опорного светового потока 2, светоделитель 5 и отражатель 7 размещены на главной оптической оси 8 (фиг. 1). The laser leveling device comprises a mechanism 1 for orienting the laser reference light flux 2 in space, sequentially mounted and optically aligned with each other a laser source 3 of the reference light flux 2, located in the housing 4, a beam splitter 5 in the form of a beam splitter prism 6, mounted with the possibility of separation of the reference light flow 2 in a horizontal plane, and a reflector 7 mounted with the possibility of a given angular rotation in a vertical plane with the possibility of providing free the passage of the light flux 2 from the laser source 3, while the laser source 3 of the reference light flux 2, the beam splitter 5 and the reflector 7 are placed on the main optical axis 8 (Fig. 1).

Лазерное нивелирное устройство может содержать механизм ориентации лазерного опорного светового потока 2 в пространстве в виде вертикального и горизонтального пузырьковых уровней 9, при этом лазерный источник 3 опорного светового потока 2, светоделитель 5 и полупрозрачный отражатель 10 могут быть размещены в общем корпусе 11, при этом последний выполнен с центральным каналом 12, обеспечивающим свободное прохождение светового потока 2 от лазерного источника 3 по главной оптической оси 8, двумя боковыми пазами 13, 14, обеспечивающими свободное прохождение светового потока 2 от лазерного источника 3 после его разделения светоделителем 5 в горизонтальной плоскости под прямым углом к главной оптической оси 8 и свободного прохождения отраженного под заданным положением отражателя 10 углом светового потока 2 в результате взаимодействия с ним в вертикальной плоскости, и с отделением 15 для размещения источников питания 16 лазерного источника 3, выполненного с ключевым элементом 17 для подачи питания на лазерный источник 3, размещенным на общем корпусе 11, а механизм 18 фиксации заданного углового положения отражателя 10 может быть выполнен в диапазоне углов 0 - 60^o (фиг. 2).The laser leveling device may include a mechanism for orienting the laser reference light flux 2 in space in the form of vertical and horizontal bubble levels 9, while the laser source 3 of the reference light flux 2, the beam splitter 5 and the translucent reflector 10 can be placed in a common housing 11, the latter made with a Central channel 12, providing free passage of the light flux 2 from the laser source 3 along the main optical axis 8, two side grooves 13, 14, providing free the passage of the light flux 2 from the laser source 3 after its separation by the beam splitter 5 in the horizontal plane at right angles to the main optical axis 8 and the free passage of the angle of the light flux 2 reflected at a given position of the reflector 10 as a result of interaction with it in the vertical plane, and with the compartment 15 for accommodating power sources 16 of a laser source 3 made with a key element 17 for supplying power to a laser source 3 placed on a common housing 11, and the mechanism 18 for fixing a given angle Vågå reflector position 10 may be formed in the angular range of 0 - 60 ^o (FIG. 2).

Лазерное нивелирное устройство может быть выполнено с боковым пазом 19 в горизонтальной плоскости, обеспечивающим возможность свободного прохождения светового потока 2 после его разделения светоделителем 5, выполненным в виде полупрозрачного зеркала 20, в горизонтальной плоскости под углом к главной оптической оси 8, заданным угловым поворотом в горизонтальной плоскости светоделителя 5, при этом механизм 1 ориентации лазерного опорного светового потока 2 в пространстве может быть выполнен с механизмом 21 ориентации общего корпуса 11 в пространстве, причем лазерный источник 3 может быть выполнен с возможностью подачи опорного светового потока 22 в видимой и/или инфракрасной и/или ультрафиолетовой областях электромагнитного спектра излучения (фиг. 3). The laser leveling device can be made with a lateral groove 19 in the horizontal plane, allowing free passage of the light flux 2 after its separation by the beam splitter 5, made in the form of a translucent mirror 20, in the horizontal plane at an angle to the main optical axis 8, given an angular rotation in horizontal the beam splitter 5 plane, while the orientation mechanism 1 of the laser reference light flux 2 in space can be performed with the orientation mechanism 21 of the common housing 11 in of the space, wherein the laser source 3 can be arranged to supply the reference luminous flux 22 in the visible and / or infrared and / or ultraviolet regions of the electromagnetic spectrum (FIG. 3).

Лазерное нивелирное устройство работает следующим образом. Laser leveling device operates as follows.

Опорный световой поток 2 от лазерного источника 3, размещенный в корпусе 4, вдоль главной оптической оси 8 направляется на светоделитель 5, например в виде светоделительной призмы 6, которая разделяет световой поток 2 на две части в горизонтальной плоскости, одна из которых направляется по главной оптической оси, а другая - под углом 90^o к главной оптической оси 8 через боковое отверстие 13 общего корпуса 11, размещенное в горизонтальной плоскости. По выходе из лазерного нивелирного устройства разделенные посредством светоделительной призмы 6 световые потоки 2 образуют опорные расположенные взаимно перпендикулярно относительно друг друга световые сигналы 2 от лазерного источника 3. Посредством механизма 1 ориентации лазерного опорного светового потока 2 в пространстве осуществляют нивелирование этих опорных, расположенных взаимно перпендикулярно относительно друг друга, световых сигналов 2 от лазерного источника 3 в горизонтальной плоскости. При этом плоскость отражателя 7 установлена вдоль горизонтальной плоскости с возможностью обеспечения свободного прохождения опорного светового потока 2 от лазерного источника 3 вдоль главной оптической оси 8 (фиг. 1).The reference light flux 2 from the laser source 3, located in the housing 4, along the main optical axis 8 is directed to the beam splitter 5, for example in the form of a beam splitter prism 6, which divides the light flux 2 into two parts in the horizontal plane, one of which is directed along the main optical axis, and the other at an angle of 90 ^o to the main optical axis 8 through the side hole 13 of the common housing 11, placed in a horizontal plane. Upon exit from the laser leveling device, the light streams 2 separated by a beam splitting prism 6 form the reference light signals 2 located mutually perpendicular to each other from the laser source 3. By means of the mechanism 1 of the orientation of the laser reference light flux 2 in space, these reference levels are arranged mutually perpendicular to each other, light signals 2 from the laser source 3 in the horizontal plane. The plane of the reflector 7 is installed along the horizontal plane with the possibility of ensuring the free passage of the reference light flux 2 from the laser source 3 along the main optical axis 8 (Fig. 1).

В качестве лазерного источника 3 используют, например портативный полупроводниковый лазер видимого рабочего диапазона λ_paб = 0,63...0,68 мкм с выходной мощностью W = 5 мВт фирмы "Sanio" (Япония).As a laser source 3, for example, a portable semiconductor laser of the visible operating range λ _pa = 0.63 ... 0.68 μm with an output power of W = 5 mW from Sanio (Japan) is used.

В качестве отражателя 7 используют, например, зеркальный элемент, выполненный из материала с высокоотражающими свойствами или из иного материала, на поверхность которого нанесено высокоотражающее покрытие, например из алюминия, меди и т.п. As a reflector 7, for example, a mirror element is used, made of a material with highly reflective properties or of another material, on the surface of which a highly reflective coating is applied, for example, aluminum, copper, etc.

Светоделитель 5 может быть выполнен, например в виде светоделительного куба или призмы 6 из оптически прозрачного материала (полимера, стекла, кварца и т.п.) с интерференционным или металлизированным покрытием, например ОСТ 3.1901.85, обеспечивающим на рабочей длине волны лазерного источника (например λ_paб = 0,63 мкм) разделение падающего на него светового потока под углом 90^o.The beam splitter 5 can be made, for example, in the form of a beam splitter or prism 6 of an optically transparent material (polymer, glass, quartz, etc.) with an interference or metallized coating, for example, OST 3.1901.85, providing a laser source at the working wavelength ( for example λ _pa = 0.63 μm) separation of the incident light flux at an angle of 90 ^o .

Получаемые таким образом с помощью лазерного нивелирного устройства расположенные взаимно перпендикулярно относительно друг друга световые сигналы 2 от лазерного источника 3 в горизонтальной плоскости могут использоваться как опорные сигналы для проведения высокоточных угловых измерений, трассировочных работ, фиксации проектных, задания реферетного и определения направлений, расстояний, контроля горизонтального положения объектов и т.п. в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т.д., например, при строительстве и монтаже инженерных сооружений и оборудования, проведении высокоточных инженерно-геодезических работ с проведением высокоточных угловых измерений, в том числе углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т. п. лазерным пучком, например при проведении всевозможных измерений, наблюдении и трассировании для повышения точности проведения разметки и измерения расстояний, уровней и азимутов независимо от угла наклона местности. The light signals 2 thus obtained using a laser leveling device located mutually perpendicular to each other from the laser source 3 in the horizontal plane can be used as reference signals for conducting high-precision angular measurements, tracing, fixing the design, setting the reference and determining directions, distances, control horizontal position of objects, etc. in navigation, geodesy, topography, tone building, during construction, installation and carpentry, etc., for example, during the construction and installation of engineering structures and equipment, high-precision engineering and geodetic works with high-precision angular measurements, including angles tilt, tracing work, fixing the design, setting the reference and determining the directions, distances, monitoring the position of objects, etc. with a laser beam, for example, during all kinds of measurements, observation, etc. assirovanii to improve the accuracy of the marking and measuring distances and azimuths levels regardless of the angle of inclination of the terrain.

В случае необходимости измерения высот и расстояний до них независимо от угла наклона местности (фиг. 2), отражатель 7 устанавливают посредством механизма 18 фиксации заданного углового положения отражателя 7 с возможностью обеспечения прохождения отраженного под заданным положением отражателя 9 углом светового потока 2 в результате взаимодействия с ним через боковое отверстие 14 общего корпуса 11, размещенное в вертикальной плоскости. После чего лазерное нивелирное устройство нивелируют посредством вертикального и горизонтального пузырьковых уровней 9 таким образом, что один опорный световой поток 2 от светоделителя 5, 6 расположен в горизонтальной плоскости перпендикулярно относительно главной оптической оси 8, а второй направлен на точку объекта, высоту которого необходимо измерить. В случае выполнения отражателя 10 полупрозрачным появляется и второй опорный сигнал светового потока 2, беспрепятственно проходящий полупрозрачный отражатель 10 и идущий вдоль главной оптической оси 8 в горизонтальной плоскости (как и по фиг. 1). Включение лазерного источника 3 осуществляют посредством ключевого элемента 17 для подачи питания на лазерный источник 3 от источников питания 16 лазерного источника 3, помещенных в отделение 15 общего корпуса 11 (фиг. 2). If it is necessary to measure heights and distances to them, regardless of the angle of inclination of the terrain (Fig. 2), the reflector 7 is installed by means of a mechanism 18 for fixing the predetermined angular position of the reflector 7 with the possibility of passing the angle of the light flux 2 reflected under the given position of the reflector 9 due to interaction him through the side hole 14 of the General housing 11, placed in a vertical plane. After that, the laser leveling device is leveled by means of vertical and horizontal bubble levels 9 in such a way that one reference light flux 2 from the beam splitter 5, 6 is located in a horizontal plane perpendicular to the main optical axis 8, and the second is directed to the point of the object whose height must be measured. In the case of making the reflector 10 translucent, the second reference signal of the light flux 2 also appears, freely passing the translucent reflector 10 and running along the main optical axis 8 in the horizontal plane (as in FIG. 1). The inclusion of the laser source 3 is carried out by means of a key element 17 for supplying power to the laser source 3 from power sources 16 of the laser source 3, placed in the compartment 15 of the General housing 11 (Fig. 2).

Получаемые таким образом с помощью лазерного нивелирного устройства расположенные взаимно перпендикулярно относительно друг друга световые сигналы 2 от лазерного источника 3 в горизонтальной плоскости и световой сигнал 2 в вертикальной плоскости могут использоваться как опорные сигналы для проведения высокоточных угловых измерений, трассировочных работ, фиксации проектных, задания реферетного и определения направлений, расстояний, контроля горизонтального положения объектов и т.п. в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т.д., например, при строительстве и монтаже инженерных сооружений и оборудования, проведении высокоточных инженерно-геодезических работ с проведением высокоточных угловых измерений, в том числе углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т.п. лазерным пучком, например при проведении всевозможных измерений, наблюдении и трассировании для повышения точности проведения разметки и измерения высот объектов и расстояний до них независимо от угла наклона местности. Причем измерение высот объектов и расстояний до них осуществляют одним из известных тригонометрических методов по фиксированному углу наклона отражателя 7, 10, когда расстояние до указанного объекта в горизонтальной плоскости известно, например методом тригонометрического нивелирования, описанным в авт. свид. СССР N 1820213, 1993. Для повышения точности измерения высот объектов фиксация угла поворота отражателя 7, 10 должна производиться на расстоянии от измеряемого объекта, обеспечивающего угловую фиксацию отражателя 7, 10 в диапазоне углов 0 - 60^o. Фиксация угла поворота отражателя 7, 10 в таком диапазоне обусловлена обеспечением возможности определения высоты измеряемого объекта с точностью, не худшей чем в 1,7 раза точности измерения расстояния до основания этого измеряемого объекта.The light signals 2 thus obtained using a laser leveling device located mutually perpendicular to each other from the laser source 3 in the horizontal plane and the light signal 2 in the vertical plane can be used as reference signals for high-precision angular measurements, tracing, fixing the design, setting the reference and determining directions, distances, monitoring the horizontal position of objects, etc. in navigation, geodesy, topography, tone building, during construction, installation and carpentry, etc., for example, during the construction and installation of engineering structures and equipment, high-precision engineering and geodetic works with high-precision angular measurements, including angles tilt, tracing work, fixing the design, setting the reference and determining the directions, distances, monitoring the position of objects, etc. a laser beam, for example, when conducting various measurements, observation and tracing to increase the accuracy of marking and measuring the heights of objects and their distances, regardless of the angle of the terrain. Moreover, the measurement of the heights of the objects and the distances to them is carried out by one of the known trigonometric methods using a fixed angle of inclination of the reflector 7, 10, when the distance to the specified object in the horizontal plane is known, for example, by the method of trigonometric leveling described in ed. testimonial. USSR N 1820213, 1993. To increase the accuracy of measuring the heights of objects, the rotation angle of the reflector 7, 10 should be fixed at a distance from the measured object, which provides angular fixation of the reflector 7, 10 in the range of angles 0 - 60 ^o . The rotation angle of the reflector 7, 10 is fixed in this range due to the possibility of determining the height of the measured object with an accuracy not worse than 1.7 times the accuracy of measuring the distance to the base of this measured object.

Количество вертикальных и горизонтальных пузырьковых уровней 9, используемых в лазерном нивелирном устройстве, может быть и иным в зависимости от размеров устройства и степени точности нивелирования как его отдельных частей, так и устройства в целом. The number of vertical and horizontal bubble levels 9 used in a laser leveling device may be different depending on the size of the device and the degree of leveling accuracy of both its individual parts and the device as a whole.

В качестве пузырьковых уровней 9 могут быть использованы, например, герметично запаянные трубки, выполненные из прозрачного материала (полимера, стекла, кварца и т. п.), заполненные инертной жидкостью, сохраняющей свои физико-химические свойства в по крайней мере диапазоне температур (-40) - (+50)^oC (например, этанол) с газообразной подушечкой из воздуха, азота или иного инертного газа, при этом и жидкость и газ могут быть выполнены окрашенными.As bubble levels 9, for example, hermetically sealed tubes made of a transparent material (polymer, glass, quartz, etc.) filled with an inert liquid that retains its physicochemical properties in at least the temperature range (- 40) - (+50) ^o C (for example, ethanol) with a gaseous pad of air, nitrogen or other inert gas, while both liquid and gas can be painted.

В качестве полупрозрачного отражателя 10 используют, например плоский оптически прозрачный элемент, на поверхность которого нанесено интерференционное или металлизированное покрытие, например ОСТ 3.1901.85, обеспечивающее на рабочей длине волны лазерного источника (например, λ_paб = 0,63 мкм) частичное отражение и пропускание падающего на него светового потока.As a translucent reflector 10, for example, a flat optically transparent element is used, on the surface of which an interference or metallized coating is applied, for example, OST 3.1901.85, which provides partial reflection and transmission at the working wavelength of the laser source (for example, λ _pa = 0.63 μm) the light flux incident on it.

Ключевой элемент 17 для подачи питания на лазерный источник 3 может быть выполнен, например в виде стандартных тумблера или кнопки. The key element 17 for supplying power to the laser source 3 can be made, for example, in the form of a standard toggle switch or button.

В качестве автономных источников питания 16 лазерного источника 3 могут быть использованы, например, стандартные батарейки (например, три батарейки напряжением 1,5 B для лазерного источника 3 фирмы "Sanio" (Япония) или аккумуляторы). Кроме того, лазерный источник 3 может иметь сетевое питание с использованием согласующих устройств по напряжению и току. As stand-alone power supplies 16 of the laser source 3 can be used, for example, standard batteries (for example, three batteries with a voltage of 1.5 V for laser source 3 company "Sanio" (Japan) or batteries). In addition, the laser source 3 can be supplied with mains using matching devices for voltage and current.

Общий корпус 11 лазерного нивелирного устройства может быть выполнен, например, в виде прямоугольника из алюминиевого сплава или иного износостойкого материала. The common housing 11 of the laser leveling device can be made, for example, in the form of a rectangle of aluminum alloy or other wear-resistant material.

Угол поворота отражателя 7, 10 устанавливают с помощью специального устройства, например лимба, и фиксируют в установленном положении посредством механизма фиксации угла поворота отражателя 7, 10, например стандартного винта. The angle of rotation of the reflector 7, 10 is set using a special device, such as a limb, and is fixed in the installed position by a mechanism for fixing the angle of rotation of the reflector 7, 10, for example, a standard screw.

В случае выполнения светоделителя 5, например, в виде полупрозрачного зеркала 20, с возможностью установки заданного угла его поворота в горизонтальной плоскости на главной оптической оси 8, позволяющем производить разделение лазерного светового потока 2 светоделителем 5 не только под углом строго в 90^o, а и под любым другим углом от 0^o до 90^o, например, в случае необходимости разметки всех структур объекта, расположенных под различными углами относительно опорной точки и какой-либо одной выбранной опорной структуры, на которую нацелен из этой контрольной точки опорный световой поток 2 из лазерного нивелирного устройства. При этом разделенный светоделителем 5, 20 опорный световой поток 2 идет в горизонтальной плоскости по главной оптической оси 8 через боковое отверстие 19 в горизонтальной плоскости общего корпуса 11, обеспечивающее возможность свободного прохождения светового потока 2 после его разделения светоделителем 5, 20 в горизонтальной плоскости под углом к главной оптической оси 8, заданным угловым поворотом в горизонтальной плоскости светоделителя 5, 20, под углом расположения, например, размечаемой относительно основной опорной структуры другой структуры объекта. После чего посредством механизма 21 осуществляют ориентацию общего корпуса 11 в пространстве для совмещения лазерных опорных сигналов 2 с опорным и размечаемым объектами (фиг. 3).In the case of a beam splitter 5, for example, in the form of a translucent mirror 20, with the possibility of setting a predetermined angle of rotation in a horizontal plane on the main optical axis 8, allowing the laser light flux 2 to be split by beam splitter 5 not only at an angle strictly of 90 ^o , but also at any other angle from 0 ^o to 90 ^o , for example, if necessary, marking all structures of the object located at different angles relative to the reference point and any one selected reference structure, which is aimed from of the control point reference light flux 2 from the laser leveling device. At the same time, the reference luminous flux 2, separated by the beam splitter 5, 20, goes in the horizontal plane along the main optical axis 8 through the side hole 19 in the horizontal plane of the common housing 11, which allows the light flux 2 to pass freely after it is divided by the beam splitter 5, 20 in the horizontal plane at an angle to the main optical axis 8, given an angular rotation in the horizontal plane of the beam splitter 5, 20, at an angle of location, for example, another jet marked relative to the main support structure object structure. Then, by means of the mechanism 21, the common housing 11 is oriented in space to combine the laser reference signals 2 with the reference and marked objects (Fig. 3).

Получаемые таким образом с помощью лазерного нивелирного устройства, расположенные под углом относительно друг друга световые сигналы от лазерного источника 3 в горизонтальной плоскости и световой сигнал в вертикальной плоскости могут использоваться как опорные сигналы для проведения высокоточных угловых измерений, трассировочных работ, фиксации проектных, задания реферетного и определения направлений, расстояний, контроля горизонтального положения объектов и т.п. в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т.д., например, при строительстве и монтаже инженерных сооружений и оборудования, проведении высокоточных инженерно-геодезических работ с проведением высокоточных угловых измерений, в том числе углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т.п. лазерным пучком, например при проведении всевозможных измерений, наблюдении и трассировании для повышения точности проведения разметки и измерения высот объектов и расстояний до них независимо от угла наклона местности. Obtained in this way using a laser leveling device, located at an angle relative to each other, the light signals from the laser source 3 in the horizontal plane and the light signal in the vertical plane can be used as reference signals for high-precision angular measurements, tracing work, fixing the design, setting the reference and determining directions, distances, monitoring the horizontal position of objects, etc. in navigation, geodesy, topography, tone building, during construction, installation and carpentry, etc., for example, during the construction and installation of engineering structures and equipment, high-precision engineering and geodetic works with high-precision angular measurements, including angles tilt, tracing work, fixing the design, setting the reference and determining the directions, distances, monitoring the position of objects, etc. a laser beam, for example, when conducting various measurements, observation and tracing to increase the accuracy of marking and measuring the heights of objects and their distances, regardless of the angle of the terrain.

Пузырьковые уровни 9 и механизмы ориентации 1, 21 обеспечивают ориентирование общего корпуса 11 и опорных сигналов 2 от лазерного источника 3 в пространстве по отношению к опорной поверхности. Bubble levels 9 and orientation mechanisms 1, 21 provide orientation of the common housing 11 and the reference signals 2 from the laser source 3 in space with respect to the supporting surface.

В качестве механизма 21 ориентации корпуса в пространстве могут быть использованы стандартные широко известные в практике лазерных измерений подобные механизмы, например, описанные в патенте СССР N 2059202, 1996. As the mechanism 21 for orienting the body in space, standard mechanisms similar to those well known in the practice of laser measurements can be used, for example, those described in USSR patent N 2059202, 1996.

В качестве светоделителя 5 в виде полупрозрачного зеркала 20 используют, например плоский оптически прозрачный элемент, на поверхность которого нанесено интерференционное или металлизированное покрытие, например ОСТ 3.1901.85, обеспечивающее на рабочей длине волны лазерного источника (например λ_paб = 0,63 мкм) частичное отражение и пропускание падающего на него светового потока.As a beam splitter 5 in the form of a translucent mirror 20, for example, a flat optically transparent element is used, on the surface of which an interference or metallized coating is applied, for example, OST 3.1901.85, which provides a partial wavelength at the laser source (for example, λ _pa = 0.63 μm) reflection and transmission of the light flux incident on it.

Угол поворота светоделителя 5, 20 устанавливают с помощью специального устройства, например лимба, и фиксируют в установленном положении посредством механизма фиксации угла поворота светоделителя 5, 20, например стандартного винта. The angle of rotation of the beam splitter 5, 20 is set using a special device, such as a limb, and fixed in the installed position by means of a mechanism for fixing the angle of rotation of the beam splitter 5, 20, for example, a standard screw.

Лазерный источник 3 может быть выполнен с возможностью подачи опорного светового потока 22 как в видимой, так и в инфракрасной или ультрафиолетовой областях электромагнитного спектра излучения при необходимости скрытого проведения высокоточных угловых измерений, трассировочных работ, фиксации проектных, задания реферетного и определения направлений, расстояний, контроля горизонтального положения объектов и т.п. в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т.д. (фиг. 3). The laser source 3 can be made with the possibility of supplying the reference light flux 22 both in the visible and in the infrared or ultraviolet regions of the electromagnetic spectrum of the radiation, if necessary, the need for covert high-precision angular measurements, tracing, fixing the design, setting the reference and determining directions, distances, control horizontal position of objects, etc. in navigation, geodesy, topography, tone building, during construction, installation and carpentry, etc. (Fig. 3).

В качестве лазерного источника 3 используют, например портативный полупроводниковый лазер, с рабочими диапазонами в различных областях электромагнитного спектра, например неон-гелиевый лазер с рабочими диапазонами λ₁ = 0,63, λ₂ = 1,15 и λ₃ = 3,39, видимого и ИК-диапазонов длин волн.As the laser source 3, for example, a portable semiconductor laser is used, with operating ranges in various regions of the electromagnetic spectrum, for example, a neon-helium laser with operating ranges λ ₁ = 0.63, λ ₂ = 1.15 and λ ₃ = 3.39, visible and infrared wavelengths.

В этом случае применяют специальные средства наблюдения за прохождением таких лучей, а общий корпус 11 лазерного нивелирного устройства может быть выполнен со сменными светоделителем 5, 20 и отражателем 7, 10, с соответствующим интерференционным или металлизированным покрытием по ОСТ 3.1901.85, обеспечивающим на рабочей длине волны лазерного источника 3 частичное отражение и пропускание падающего на него светового потока. In this case, special means are used to monitor the passage of such rays, and the general body 11 of the laser leveling device can be made with replaceable beam splitter 5, 20 and reflector 7, 10, with the corresponding interference or metallized coating according to OST 3.1901.85, which ensures the working length waves of the laser source 3 partial reflection and transmission of the incident light flux.

На основании вышеизложенного достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является. Based on the foregoing, the achievable technical result of the invention is.

1. Повышение точности измерений за счет обеспечения возможности их проведения в вертикальной и горизонтальной плоскостях без изменения положения лазерного нивелирного устройства. 1. Improving the accuracy of measurements by ensuring the possibility of their implementation in the vertical and horizontal planes without changing the position of the laser leveling device.

2. Повышение стабильности пространственного положения лазерного луча за счет обеспечения возможности ориентирования общего корпуса и опорных сигналов от лазерного источника в пространстве по отношению к опорной поверхности. 2. Improving the stability of the spatial position of the laser beam by providing the ability to orient the common housing and the reference signals from the laser source in space with respect to the supporting surface.

3. Возможность выполнения лазерного нивелирного устройства в облегченном переносном варианте, например как обычный плотницкий инструмент. 3. The ability to perform a laser leveling device in a lightweight portable version, for example as an ordinary carpentry tool.

4. Обеспечение возможности скрытого проведения высокоточных угловых измерений, трассировочных работ, фиксации проектных, задания реферетного и определения направлений, расстояний, контроля горизонтального положения объектов и т.п. в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т.д. 4. Providing the ability to covertly conduct high-precision angular measurements, tracing, fixing the design, setting the reference and determining directions, distances, monitoring the horizontal position of objects, etc. in navigation, geodesy, topography, tone building, during construction, installation and carpentry, etc.

В настоящее время на Государственном предприятии "НПО АСТРОФИЗИКА" выпущены конструкторская и технологическая документация на предлагаемое лазерное нивелирное устройство, на основании которых выпущены опытные образцы такого устройства. At present, at the State-owned enterprise NPO ASTROPHYSICS design and technological documentation for the proposed laser leveling device have been issued, on the basis of which prototypes of such a device have been produced.

Claims

1. A laser leveling device containing a mechanism for orienting the laser reference light flux in space, sequentially mounted and optically aligned with each other a laser source of the reference light flux located in the housing, a beam splitter configured to separate the reference light flux in a horizontal plane, and a reflector, wherein the laser source of the reference light flux and the beam splitter are located on the main optical axis, characterized in that the beam splitter is installed with the separation of the reference light flux in the horizontal plane, and the reflector with the possibility of a given angular rotation in the vertical plane on the main optical axis and with the possibility of ensuring free passage of the light flux from the laser source, and the passage of the angle of the light flux reflected at a given position by the reflector as a result interaction with him.

2. The device according to claim 1, characterized in that the reflector is translucent.

3. The device according to claim 1, characterized in that the laser source of the reference light flux, the beam splitter and the reflector are located in a common housing, the latter being made with a central channel providing free passage of the light flux from the laser source along the main optical axis, and two side with grooves providing free passage of the light flux from the laser source after its separation by the beam splitter in the horizontal plane at right angles to the main optical axis and free passage of reflected under the given position of the reflector, the angle of the light flux as a result of interaction with it in the vertical plane.

4. The device according to claim 1 or 3, characterized in that the beam splitter is made in the form of a beam splitter prism or a translucent mirror.

5. The device according to any one of claims 1, 3, 4, characterized in that the beam splitter is installed with the possibility of a given angular rotation in a horizontal plane on the main optical axis.

6. The device according to claim 5, characterized in that the lateral groove in the horizontal plane is made with the possibility of free passage of the light flux after its separation by the beam splitter in the horizontal plane at an angle to the main optical axis specified by the angular rotation in the horizontal plane of the beam splitter.

7. The device according to claim 1, characterized in that the orientation mechanism of the laser reference light flux in space is made in the form of at least one vertical and one horizontal level.

8. The device according to claim 7, characterized in that the level is made bubble.

9. The device according to claim 1 or 7, characterized in that the orientation mechanism of the laser reference light flux in space is made with the orientation mechanism of the housing in space.

10. The device according to any one of claims 1, 3, 6, characterized in that the laser source is made with a key element for supplying power to a laser source, made with a key element for supplying power to a laser source located in a common housing, and a common housing made with a compartment for accommodating laser power sources.

11. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the mechanism for fixing a given angular position is made in the range of angles 0 - 60 ^o .

13. A device according to any one of claims 1, 3, 10, characterized in that the laser source is configured to supply a reference light flux in the visible and / or infrared and / or ultraviolet regions of the electromagnetic radiation spectrum.