RU2347186C2

RU2347186C2 - Laser measuring system

Info

Publication number: RU2347186C2
Application number: RU2005116069/28A
Authority: RU
Inventors: Лев Вениаминович Базитов (RU); Лев Вениаминович Базитов; Владимир Николаевич Куликов (RU); Владимир Николаевич Куликов; Анатолий Никифорович Туров (RU); Анатолий Никифорович Туров
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2009-02-20
Also published as: RU2005116069A

Abstract

FIELD: physics; measuring.

SUBSTANCE: invention concerns to the measuring technics and can be used in motor industry for calibration of working platforms of adjusting stands. Two constructive units and a rail are included in a system composition with prismatic guiding with the laser block fixed the first rider. The deflector and the mirror are included in a composition of the first constructive unit of the system, related to the deflector and fixed in a supporting arm, height gage. The bearing ring, three basic blobs of equal diameter are included in a composition of the second constructive unit of system, a coupling, vertically oriented core with an additional load, a co-ordinate little table and an angular mirror, a support with a cylindrical column in the form of a cramp.

EFFECT: expansion of range of measuring.

5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автомобильной промышленности для калибровки рабочих площадок регулировочных стендов, предназначенных для проверки технического состояния автотранспортных средств.The invention relates to measuring equipment and can be used in the automotive industry to calibrate the working sites of the adjustment stands, designed to check the technical condition of vehicles.

Известна лазерная измерительная система, содержащая блок питания со стрелочным прибором определения режима работы лазера, лазерный блок, подключенный к блоку питания и установленный на неподвижной части измеряемого объекта, устройство формирования двух параллельных световых пучков, жестко закрепленное на лазерном блоке, бескабельный оптический датчик, установленный на подвижной части измеряемого объекта, фотоприемник, оптически связанный с датчиком, и обрабатывающий блок (Лазерная измерительная система LMS 100. Инструкция по эксплуатации. Предприятие "Карл Цейсс Йена", ГДР, 1986 г.).A known laser measuring system comprising a power supply with a pointer device for determining the laser operating mode, a laser unit connected to a power supply and mounted on a fixed part of the measured object, a device for the formation of two parallel light beams, rigidly mounted on the laser unit, a cableless optical sensor mounted on moving part of the measured object, a photodetector optically coupled to the sensor, and a processing unit (Laser measuring system LMS 100. Operating Instructions The enterprise "Carl Zeiss Jena", GDR, 1986).

Известная система характеризуется высокой разрешающей способностью. Однако диапазон измерений, составляющий ±0,5 мм, не позволяет использовать ее для калибровки рабочих площадок регулировочных стендов. Например, для стендов регулировки головного света фар автотранспортных средств отклонение от прямолинейности рабочих площадок может достигать 3 мм на 1 м (ГОСТ P 51709-2001 "Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы поверки", п.5.3.3.1.).The known system is characterized by high resolution. However, a measurement range of ± 0.5 mm does not allow it to be used to calibrate the working sites of the adjustment stands. For example, for stands for adjusting the head light of headlights of motor vehicles, the deviation from the straightness of working platforms can reach 3 mm per 1 m (GOST P 51709-2001 "Automobiles. Safety requirements for the technical condition and verification methods", clause 5.3.3.1.).

Кроме того известная система используется лишь в случаях наличия у калибруемого объекта некоторой направляющей, например, при монтаже, юстировке и метрологической приемке станков или координатных измерительных машин.In addition, the well-known system is used only in cases where the calibrated object has some guide, for example, during installation, adjustment and metrological acceptance of machine tools or coordinate measuring machines.

Задачей изобретения является расширение диапазона измерений.The objective of the invention is to expand the range of measurements.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в состав лазерной измерительной системы, содержащей блок питания со стрелочным прибором определения режима работы лазера, лазерный блок, подключенный к блоку питания, и устройство формирования двух параллельных световых пучков, смонтированное на лазерном блоке, включены два конструктивных узла и рельс с призматическими направляющими, на первом рейтере которого закреплен лазерный блок, установленный с обеспечением распространения световых пучков в горизонтальной плоскости. В состав первого конструктивного узла измерительной системы включены дефлектор, оптически связанный с лазерным блоком и установленный на втором рейтере с обеспечением перпендикулярности плоскостей распространения отраженных и падающих на дефлектор световых пучков, отражатель, оптически связанный с дефлектором и закрепленный в кронштейне вертикально установленной на третьем рейтере цилиндрической колонки с обеспечением параллельности плоскостей распространения отраженных и падающих на отражатель световых пучков, и установленный на направляющих рельса штангенрейсмас, измерительная ножка которого приведена в соприкосновение с поверхностью установочной площадки третьего рейтера. В состав второго конструктивного узла измерительной системы включены штатив с цилиндрической колонкой, выполненной по форме скобы, несущее кольцо, жестко связанное с верхним торцом цилиндрической колонки с обеспечением соосности с основанием штатива, три опорных шарика равного диаметра, закрепленных на верхней поверхности несущего кольца, муфта, выполненная по форме усеченной полусферы и размещенная сферической поверхностью на опорных шариках, вертикально ориентированный стержень с дополнительным грузом, соединенный с муфтой со стороны ее малого основания, координатный столик, соединенный с муфтой со стороны ее большого основания, и уголковый отражатель, оптически связанный с отражателем первого конструктивного узла и закрепленный на координатном столике с обеспечением совмещения плоскостей распространения отраженных и падающих на уголковый отражатель световых пучков.The solution to this problem lies in the fact that the composition of the laser measuring system, comprising a power supply with a pointer device for determining the operating mode of the laser, a laser unit connected to the power supply, and a device for generating two parallel light beams mounted on the laser unit, includes two structural units and a rail with prismatic guides, on the first reader of which a laser unit is mounted, mounted to ensure the propagation of light beams in a horizontal plane. The first structural unit of the measuring system includes a deflector optically connected to the laser unit and mounted on the second reiter to ensure the perpendicularity of the propagation planes of light beams reflected and incident on the deflector, a reflector optically connected to the deflector and mounted in a bracket of a cylindrical column vertically mounted on the third reiter ensuring parallelism of the propagation planes of light beams reflected and incident on the reflector, and installed on the rail guides, stangenrejmas, the measuring leg of which is brought into contact with the surface of the installation site of the third reiter. The second structural unit of the measuring system includes a tripod with a cylindrical column made in the form of a bracket, a bearing ring rigidly connected to the upper end of the cylindrical column to ensure alignment with the base of the tripod, three support balls of equal diameter, mounted on the upper surface of the bearing ring, coupling, made in the shape of a truncated hemisphere and placed with a spherical surface on the support balls, a vertically oriented rod with additional load connected to the coupling with the rods of its small base, a coordinate table connected to the coupling from the side of its large base, and a corner reflector optically coupled to the reflector of the first structural unit and mounted on the coordinate table to ensure alignment of the propagation planes of light beams reflected and incident on the corner reflector.

Сущность изобретения характеризуется следующими графическими материалами. На фиг.1 изображена схема размещения лазерной измерительной системы относительно рабочей площадки регулировочного стенда, на фиг.2 приведена схема установки лазерного блока, на фиг.3 показан первый конструктивный узел, на фиг.4 приведена схема взаимного расположения первого и второго конструктивных узлов, на фиг.5 приведен ход световых лучей в лазерной измерительной системе.The invention is characterized by the following graphic materials. Figure 1 shows the layout of the laser measuring system relative to the working platform of the adjusting stand, figure 2 shows the installation diagram of the laser unit, figure 3 shows the first structural unit, figure 4 shows the mutual arrangement of the first and second structural units, 5 shows the course of light rays in a laser measuring system.

Калибруемая рабочая площадка представляет собой комплект стандартных металлических плит 1-4, снабженных регулировочными домкратами 5. В состав лазерной измерительной системы включены рельс 6 с призматическими направляющими 7, лазерный блок 8, на котором смонтировано устройство 9 формирования двух параллельных световых пучков J₀₁ и J₀₂, и два конструктивных узла 10 и 11 (фиг.1).The calibrated working platform is a set of standard metal plates 1-4 equipped with adjusting jacks 5. The laser measuring system includes a rail 6 with prismatic guides 7, a laser unit 8, on which the device 9 for forming two parallel light beams J ₀₁ and J _{02 is} mounted , and two structural units 10 and 11 (figure 1).

Лазерный блок установлен на первом рейтере 12 и посредством кабеля 13 подключен к блоку питания 14 со стрелочным прибором 15 определения режима работы лазера (фиг.2).The laser unit is installed on the first reader 12 and is connected via a cable 13 to the power supply unit 14 with a pointer device 15 for determining the laser operating mode (Fig. 2).

В состав первого конструктивного узла измерительной системы включены дефлектор 16, установленный на втором рейтере 17, отражатель 18, закрепленный в кронштейне 19 цилиндрической колонки 20, вертикально установленной на третьем рейтере 21, а также штангенрейсмас 22 (фиг.3).The first structural unit of the measuring system includes a deflector 16 mounted on the second reiter 17, a reflector 18 mounted in the bracket 19 of the cylindrical column 20, vertically mounted on the third reiter 21, as well as a caliper 22 (figure 3).

В состав второго конструктивного узла измерительной системы включены штатив 23 с цилиндрической колонкой 24, выполненной по форме скобы, три опорных шарика 25 равного диаметра, закрепленных на верхней поверхности несущего кольца 26, муфта 27, вертикально ориентированный стержень 28 с дополнительным грузом 29 и координатный столик 30 с уголковым отражателем 31 (фиг.4).The second structural unit of the measuring system includes a tripod 23 with a cylindrical column 24 made in the shape of a bracket, three support balls 25 of equal diameter, mounted on the upper surface of the bearing ring 26, a coupling 27, a vertically oriented rod 28 with an additional load 29, and a coordinate table 30 with a corner reflector 31 (figure 4).

Работа измерительной системы заключается в следующем.The operation of the measuring system is as follows.

Соответствие метрологических характеристик (прямолинейность, горизонтальность, плоскостность) рабочей площадки регулировочного стенда требованиям нормативных документов определяют по перепадам высот проверяемых точек поверхности комплекта стандартных металлических плит 1-4, расстояния между которыми вдоль продольного и вдоль поперечного направлений задаются в методиках калибровки в зависимости от габаритов 4(L₁×L₂) рабочей площадки и назначения регулировочного стенда.The conformity of metrological characteristics (straightness, horizontality, flatness) of the working platform of the adjusting stand to the requirements of regulatory documents is determined by the height differences of the checked surface points of the set of standard metal plates 1-4, the distances between which along the longitudinal and along the transverse directions are set in the calibration methods depending on the dimensions 4 (L ₁ × L ₂ ) of the working platform and the purpose of the adjusting stand.

Рельс 6 с призматическими направляющими 7 размещают перед плитой 1 и ориентируют его вдоль оси "Z" (фиг.1). Посредством, например, микрометрического уровня плоскость, прилегающую к направляющим 7, совмещают с горизонтальной плоскостью "XZ". Лазерный блок 8 кабелем 13 подключают к блоку 14 питания и устанавливают на первый рейтер 12 рельса 6 (фиг.2). При этом соответствующей ориентацией лазерного блока 8 относительно рейтера 12 обеспечивают распространение двух параллельных световых пучков J₀₁ и J₀₂, формируемых устройством 9, в горизонтальной плоскости Q₁ (фиг.5).Rail 6 with prismatic guides 7 are placed in front of the plate 1 and orient it along the axis "Z" (figure 1). By means of, for example, a micrometer level, the plane adjacent to the guides 7 is aligned with the horizontal plane “XZ”. The laser unit 8 with a cable 13 is connected to the power unit 14 and installed on the first rafter 12 of the rail 6 (figure 2). In this case, the corresponding orientation of the laser unit 8 relative to the reiter 12 ensures the propagation of two parallel light beams J ₀₁ and J ₀₂ formed by the device 9 in the horizontal plane Q ₁ (Fig. 5).

При компоновке первого конструктивного узла 10 обеспечивают, во-первых, оптическую связь дефлектора 16 с лазерным блоком 8 и перпендикулярность плоскостей Q₂ и Q₁ распространения отраженных и падающих на дефлектор 19 световых пучков J₁₁(J₁₂) и J₀₁(J₀₂), во-вторых, оптическую связь отражателя 18 с дефлектором 16 и параллельность плоскостей Q₃ и Q₂ распространения отраженных и падающих на отражатель 18 световых пучков J₂₁(J₂₂) и J₁₁(J₁₂) (фиг.5).When arranging the first structural unit 10, firstly, the optical coupling of the deflector 16 with the laser unit 8 and the perpendicularity of the Q ₂ and Q ₁ planes _of propagation of the light beams reflected and incident on the deflector 19 J ₁₁ (J ₁₂ ) and J ₀₁ (J ₀₂ ) secondly, the optical connection of the reflector 18 with the deflector 16 and the parallelism of the Q ₃ and Q ₂ planes of the propagation of light beams J ₂₁ (J ₂₂ ) and J ₁₁ (J ₁₂ ) reflected and incident on the reflector 18 (Fig. 5).

При компоновке второго конструктивного узла 11 несущее кольцо 25 жестко закрепляют к верхнему торцу цилиндрической колонки 24 с обеспечением соосности с основанием 23 штатива. Муфту 27, выполненную по форме усеченной полусферы, сферической поверхностью размещают на опорных шариках 25. Стержень 28 соединяют с муфтой 27 со стороны ее малого, а координатный столик 30 - со стороны ее большого основания (фиг.4).When arranging the second structural unit 11, the bearing ring 25 is rigidly fixed to the upper end of the cylindrical column 24 to ensure alignment with the base 23 of the tripod. The coupling 27, made in the shape of a truncated hemisphere, is placed on the support balls 25 with a spherical surface. The rod 28 is connected to the coupling 27 from the side of its small, and the coordinate table 30 is from the side of its large base (Fig. 4).

Конструктивный узел 11 устанавливают на первую проверяемую точку поверхности рабочей площадки и приступают к проведению юстировки измерительной системы. Смещением первого конструктивного узла 10 вдоль оси "Z" оптически связывают отражатель 18 с уголковым отражателем 31. Поворотом дополнительного груза 29 вокруг оси "Y" (грубая настройка), а затем посредством регулировочных винтов координатного столика 30 (точная настройка) добиваются совмещения сформированных уголковым отражателем 31 световых пучков J₃₁ и J₃₂ с плоскостью O₃. Изменяя наклон уголкового отражателя 31 соответствующими регулировочными винтами координатного столика 30, световые пучки J₃₁ и J₃₂ выставляют параллельными оси "X". Последнюю операцию производят один раз за время проведения калибровки, т.к. за счет наличия сферического подвижного соединения муфты 27 с опорными шариками 25 конструкция узла 11 позволяет поддерживать постоянной пространственную ориентацию уголкового отражателя 31 при отклонениях поверхности рабочей площадки от горизонтальной плоскости "XZ".The structural unit 11 is installed on the first test point on the surface of the working platform and proceed with the adjustment of the measuring system. By offsetting the first structural assembly 10 along the “Z” axis, the reflector 18 is optically connected with the corner reflector 31. By turning the additional load 29 around the “Y” axis (coarse adjustment), and then using the adjusting screws of the coordinate table 30 (fine tuning), the angles formed by the corner reflector are aligned 31 light beams J ₃₁ and J ₃₂ with the plane O ₃ . By changing the slope of the corner reflector 31 with the corresponding adjustment screws of the coordinate table 30, the light beams J ₃₁ and J _{32 are} set parallel to the "X" axis. The last operation is performed once during the calibration, as due to the presence of a spherical movable connection of the coupling 27 with the support balls 25, the design of the node 11 allows you to maintain a constant spatial orientation of the corner reflector 31 when the surface of the platform deviates from the horizontal plane "XZ".

Регулируя высоту третьего рейтера 21, изменяют расстояние h_X между дефлектором 16 и отражателем 18 на величину ±δh_X до значения h₁, при котором световые пучки J₃₁ и J₃₂ попарно совмещаются со световыми пучками J₂₂ и J₂₁ (фиг.5). При этом совмещаются также световые пучки J₄₁ и J₄₂ (J₅₁ и J₅₂) со световыми пучками J₁₂ и J₁₁ (J₀₂ и J₀₁) соответственно. При точном попадании световых пучков J₅₁ и J₅₂ в выходные отверстия устройства 9 возникает оптическая обратная связь, возмущающе воздействующая на стабилизацию лазерного блока 8. О совмещении указанных световых пучков судят по колебаниям стрелки прибора 15 блока питания 14.Adjusting the height of the third reader 21, change the distance h _X between the deflector 16 and the reflector 18 by ± δh _X to a value of h ₁ at which the light beams J ₃₁ and J ₃₂ are paired with the light beams J ₂₂ and J ₂₁ (Fig. 5) . In this case, the light beams J ₄₁ and J ₄₂ (J ₅₁ and J ₅₂ ) are combined with the light beams J ₁₂ and J ₁₁ (J ₀₂ and J ₀₁ ), respectively. When the light beams J ₅₁ and J ₅₂ get into the exit openings of the device 9 accurately, optical feedback arises, disturbingly affecting the stabilization of the laser unit 8. The combination of these light beams is judged by the oscillations of the arrow of the device 15 of the power supply unit 14.

На направляющие 7 рельса 6 устанавливают штангенрейсмас 22 и приводят его измерительную ножку в соприкосновение с поверхностью установочной площадки третьего рейсмаса 21. Отсчет, произведенный по шкале штангенрейсмаса 21, принимают за результат измерения в первой проверяемой точке поверхности рабочей площадки.On the guides 7 of the rail 6, set the caliper 22 and bring its measuring leg in contact with the surface of the installation site of the third reamer 21. The countdown made on the scale of the caliper 21 is taken as the measurement result at the first test point on the surface of the work platform.

Второй конструктивный узел 11 поочередно устанавливают на проверяемые точки данного продольного сечения поверхности рабочей площадки. Для каждой проверяемой точки аналогичным способом проводят юстировку измерительной системы и отсчет по шкале штангенрейсмаса 21. Затем смещениями второго конструктивного узла вдоль оси "Z" поочередно совмещают плоскость O₂ с очередными продольными сечениями поверхности рабочей площадки и производят аналогичные измерения.The second structural unit 11 is alternately mounted on the test points of a given longitudinal section of the surface of the working platform. For each test point, in a similar way, the measuring system is aligned and counted on a scale of 21. Then, by displacements of the second structural unit along the "Z" axis, the O ₂ plane is alternately aligned with the next longitudinal sections of the surface of the working platform and similar measurements are made.

По результатам измерений определяют соответствие метрологических характеристик (прямолинейность, плоскостность, горизонтальность) калибруемой рабочей площадки требованиям нормативных документов и, в случае необходимости, посредством домкратов 5 сглаживают неровности рабочей площадки и производят повторную калибровку ее поверхности.According to the measurement results, the compliance of metrological characteristics (straightness, flatness, horizontalness) of the calibrated work platform with the requirements of regulatory documents is determined and, if necessary, with the help of jacks 5 smooth out the unevenness of the work platform and re-calibrate its surface.

Предлагаемая измерительная система по сравнению с прототипом отличается более широким диапазоном измерений и может использоваться в тех случаях, когда с достаточной точностью должны быть определены позиции измеряемого объекта, не содержащего подвижных частей, используемых в прототипе в качестве направляющих.The proposed measuring system in comparison with the prototype has a wider measurement range and can be used in those cases where the position of the measured object that does not contain moving parts used in the prototype as guides should be determined with sufficient accuracy.

Claims

A laser measuring system comprising a power supply unit with a pointer device for determining a laser operating mode, a laser unit connected to a power supply unit, and a device for generating two parallel light beams mounted on a laser unit, characterized in that it includes two structural units and a rail with prismatic guides, on the first reader of which a laser unit is mounted, which is installed to ensure the propagation of light beams in a horizontal plane, into the composition of the first structural unit and the measuring system includes a deflector optically connected to the laser unit and mounted on the second reiter to ensure the perpendicularity of the propagation planes of the light beams reflected and incident on the deflector, a reflector optically connected to the deflector and mounted in the bracket of a cylindrical column vertically mounted on the third reiter to ensure parallel planes the propagation of light beams reflected and incident on the reflector, and a caliper mounted on the rail guides AC, the measuring leg of which is brought into contact with the surface of the installation site of the third reiter, a tripod with a cylindrical column made in the form of a bracket, a bearing ring rigidly connected to the upper end of the cylindrical column to ensure alignment with the base of the tripod, is included in the second structural unit of the measuring system three support balls of equal diameter, mounted on the upper surface of the bearing ring, a coupling made in the shape of a truncated hemisphere and placed spherical with support balls, a vertically oriented rod with additional weight connected to the coupling from the side of its small base, a coordinate table connected to the coupling from the side of its large base, and an angular reflector optically connected to the reflector of the first structural unit and mounted on the coordinate table with ensuring the combination of the propagation planes of light beams reflected and incident on the corner reflector.