Устройство для оптическихизмерений дальности и высоты

Устройство для оптическихизмерений дальности и высоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

794374

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.11.78 (21) 2688767/18-10 с приссединением заявки (23) П риоритет— (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень ¹ 1 (15) Дата опубликования описания 12.02.81 (51) М.Кл. С 01 С 5/00

Гасударственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 528.514 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. П. Законов, В. Ф. Мякишев, Г. М. 1аврилов, А. Г. Приходько, A. П. Третьяков и Л. В. Гинзбург (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕН

ДАЛЬНОСТИ И ВЫСОТЫ

Изобретение относится к геодезическим приборам, а более ковкретно — к авторедуциру|ощим тахеометрам,:которые предназначены для измерений расстояний, горизонтальных углов.

Известно устройство (11 для измерения дальности и высоты, содержащее зрительную трубу с визирной сеткой и контактным уровнем, механизм для приведения устройства в горизонт, уровни и масштабные рейки.

Это устройство является ближайшим по технической сущности к изобретению.

Недостатком .известного устройства является .невозможность производить измерения в прямоугольной системе координат, нельзя измерять горизонтальные прямые линии, лежащие на вертикальной плоскости, если эти прямые линии находятся выше или ниже линии горизонта. Кроме того, требуется,высокая точность нанесения штрихов на тангенциальной шкале, а при повороте зрительной трубы тахеометра как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости создаются неудобства наблюдения за счет неправильного положения глаз оператора по отношению к выходному зрачку зрительной трубы, особенно при больших наклонах к горизонту.

Целью настоящего изобретения является повышение производительности труда, обеспечение геодезических и инженернотехнических измерений в прямоугольной сп стем е координат.

Поставленная цель достигается тем, что

5 устройство снабжено зеркалом и механизмом для вращения зеркала с двумя незаа; cимымп тангечсными механизмами. При этом зрительная труба и механизм для вращения зеркала оптически сопряжены меж10 ду собой через неподвижное дополнительное зеркало, установленное на корпусе механизма для вращения зеркала. С целью исключения ошибок, возникающих при наведении зрительной трубы на штрихи масштабного восприятия пространства, в зрительную трубу введен механизм вращения визирной сетки, между визирной сеткой и окуляром установлены дополнительно два обора швающих объектива, сопряженных

20 между собой в параллельном пучке, а между ними установлена призма Дове; с целью упрощения контрольной проверки при работе в полевых условиях дополнительное неподвижное зеркало выполнено с цент25 ральным коническим отверстием под углом

45" и его отражающей поверхности, а между зеркалами установлена светонепроницаемая заслонка с возможностью поворота.

На фиг. 1 представлена компоновочная схема устройства; фиг. 2, 3 и 8 поясняют

794374 работу устройства; фиг. 4 — оптическая схема; фиг. 5 — схема расположения рисок на контрольной, пластинке: фиг. 6 и 7— изображение поля зрения в окуляре зрительной трубы; на фиг. 9 дана кинематическая схема устройства.

Устройство для оптических измерений альности и высоты содержит подвижное зеркало 1, универсальную шарнирную подвеску, состоящую из внутренней рамки 2 с осью .вращения 8, внешней рамки 4 с осью вращения 5, поводок б с осью вращения 7, задающую рамку 8 с осью вращения 9, предельный кулисный механизм 10 со связующим штифтом, корпус 11, два тангенсных механизма, содер>кашне,кулисы 12 ц 18, ползушки 14 и 15, связующие штифты и направляющие 16 и 17; отсчетные устройства

18В и 18Г, уровень 19, неподвижное зеркало 20, зрительную трубу 21, регулировочные винты 22,.и 28, приводы тангенсных механизмов 24 и 25, колпачок 26, заслонку 27.

Зрительная труба содержит объектив 28, фокусируюшую линзу 29, визирную сетку

80, объективы 81, призму AP= — О =32, окуляр 88 и контактный уровень 84.

Перечисленные элементы устройства .взаимосвязаны между собой следующим образом: визирная ось зрительной трубы 21 перископически связана с,механизмом вращения зеркала 1 через непо;вижпое зеркало 20.

Зеркало 1 жестко закреплено на внутренней рамке 2 универсальной шарнирной подвески и вращается на оси 8 относительно внешней рамки 4. Ось 8 жестко связана с рамкой 2 и лежит в отражающей плоскости зеркала 1. Предельный кулпсный механизм 10, расположенный на внешней рамке

4, осуществляет связь между осью 8 и осью

7 с передаточным отношением 2: 1 от осн

7 к оси 8. Ось 7 жестко и,перпендикулярно связана с поводком б и врашается относительно внешней рамки 4, а совместно с рамкой 4 ось 7 и поводок б постоянно контактируют с плоской поверхностью рамки 8 по линии, совпадающей с геометрической осью поводка б.

Внешняя рамка 4 снабжена кулисой 12 тангенсного механизма (компоненты 12, 14

16) .

Задающая рамка 8 вращается относи тельно корпуса 11 на оси 9 и взапмодейст. вует с поводком б за счет контактной связи между ними. Задающая рамка 8 снабжена кулисой 18 тангенсного механизма (компоненты 18, 15, 17). Оси 8, 7 и 9 перпендикулярны оси 5.

Ползушки 14 и 15 тангGHcHblx механизмов имеют возможность перемещения в направляющих lб,и 17 при помощи связанных с н.им.и приводов 24 и 25.

На фиг. 2 и 8 изображены оптические и кинематические связи зрительной трубы 21 с механизмом для вращения зеркала 1 (при

55 вращении зеркала 1 на оси 3 см. фиг. 2, при вращении зеркала 1 на оси 5 — фиг. 3).

На фиг. 2 схематически показана связь зеркала 1 с тангенсным механизмом (компоненты 18, 15, 17). При движении ползушки 15 со связующим штифтом, в направляющих 17 происходит вращение кулисы 18 относительно оси 9 на угол а.

Ось 7 при соосном положении с осью 9 получает вращение через поводок б также на угол а за счет поворота рамы 8 на оси 9, Ось 7 через предельный кулисный меха.низм 10 производит поворот оси 8 и зеркала 1 на угол, равный половине угла а, т. е. половине угла поворота оси 7.

Предельный кулисный механизм 10 играет при этом роль математически точного делителя угла а пополам.

Визирная ось О, — Π— 0: зрительной трубы 21 отклоняется .при этом от горизонта на угол а, так как визирная ось на отрезке 0 — О: при отражении от зеркала 1 отклонится на угол, в два раза больший угла поворота зеркала. Положение визир. ной оси О,— Оа в пространстве будет находиться в плоскости, строго параллельной . плоскости рамы 8.

При перемещении ползушки 15 в направляющих 17,измерительные штрихи, нанесенные на ползушки 15 перемешаются относительно бесконтактного оптического отсчетного устройства 18В.

На фиг. 3 схематически показана связь зеркала 1 с тангенсным механизмом (компоненты 12, 14, 16). При движении ползушки 14 со связующим штифтом в направляющих 16 .кулиса 12 вращается на оси 5. Кулиса 12, оудучи жестко связанной с внешней рамкой 4, поворачивает зеркало 1 на угол Р. При этом визирная ось зрительной трубы 2(на отрезке Π— 03 также повернется на угол I . Ha ползушке 14 нанесены измерительные штрихи, которые вместе с ней перемещаются относительно бесконта к гного оптического отсчетного устройст. ва 18Г.

Измерительные штрихи на ползушках 14

» 15 нанесены через 1 нл и служат для определения величины их перемещения. Бес контактные оптические отсчетные устройства 18Â и 18Г регистрируют, перемещение ползушек 14 и 15 с дискретностью 1 микрон, т. е. 1 10 ля.

На фиг. 4 схематически изображены оптическая схема конструктивно доработанной зрительной трубы 21,и кинематические связи между внешней рамкой 4 механизма .-,.;-. врашен«я призмы АР = 0 (Дове).

Эти сзязи на фиг. 1 не показаны. Их передаточные отношения показаны;на фиг.

4. Кинематические связи, показанные на фиг. 4, обеспечивают автоматическое сохранение прямого (неперевернутого) правильного (ненаклоненного) ;изображения

794374

65 вертикали и горизонта, наблюдаемого через окуляр 88.

Устройство работает следующим образом.

Приводы 24 и 25 перемещают ползушки

14,и 15. Перемещение лолзушки 15 со связующим штифтом поворачивает кулису 18, задающую раму 8, поводок б, ось 7, предельный кулисный механизм 10, ось 3, внутреннюю рамку 2 и зеркало 1. При этом зеркало 1 повернется вместе с осью 3 на угол, в два раза меньший угла поворота оси 7, а визирная линия 0 — Оз отклонится от горизонта на угол, равный углу поворота оси 7, оставаясь параллельной плоскости рамы 8 (см. фиг. 2). Перемещение ползушки 14 со связующим штифтом (см. фиг. 3) поворачивает кулису 12, внешнюю рамку 4 с установленными на ней предельным кулисным механизмом 10, осью 3, рамкой 2, зеркалом l,и осью 7 с поводком б.

При этом внешняя рамка 4 вместе с зеркалом 1 поворачивается относительно вертикальной оси 5 на угол, равный углу поворота кулисы 12.

Если рама 8 наклонена относительно горизонта, то лри повороте кулисы 12 зеркалу 1 автоматически передается корректирующий поворот, возникающий за счет скольжения поводка б ло наклонной относительно горизонта плоскости.рамы8, через ось 7, предельный кулисный механизм 10 и ось 8. 3а счет этой автоматической коррекции угла поворота зеркала 1 визирная линия зрительной трубы 21 на отрезке 0 — 0 постоянно остается в плоскости,лараллельной плоскости рамы 8, перенесение которой в вертикальную плоскость, параллельной двум взаимно перпендикулярным осям 5 и

9, происходит по горизонтальной прямой линии независимо от угла поворота зеркала

1 от но си тел ь но оси 5.

Поворот внешней рамки 4 через кинематическую связь (на фиг. 1,не показано, см. фиг. 4) передается в отношении 1: 1 меха низму вращения визирной сетки 80 и далее механизму вращения призмы АР=О в соотношении 2: 1. Автоматическое сохранение правильного прямого изображения местности в поле зрения окуляра 38 позво,ляет уменьшить ошибку наведения на измеряемый объект до значений, равныл ошибкам наведения зрительных труб обычных геодезических приборов.

Величины перемещений лолзушвк 14 и

15, регистриру.емые оптическими бесконтактными устройствами 1ВВ и 18Ã, используются для определения дальностей горизонтальных проложений до измеряемых объектов, расстояний между ними, приведенных к горизонтальной плоскости, и превышен?ий из относительно горизонтальной плоскости, проходящей через ось 3 механизма для вращения зеркала.

25 зо

В полевых условиях устройством пользуются следующим образом.

1) Подготовка устройства к работе: — устройство устанавливают на треногу .и подъемными винтами 28 (см. фиг. 1):приводят к горизонту по уровням,19; — приводами 24,и 25 устанавливают нулезое положение тангенсных механизмов, наблюдая показания оптических бесконтяктных отсчстных устройств 18В и 18Г; — подъемными винтами 22 приводят к горизонту зрительную трубу 21, наблюдая в окуляр 83 за положением пузырька контактного уровня 84. При этом уровни 19 должны оставаться в горизонте; — с устройства снимают колпачок 2б, закрывающий контрольное отверстие зер.кала 20. При этом поле зрения окуляра разделяется на две зоны — центральную .и перископическую, расположенную концентрическим кольцом относительно центральной зоны (см. фиг. 6), зрительная труба 21 строит изображение в центральной зоне поля зрения лучами света, проходящими через контрольное отверстие зеркала 20, а в перископической зоне изображение строится лучами, попадающими в зрительную трубу через перископически связанные зеркала 1 и 20 (см. фиг. 1); — производят проверку угла (Е) зрительной трубы 21 по общепринятой в геодезии методике, ведя наблюдения только в центральной зоне поля зрения. Перископичеокая зона поля .зрения на время проверки угла (i) перекрывается заслонкой 27, вводимой между зеркалами 1 и 20, что необходимо для увеличения контраста изображения в центральной зоне поля зрения (см. фнг. !).

После дозедения угла (t) до минимального значения, заслонку открывают .и приступают и дальнейшим операциям по подготовке устройства .к работе.

На расстоянии 15 — 20 л от устройства устанавливают строго вертикальную рейку с контрольной пластинкой, на которой нанесены горизонтальные тонкие риски, удаленные по вертикали друг от друга на расстояние, равное по величине перисколичности зеркал l,и 20 (см. фиг. 5); — устройство на треноге разворачивают по горизонту в направлении рейки с контрольной пластинкой (горизонтальный поворотный механизм устройства, тренога и рейка с контрольной IIJIBcTHHKQH на фиг. 1 не показаны). При этом показания уровня

19 и 34 должны сохраняться строго в горизонте; — наблюдая в окуляр 88 зрительной рубы 21, микрометрическим B?IHTQM горизонтального поворотного механизма устройство доворачивают до полного совмещения вертикального штриха контрольной пластины с вертикальным, штрихом визир.ной сетки 80; при этом наблюдение ведут в

794374 центральной зоне поля зрения окуляра (см. фиг. 6); — работая подъеиным механизмом контрольной пластины, перемещают контрольную пластину с рисками до совмещения изображения верхнего горизонтального штриха контрольной пластины с горизонтальным штрихом визирной сетки 80 в цент,ральной зоне поля зрения окуляра 88.

Если устройство отыюстировано пра- 10 вильно (зеркала 1 и 20 строго параллельны между собой, устройство по показаниям уровней 19 и 84 выставлено строго горизочтально, и отсчетные устройства 18В и 181 .регистрируют нулевые положения тангенсных механизмов), то наблюдаемая в окуляр

88 картина должна соответствовать рисунку фиг. б, т. е. вертикальный,и горизонтальные штрихи визирной сетки 80 и контрольной пластинки, наблюдаемые в перископи- 20 ческой зоне поля зрения, должны полностью совпадать с одноименными штрихами, наблюдаемыми в центральной зоне поля зрения окуляра.

Соблюдение такого условия гарантирует готовность устройства к производству измерений.

Если в окуляр 88 наблюдается картина, изображенная на фиг. 7 или подобная ей, то это значит, что устройство неисправно .и 30 подлежит ремонту. После окончания подготовительных работ контрольное отверстие зеркала 20 закрывают колпачком 2б.

2) Производство, измерений;

На фиг. 8 схематически, показаны уча- 35 сток местности с высотами А, В, С и точка

02 — место установки устройства. Точка

02 иа фиг. 8 соответствует одноименной точке О2, обозначенной на фиг. 1, т. е. точке пересечения осей вращения зеркала 1. 40

Ось 8 механизма вращения зеркала 1 и точка О (фиг. 1) лежат в горизонтальной плоскости Р, показанной на фиг. 8.

Точки А, В, С вЂ” проекции вершин высот

А, В .и С на горизонтальную плоскость Р.

Измерения выполняются следующим образом. а) на высотах А, В, С устанавливают строго вертикально или строго горизонтально масштабные рейки (штанги), на концах 50 которых нанесены риски, определяющие их длину. Для удобства расчетов рейки изготавливают одинаковой длины.

На фиг. 8 установка реек на высотах показана вертикальной, а их длина обозначена буквой «а». б) Устройство, подготовленное к измерениям и расположенное в точке О, разво рачивают на треноге по горизонту в направлении высоты А при помощи горизон- @ тального поворотного механизма (тренога и горизонтальный поворотный механизм на фиг. 8 не показаны). в) Наблюдая в окуляр 88, приводом 24 вращают зеркало 1 в вертикальном направQ

Dh„

I где а — длина а „а

Ьй„., -" Ьй,,, масштабной рейки; ленни,и совмещают горизонтальный штрих визирной сетки 80 с .нижним штрихом мас.штабной рейки, установленной на высоте А.

Вертикальный штрих визирной сетки 80 совмещают с вертикальной линией масштабной рейки при помощи микрометрического винта горизонтального поворотного ме.;а низ ма устройства. г) С отсчетного устройства 18В считывают величину перемещения ползушки 15 и записывают ее,в курнал, как значение й„ь (см. фиг. 8). д) Затем снова, .наблюдая в окуляр 88, приводом 24 вращают зеркало 1 и совмещают горизонтальный, штрих визирной сетки 80 с верхним, штрихом той же масштабной рейки. С отсчетного устройства 18В считывают новую величину .и,записывают в журнал, как значение и,, На этом изме,рения в направлении высоты А заканчиваются. е) Наблюдая в окуляр 88, приводом 25 вращают зеркало 1 в горизонтальном направлении до совмещения визирной линии на отрезке О> — -О;, (см. фиг. 3) с направлением на высоту В (фиг. 8). Приводом 24 вращают зеркало 1 в вертикальном направлении до появления в поле зрения окуляра

88,изображения рейки, установленной на высоте B.

Работая приводом 25 и наблюдая в окуляр ЗЗ, совмещают вертикальную линию ,рейки с вертикальным .штрихом визирной сетки 80. Приводом 24 производят совмещение горизонтального штриха визирной сетки 80 с нижним штрихом, рейки. Проверяют горизонтальности устройства по показаниям уровней 19 и 84, если устройство строго,в горизонтальном положении, в отсчетных устройствах 18Г и 18В считывают .величины и записывают их в журнал как значение О,-2 и hÄ, .

Приводом 24 совмещают горизонтальный штрих визирной сетки 80 с верхним штрихом той же рейки, с отсчетного устройства 18В считывают .величину нового показания и записывают в журнал как значение

h „,2. На этом измерения в направлении высоты В заканчиваются. ж) Измерения в направлении высоты С выполняют аналогично описанному в пунк: те Е, а в журнале записывают значения ь. з> hy31 и уЗ. з) Для определения превышений H, „

Н„, Н,, и горизонтальных проложений DI, В, 0g производят следующие вычисления: — определяют величины: Ahy =h у — hy;

Иг,, = h,,— h,,„; Ьй,,„=h,,— h,, (см. фиг. 8); — определяют масштабность каждого направления измерен.ий: — определяют величину превышений высот:

О» by X Ь» Hy : by yХЬу

ay,=b„У Е, (см, фиг. 8) — определяют величину горизонтальных проложений:

1 — by1 d> 2 — bуя X d 3= уз 4 (см. фиг; 8) где численные значения расстояний, показанных на фиг. 2 — между точками

С(9) и К(25), на фиг, 3 — между точками

Л(о) и (26). Обозначения соответствуют 15 элементам устройства на фиг. 1.

IH) Выполнив несложные расчеты, можно определить расстояние между проекциями,высот А, В, С на горизонтальную плоскость Р 20

= P (b,;- . дх ) + d- ô — b ) - ;

А С V (Ь дх ) +4(ЬУ вЂ” Ь )3

В С = drab +Ь,) -,2b. X х Ь„(а- .a-,1 (d- — а,) (4 — а х,)). (ом. фиг. 8) буквенные обозначения соответствуют при- 30 нятым в пункте (3), Для повышения точности результатов измерений, а также для исключения случайных погрешностей каждое измерение повторяют несколько раз, как это лринято 35 в метрологии, а для расчетов используют среднее значение,измеренных величин.

Из приведенной выше методики измерений и последующих вычислений видно, что устройством полностью исключаются 40 угломерные измерения и тригонометрические расчеты искомых величин.

Кроме того, устройство позволяет производить съемки вертикальных стен (сооружений) непосредственно в прямоугольной системе координат, производить проверку горизонтальности соединительных балок, ферм, карнизов потолочных перекрытий и

10 измерять величииу их прогиба, определять величину отклонения опорных стоек от вертикали.

Формула изобретения

1. Устройство для оптических измерений дальности и высоты, содержащее зрительную трубу с визирной сеткой и контактным уровнем, механизм для приведения устройства в горизонт, уровни и масштабные рейки, о гл и чающее с я тем, что, с целью увеличения производительности тру, а, оно снабжено зеркалом и узлом его вращения с двумя независимыми тангенсными механизмами, при этом зрительная труба и указанное зеркало сопряжены между собой через неподвижное дополнительное зеркало, установленное на корпусе узла для вращения зеркала.

2. Устройство по п. 1, отл ич а ю ще ес я тем, что, с .целью исключения ошибок, возникающих при наведении зрительной трубы на штрихи масштабной рейки, и обеспечения прямого неискаженного восприятия пространства, в зрительную трубу введен механизм вращения визирной сетки, между визирной сеткой и окуляром установлены дополнительно два оборачивающих объектива, сопряженных:между собой в параллельном пучке, а между ними установлена призма Дове.

3. Устройство по пп. 1,и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения контрольной проверки .при работе в,полевых условиях, дополнительное неподвижное зеркало выполнено с центральным коническим отверстием под углом 45 к его отражающей поверхности, а между зеркалами установлена с возможностью поворота светонепроницаемая заслонка.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Деймлих Ф. Геодезическое инструментоведение, «Недра», М., 1970, с. 526 (прототип). 6ьоихи химии

Сс паки раница помпеи зрения го ионов б тки о ьное поле зрения тор колпачке,Б

Периснопичсскос вле зрения .;Г, ение

ыигк/7его гориео пяальн "го ы.тр онтроль нои

;.л ri.- тиета| лс.7ам ение .,оь.Лько ууйнв 4/

Ио5икение линии лонтри g вертикального cumparc; конГпрвльнои пласт ины и-оф ожение, пьеьоька цроеня а янфполя зрения ом колпачке Ë5 рископихескс я вона я рения заражение линии онтраста нижнего оризснтальногв ихтриха контрольнви пластинь! при нарошении,параллельности гсркал ние линии контраста вертикального ихтриха контрольнви пластины при нарушении

Параллельности зеркал

Редактор Б. Федотов

Составитель Н. Христич

Техред Л, Куклина Корректор И. Осиновская

Заказ 1764/133 Изд ¹ 128 Тираж 672 Подписное

НПО сПоиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, /К-35, Раушская наб., д, 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»