RU2178546C1

RU2178546C1 - Device to set laser reference plane

Info

Publication number: RU2178546C1
Application number: RU2000110992A
Authority: RU
Inventors: И.А. Григорашенко
Original assignee: Самарская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2002-01-20

Abstract

FIELD: geodetic instrumentation. SUBSTANCE: device is intended for pegging-out operations during assembly of prefabricated building structures and for planning operations over large areas. Device incorporates two pairs of rotary levers, two sector gears, vertical wheel, worm, reference member carrying cylindrical casing with laser, collimator, electric motor and pentaprism. Reference member has base with vertical immobile guides and two side supports. Cylindrical casing has protrusion and immobile guides. Two carriages are mounted on surface of cylindrical casing for rolling over in immobile guides and spring that rests against protrusion and first carriage. Roller is mounted on end of cylindrical casing for rolling over vertical circular guides. Two pairs of rotary levers are fixed with one end and can rotate on side supports and they are hinged with the other end to proper carriages. Lengths of rotary levers are equal to distances from center of pentaprism to rotation axis of each lever. Sector gears are put on rotation shafts of first and second pairs of rotary levers. Worm is anchored on side support for interaction with both gears. Vertical wheel is set on rotation axis of one of gears. EFFECT: increased productivity and accuracy of results of constructing and expansion of angular range of specified inclines planes. 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области геодезического приборостроения и, в частности, предназначается для производства разбивочных и съемочных работ, выполняемых при монтаже сборных строительных конструкций, расположенных в наклонной плоскости, и при планировочных работах значительных площадей. The invention relates to the field of geodetic instrumentation and, in particular, is intended for the production of alignment and survey work performed during the installation of prefabricated building structures located in an inclined plane, and during planning works of significant areas.

Известно устройство, основанное на принципе развертки падающего на отражающий элемент лазерного луча, содержащее лазер и коллиматор, помещенные в цилиндрическую обойму, в верхней части которой расположен электродвигатель, имеющий полый вал, через который проходит лазерный пучок, а на торце вала укреплен оптический отражательный элемент (авторское свидетельство СССР N 280363, кл. G 01 C 9/06, Бюллетень изобретений N 27, 1979) [1] . A device is known based on the principle of scanning a laser beam incident on a reflecting element, containing a laser and a collimator placed in a cylindrical cage, in the upper part of which there is an electric motor having a hollow shaft through which the laser beam passes, and an optical reflective element is mounted on the shaft end ( USSR author's certificate N 280363, class G 01 C 9/06, Bulletin of inventions N 27, 1979) [1].

Недостатком известного устройства является то, что в нем при наклоне корпуса прибора меняются пространственные координаты оптического центра пентапризмы, т. е. точки, с которой берет начало исходящий луч лазера. Это усложняет разбивочные работы, т. к. постоянно возникает необходимость вносить поправки в исходные данные с учетом реального местоположения точки - "оптический центр" пентапризмы. Это ведет к увеличению трудовых затрат и к потере точности. Кроме того, известное устройство может работать в ограниченном диапазоне углов наклона задаваемых плоскостей, что обусловлено реальными размерами подъемных винтов геоинструмента, задействованного в операции наклона. A disadvantage of the known device is that it tilts the case of the device changes the spatial coordinates of the optical center of the pentaprism, i.e., the point from which the outgoing laser beam originates. This complicates the alignment work, because constantly there is a need to amend the source data, taking into account the real location of the point - the "optical center" of the pentaprism. This leads to an increase in labor costs and a loss of accuracy. In addition, the known device can operate in a limited range of angles of inclination of the set planes, due to the actual size of the lifting screws of the geo-tool involved in the operation of the tilt.

Цель изобретения - повышение производительности труда, точности результатов построения и расширение углового диапазона задаваемых наклонных плоскостей. The purpose of the invention is to increase labor productivity, accuracy of construction results and the expansion of the angular range of the set inclined planes.

Указанный результат достигается тем, что в приборе для задания лазерной опорной плоскости, содержащим опорный элемент, установленную на нем цилиндрическую обойму, в которой размещен лазер, коллиматор, электродвигатель и соединенная с его полным валом пентапризма; опорный элемент содержит основание и две боковые подставки, причем, на основании выполнены вертикальные круговые направляющие; на конце цилиндрической обоймы, противоположному креплению пентапризмы, размещен ролик с возможностью перекатывания по вертикальным круговым направляющим, а поверхность цилиндрической обоймы выполнена с выступом и неподвижными направляющими, введены пружина, первая и вторая каретки, которые размещены на поверхности цилиндрической обоймы; каретки с возможностью перекатывания в неподвижных направляющих, а пружина - с возможностью упора о выступ и первую каретку, первая и вторая пары поворотных рычагов, которые одним своим концом закреплены с возможностью вращения на боковых подставках, а вторым концом шарнирно: первая пара - с первой кареткой, вторая - со второй кареткой, а длины поворотных рычагов равны расстоянию от центра пентапризмы до оси вращения каждого из них, две секторные шестерни, которые размещены на валах осей вращения первой и второй пары поворотных рычагов, червяк, который укреплен на боковой подставке с возможностью взаимодействовать с обеими шестернями, и вертикальный круг, установленный на оси вращения одной из шестерен. The specified result is achieved by the fact that in the device for defining a laser support plane containing a support element, a cylindrical cage mounted on it, in which a laser, a collimator, an electric motor and a pentaprism are connected to its full shaft; the supporting element comprises a base and two side supports, moreover, vertical circular guides are made on the base; at the end of the cylindrical cage, opposite the pentaprism mount, there is a roller with the possibility of rolling along vertical circular guides, and the surface of the cylindrical cage is made with a protrusion and fixed guides, a spring, first and second carriages are introduced, which are placed on the surface of the cylindrical cage; carriages with the possibility of rolling in fixed guides, and the spring with the possibility of emphasis on the protrusion and the first carriage, the first and second pairs of pivoting levers, which are mounted at one end with the possibility of rotation on the side supports, and the second end is pivotally: the first pair - with the first carriage , the second with the second carriage, and the lengths of the pivoting levers are equal to the distance from the center of the pentaprism to the axis of rotation of each of them, two sector gears that are located on the shafts of the axis of rotation of the first and second pairs of pivoting levers, black yak, which is mounted on the side stand with the ability to interact with both gears, and a vertical circle, mounted on the axis of rotation of one of the gears.

Введением в прибор поворотных рычагов обеспечивается отклонение от отвесного положения оси цилиндрической обоймы на наружную величину, а лучу лазера, что проходит по оси обоймы, после его развертки пентапизмой уже можно описывать заданную наклонную плоскость. The introduction of rotary levers into the device provides a deviation from the plumb position of the axis of the cylindrical cage by an external value, and the laser beam that passes along the axis of the cage, after its development by pentapism, it is already possible to describe a given inclined plane.

Принятием длин рычагов, равных расстоянием от оптического центра пентапризмы до оси вращения этих рычагов, обеспечивается, в случая одновременного отклонения обеих рычагов от отвесного положения на одинаковый угол, получение прямой, которая всегда будет проходить через три точки: оптический центр пентапризмы, а также точки соединения с цилиндрической обоймой верхнего и нижнего рычагов. В этом случае отклонение обоих поворотных рычагов на угол β обеспечивает отклонение от отвесного положения прямой, что проходит через три основные точки, на угол α, равный половине угла β, т. е. β = α. В предложенном решении в качестве такой прямой, которая (что проходит через упомянутые 3 точки) выступает, является ось цилиндрической обоймы, а значит и луч лазера до его развертки пентапризмой
Ввод секторов шестерен, а также червяка позволяет совершать одновременный поворот обеих рычагов в нужную сторону, притом на угол одинаковой величины, который может учитываться на вертикальном круге. Использование вертикальных круговых направляющих, а также подпружинивание цилиндрической обоймы позволяет сохранять пространственные координаты точки оптический центр пентапризмы. В данном случае цилиндрическая обойма подобно маятнику качается вокруг точки, оптического центра пентапризмы. Длина "маятника", т. е. обоймы, постоянна. Перекатывание ролика с цилиндрической обоймой по направляющим имитирует прочерчивание дуги известным радиусом с точки - оптический центр пентапризмы.By adopting the lengths of the levers equal to the distance from the optical center of the pentaprism to the axis of rotation of these levers, it is ensured, in the case of simultaneous deviation of both levers from the vertical position by the same angle, to obtain a straight line that will always pass through three points: the optical center of the pentaprism and the connection point with a cylindrical holder of the upper and lower levers. In this case, the deviation of both rotary levers by an angle β provides a deviation from the vertical position of the straight line that passes through three main points by an angle α equal to half the angle β, i.e., β = α. In the proposed solution, the straight line that (which passes through the above 3 points) acts as the axis of the cylindrical cage, and hence the laser beam before its development by the pentaprism
Entering the sectors of the gears, as well as the worm allows you to simultaneously turn both levers in the right direction, moreover, at an angle of the same magnitude, which can be taken into account on a vertical circle. The use of vertical circular guides, as well as the springing of the cylindrical cage, allows you to save the spatial coordinates of the point of the optical center of the pentaprism. In this case, a cylindrical cage, like a pendulum, swings around a point, the optical center of the pentaprism. The length of the “pendulum,” that is, the clip, is constant. Rolling a roller with a cylindrical cage along the guides imitates the drawing of an arc with a known radius from a point - the optical center of the pentaprism.

На фигуре 1 изображено в аксонометрии предлагаемое устройство, общий вид; на фигуре 2 - то же, вид сбоку; на фигуре 3 показан поперечный разрез; на фигуре 4 представлен поясняющий чертеж. The figure 1 shows a perspective view of the proposed device, General view; figure 2 is the same side view; figure 3 shows a cross section; figure 4 presents an explanatory drawing.

Устройство включает опорный элемент с основанием 1 и двумя боковыми подставками 2; первую 3 и вторую 4 пары поворотных рычагов, закрепленных одним своим концом на подставках 2 с возможностью вращения, а вторым своим концом шарнирно: первая пара рычагов 3 - с первой кареткой 5, вторая пара 4 - со второй кареткой 6; цилиндрическую обойму, в которой размещен лазер 8, коллиматор 9, электродвигатель 10, а также соединения с его полым валом пентапризма 11. На валах 12 и 13 осей вращения поворотных рычагов 3 и 4 жестко закреплены секторные шестерни 14 и 15, а на подставке 2 размещен червяк 16, имеющий возможность взаимодействовать с шестернями 14 и 15. На валу оси вращения шестерни 15 и поворотного рычага 4 установлен вертикальный круг 17. Имеется пружина 18, что размещена на поверхности цилиндрической обоймы 7, одним своим концом она упирается о выступ 19, а вторым в первую каретку 5; а также вертикальные круговые направляющие 20, на основании 1. Ролик 21 размешен на нижнем конце цилиндрической обоймы с возможностью перекатывания по вертикальным круговым направляющим 20. The device includes a support element with a base 1 and two side supports 2; the first 3 and second 4 pairs of pivoting levers fixed with one end on supports 2 for rotation and pivotally with their second end: the first pair of levers 3 with the first carriage 5, the second pair 4 with the second carriage 6; a cylindrical cage in which the laser 8, the collimator 9, the electric motor 10, as well as the connections with its hollow shaft of the pentaprism 11 are placed. Sector gears 14 and 15 are rigidly fixed to the shafts 12 and 13 of the rotation axes of the rotary levers 3 and 4, and on the stand 2 there is a worm 16, which is able to interact with gears 14 and 15. A vertical circle 17 is mounted on the shaft of the axis of rotation of the gear 15 and the pivot arm 4. There is a spring 18 that is placed on the surface of the cylindrical ring 7, with one end resting against the protrusion 19, and the second first ka etku 5; as well as vertical circular guides 20, on the basis of 1. The roller 21 is placed on the lower end of the cylindrical cage with the possibility of rolling along the vertical circular guides 20.

При производстве работ прибор, закрепленный на штативе, размещают над точкой геодезического обоснования. Ориентируют инструмент по азимуту линии максимального уклона, выносимой в натуру плоскости. Ориентируясь по вертикальному кругу 17, вращением червяка 16 придают требуемый наклон оси вращения пентапризмы 11. Эта ось совмещена с осью цилиндрической обоймы 7. When performing work, the device mounted on a tripod is placed above the point of the geodetic substantiation. Orient the tool in the azimuth of the maximum slope line, carried out in the nature of the plane. Oriented in a vertical circle 17, the rotation of the worm 16 give the desired inclination of the axis of rotation of the pentaprism 11. This axis is aligned with the axis of the cylindrical cage 7.

Развертываемый пентапризмой 11 луч лазера 22 будет описывать в пространстве заданную проектную плоскость. В любой точке на поверхности площадки ее легко зафиксировать. Например, если прибор установлен над точкой, поверхность которой уже имеет проектную отметку, то для передачи этой проектной плоскости в любую точку площадки достаточно будет выставить там штырь, чтобы расстояние от лазерной плоскости до штыря равнялось высоте инструмента на стоянке. The laser beam 22 deployed by the pentaprism 11 will describe in space a predetermined project plane. It can be easily fixed at any point on the surface of the site. For example, if the device is installed above a point whose surface already has a design mark, then to transfer this design plane to any point on the site, it is enough to put a pin there so that the distance from the laser plane to the pin is equal to the height of the tool in the parking lot.

Пример конкретного выполнения предложенного устройства. An example of a specific implementation of the proposed device.

Примем длины поворотных рычагов величиной: первый в 50 мм (верхний) и второй 150 мм (нижний). Тогда оси вращения поворотных рычагов будут отстоять от оптического центра пентапризмы тоже на удалении 50 и 150 мм. Предположим, что секторы - шестерни имеют диаметр 90 мм, а модуль выполненной резьбы равен 0,3, тогда число зубьев составит 300. Take the lengths of the pivoting levers of the size: the first is 50 mm (upper) and the second is 150 mm (lower). Then the axis of rotation of the rotary levers will be separated from the optical center of the pentaprism also at a distance of 50 and 150 mm. Suppose that the sectors - gears have a diameter of 90 mm, and the module of the thread made is 0.3, then the number of teeth will be 300.

Пусть требуется построить лазерную плоскость с наклоном в 15^o. Вращением червяка 16 на 25 оборотов добиваемся поворота рычагов (отклонение их от отвесного положения) на 30^o. Точно эта величина будет зафиксирована на вертикальном круге 17.Suppose you want to build a laser plane with a slope of 15 ^o . By rotating the worm 16 by 25 turns, we achieve a turn of the levers (deviating them from a plumb position) by 30 ^o . Exactly this value will be fixed on the vertical circle 17.

В результате такого вращения рычагов ось цилиндрической обоймы 7, через которую походит луч лазера до его развертки, отклонится от вертикали на 15^o, т. е. на требуемый угол. Это видно из следующего (смотри поясняющий чертеж, фигура 4).As a result of such rotation of the levers, the axis of the cylindrical cage 7, through which the laser beam resembles before its development, deviates from the vertical by 15 ^° , i.e., by the required angle. This can be seen from the following (see explanatory drawing, figure 4).

При угле 2 α = 30^o имеем:

Тогда

откуда arctg = 15^o, 00/
Контроль.When the angle 2 α = 30 ^o we have:

Then

where arctg = 15 ^o , 00 /
The control.

Откуда arctg = 15^o, 00.

From where arctg = 15 ^o , 00.

При повороте рычагов пружина будет прижимать цилиндрическую обойму к поверхности вертикальной круговой направляющей, постоянно сдвигая ее на величину q, а поэтому точка "оптический центр" пентапризмы не сдвигается с места, т. е. ее пространственные координаты на станции не изменятся. Объясняется это тем, что длины отрезков от оптического центра пентапризмы до нижней черты ролика, а также - от той же точки до поверхности направляющей - равны между собой. When the levers are turned, the spring will press the cylindrical cage to the surface of the vertical circular guide, constantly shifting it by q, and therefore the point "optical center" of the pentaprism does not move, that is, its spatial coordinates at the station will not change. This is explained by the fact that the lengths of the segments from the optical center of the pentaprism to the bottom of the roller, as well as from the same point to the surface of the guide, are equal.

Предложенное решение лазерного прибора для задания наклонных плоскостей выгодно отличается от известных аналогов тем, что работает в широком диапазоне углов наклона, что крайне важно для работы на строительной площадке. The proposed solution of the laser device for defining inclined planes compares favorably with the known analogues in that it operates in a wide range of tilt angles, which is extremely important for work on a construction site.

У известного аналога (прототип), где величина наклона создаваемой лазерной наклонной плоскости регулируется подъемными винтами, из-за реальной величины самих подъемных винтов нельзя достичь наклона больше 6^o, что видно из следующего. При расстоянии между центрами подъемных винтов в 100 мм и шагом резьбы на них в 0,75 мм (таковы у отечественных теодолитов) поворот подъемного винта на два оборота обеспечит наклон плоскости трегера на 59', 54, тогда за 12 оборотов (максимально возможных) винта наклон может достичь только 5^o56'.A well-known analogue (prototype), where the inclination of the created laser inclined plane is regulated by lifting screws, because of the real size of the lifting screws themselves, it is impossible to achieve an inclination of more than 6 ^o , which can be seen from the following. With a distance between the centers of the lifting screws of 100 mm and a thread pitch of 0.75 mm on them (these are the domestic theodolites), turning the lifting screw by two turns will provide an inclination of the tribrach plane by 59 ', 54, then for 12 turns (maximum possible) of the screw the slope can only reach 5 ^o 56 '.

В предложенном инструменте точка, с которой посылается развертываемый луч лазера, т. е. оптический центр пентапризмы, постоянно остается на одном месте, не меняет своих пространственных координат. Такой прибор, будучи установлен на центрирующем штативе с постоянной высотой, например, зарегистрированному по авт. свидетельству СССР N 2087792, кл. G 01 С 15/02, бюл. изобретен. N 23, 1997, позволяет быстро и, что особенно важно, точно выносить в натуру проектные точки, не делая поправок за смещения в плане и по высоте. In the proposed tool, the point from which the deployable laser beam is sent, i.e., the optical center of the pentaprism, constantly remains in one place, does not change its spatial coordinates. Such a device, being mounted on a centering tripod with a constant height, for example, registered by author. USSR certificate N 2087792, cl. G 01 S 15/02, bull. invented. N 23, 1997, allows you to quickly and, most importantly, accurately make design points in nature, without making adjustments for offsets in plan and height.

У известного аналога при наклоне корпуса изменяются пространственные координаты точки "оптический центр пентапризмы", т. е. той точки, с которой посылается луч лазера. Величина смещений определяется углом наклона и расстоянием между точками: центр сферы и оптический центр пентапризмы. Для расчетов примем, например, названное расстояние в 30 см, тогда величина смещений составит (см. таблицу). In the case of a known analogue, when the case is tilted, the spatial coordinates of the point “optical center of the pentaprism”, that is, the point from which the laser beam is sent, change. The magnitude of the displacements is determined by the angle of inclination and the distance between the points: the center of the sphere and the optical center of the pentaprism. For calculations, we take, for example, the named distance of 30 cm, then the displacement will be (see table).

Приведенные данные говорят о том, что при построении наклонных плоскостей и особенно при монтаже технологического оборудования в наклонных плоскостях, нельзя добиться таким инструментом точности без внесения поправок, т. е. в готовом виде прибор не обеспечивает нужную точность, а внесение поправок требует затрат труда, времени и знаний. The data presented indicate that when constructing inclined planes and especially when installing technological equipment in inclined planes, it is impossible to achieve accuracy with such an instrument without making corrections, i.e., in finished form, the device does not provide the required accuracy, and making corrections requires labor, time and knowledge.

Claims

A device for defining a laser support plane, comprising a support element, a cylindrical cage mounted on it, in which a laser, a collimator, an electric motor and a pentaprism connected to its hollow shaft are located, characterized in that the support element contains a base and two side supports, the base being made vertical circular guides, at the end of the cylindrical cage, opposite the pentaprism mount, there is a roller with the possibility of rolling along vertical circular guides, and the surface of cylindrical cage formed with a protrusion and the fixed guide; the spring, the first and second carriages are introduced, which are placed on the surface of the cylindrical cage: carriages with the possibility of rolling in fixed guides, and the spring with the possibility of abutment in the protrusion and the first carriage, the first and second pairs of pivoting arms, which are rotatably fixed at one end on the side supports, and hinged at the second end: the first pair - with the first carriage, the second - with the second carriage, and the lengths of the swinging levers are equal to the distance from the center of the pentaprism to the axis of rotation of each of them, two sectors e gears that are placed on the shafts of the axes of rotation of the first and second pairs of rotary levers, a worm that is mounted on a side stand with the possibility of interaction with both gears, and a vertical circle mounted on the axis of rotation of one of the gears.