УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01B5/02 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для высокоточного измерения расстояний различной длины при построении геодезических сетей для возведения уникальных сооружений, например ускорителей заряженных частиц, реакторных отделений, а так же монтажа оборудования атомной энергетики, ракетостроения, дальней радиосвязи и др.

Известна рулетка [1] содержащая корпус и установленную в нем с возможностью перемещения ленту с закрепленными на ней экраном с непрозрачными штрихами, второй экран, жестко закрепленный на корпусе, источник света, фотоприемный и вычислительный блоки, установленные по одну или разные стороны от экранов.

Конструктивно рулетка изготовлена таким образом, что измерения выполняются между двумя крюками, один из которых расположен на конце рулетки, другой на корпусе. Это облегчает измерение линейных размеров, например, конструкций, но затрудняет высокоточные измерения между геодезическими стандартными знаками и снижает точность эталонирования полотна рулетки на компараторе, что исключает ее применение для высокоточных измерений в геодезических сетях.

Известно устройство для измерения расстояний [2] содержащее гибкую рабочую меру и связанные с ней через соединительное устройство отсчетное и натяжное приспособления.

В известном устройстве для измерения расстояний автоматизированы контроль натяжения и отсчитывания по гибкой рабочей мере, что обеспечивает высокую точность и производительность измерения длины линии, соответствующей размеру данной гибкой рабочей меры. Поскольку при длине гибкой рабочей меры а возможны измерения линий в диапазоне d ± Δd, где Δd величина перемещения каретки, то в комплекте устройства должен быть набор рабочих гибких мер, обеспечивающий измерение различных расстояний. Это затрудняет использование устройства для измерения линий произвольной длины, кроме того, замена одной гибкой меры другой увеличивает трудоемкость работ и снижает производительность труда.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения расстояний [3] содержащее базовую опору, базирующий элемент, каретку, установленную на базирующем элементе с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном его оси, балансир с грузом, установленный на каретке с возможностью поворота в плоскости, проходящей через оси базовой опоры и базирующего элемента, мерную проволоку, закрепленную одним концом на базовой опоре, а другим на балансире, уровень для определения взаимного положения балансира и мерной проволоки и отсчетное приспособление, служащее одновременно натяжным.

Известное устройство предназначено для высокоточных измерений, но имеет низкую производительность труда, так как одной проволокой можно измерить расстояние в диапазоне d ± Δ d, где d длина проволоки, а Δd величина перемещения каретки. Для измерения линий разной длины необходимо иметь требуемое количество мерных проволок, что повышает трудоемкость измерений и их аттестацию.

Кроме того, в известном устройстве перемещение каретки и отсчитывание величины перемещения осуществляется одним и тем же микрометрическим винтом, что влияет на метрологические характеристики устройства и снижает точность вследствие износа винта.

Задачей изобретения является разработка устройства для измерения расстояний, обеспечивающего высокоточное измерение линий любой длины.

Это достигается тем, что в устройстве для измерения расстояний, содержащем гибкую рабочую меру, закрепленную одним концом на базовой опоре, а другим на базирующем элементе с кареткой, одноплечим балансиром с грузом и уровнем для определения взаимного положения балансира и гибкой рабочей меры, отсчетное и натяжное приспособления, согласно изобретению гибкая рабочая мера выполнена в виде ленты с отверстиями по ее оси с интервалами между ними, не превышающими длины хода каретки, базовая опора в верхнем ее торце снабжена штифтом и фиксатором положения гибкой рабочей меры и отверстия, а плечо балансира выполнено с возможностью изменения его длины, при этом натяжное приспособление выполнено в виде микрометренного винта, закрепленного на торце каретки и функционально не связано с отсчетным приспособлением.

Гибкая рабочая мера в виде ленты с отверстиями по ее оси с интервалами между ними, не превышающими хода каретки, представляет собой набор большого количества концевых мер.

Возможность измерения лентой с отверстиями обеспечивается конструкцией базового элемента, снабженного в верхнем торце штифтом для закрепления ленты отверстием на ней, соответствующим измеряемой длине линии, и фиксатором, осуществляющим контакт края отверстия со штифтом, что повышает точность измерений.

Выполнение балансира с возможностью изменения длины плеча позволяет использовать базирующий элемент для измерения лентами разной длины (10 или 24, или 48 м) путем подбора требуемого натяжения рабочей меры, что расширяет возможности применения устройства для различных видов геодезических работ.

В предлагаемом устройстве для улучшения метрологических характеристик натяжения ленты осуществляется микрометренным винтом, а в качеств отсчетного приспособления применен индикатор часового типа. Функции отсчетного и натяжного приспособлений разъединены.

На фиг. 1 изображено устройство для измерения расстояний, общий вид; на фиг. 2 гибкая рабочая мера, план.

Устройство для измерения расстояний содержит мерную ленту 1 с отверстиями 2, корпус 3, основание 4 корпуса и рамку 5 с опорной призмой 6; базовую опору 7 с целиком 8, пазом 9 для крепления основания корпуса, штифтом 10, фиксатором 11 с закрепительным винтом 12; базирующий элемент 13 с кареткой 14, балансиром 15 с грузом 16 и целиком 17, уровнем 18, натяжным микрометренным винтом 19 и индикатором 20.

Гибкая рабочая мера в виде мерной ленты 1 с отверстиями 2 расположена в корпусе 3 с основанием 4. Мерную ленту изготовляют, например, из инварной ленты шириной 8 мм, толщиной 0,2 мм. Отверстия 2 на ленте пробивают с помощью специального шаблона и пробойвика.

Для крепления корпуса 3 ленты 1 в пазу 9 на целике 8 базовой опоры 7 основание 4 выполнено в форме вилки. Один конец ленты закреплен на базовой опоре 7 ближайшим отверстием 2 в штифте 10 и фиксатором 11 положения ленты и отверстия. Другой конец ленты закреплен на базирующем элементе 13 с помощью измерительной рамки 5 с опорной призмой 6 для облегчения контакта с целиком 17, установленным на балансире 15 с грузом 16.

Подпружиненная каретка 14 помещена в направляющие, расположенные на базирующем элементе 13 с возможностью перемещения. Интервалы между отверстиями 2 на ленте 1 не должны превышать шага перемещения каретки 14 для обеспечения быстрого фиксирования отверстия 2, соответствующего "грубому" значению длины измеряемой линии. Если отверстия пробиты через 50 мм, то "грубое" значение длины линии равно nl_o, где l_o=50 мм, n число отверстий.

Каретка 14 имеет, например, шарнирную связь с балансиром 15, служащим для размещения на нем груза 16 с целиком 17 для закрепления конца ленты 1.

Выполнение балансира с возможностью изменения длины плеча позволяет использовать один и тот же базирующий элемент для измерений лентами разной длины (например, 10 или 24, или 48 м) и сечения, а так же изготовленных из разных материалов (сталь, инвар, композиционные материалы) путем подбора требуемого натяжения рабочей меры перемещением груза на нем.

Уровень 18 обеспечивает одинаковое положение балансира 15 и ленты 1, соответствующее требуемому натяжению для данного мерного тела как в момент аттестации устройства, так и в момент измерений.

Натяжное приспособление 19, осуществляющее перемещение каретки 14, а следовательно, и балансира 15 в положение, соответствующее требуемому натяжению ленты 1, выполнено в виде микрометренного винта, отсчетное для измерения величины перемещения каретки 14, например, в виде индикатора 20 часового типа. Натяжное и отсчетное приспособления расположены у противоположных концов каретки 14 для разгрузки индикатора от воздействия напряжения подпружиненной каретки 14 с целью повышения метрологических характеристик отсчетного устройства.

Перед началом измерений рабочая лента 1 проходит метрологическую аттестацию. Сначала на высокоточном измерителе типа УИМ-23 измеряют расстояния между отверстиями, а затем с эталоном сравнивают длины между отверстиями через, например, 1-5 м. Далее из обработки результатов компарирования составляют аттестацию на каждое отверстие. Кроме того, при компарировании определяют отсчет a₀ по индикатору 20, соответствующий заданному натяжению, достигаемому при определенном положении балансира 15, мерной ленты 1 при положении пузырька уровня 18 в нольпункте. Например, для 24-метровой ленты натяжение должно быть 10 кг. Путем решения и анализа уравнений равновесия одноплечего балансира 15 находят массу груза 16, имеющего возможность перемещения вдоль оси балансира и определяют место его закрепления (плечо приложения силы).

Далее регулируют уровень 18 так, чтобы при натяжении 10 кг, его пузырек был в нольпункте. При этой юстировке допускается использование прокладок, если не хватает диапазона исправительных винтов уровня 18. С помощью уровня 18 контролируют взаимное положение балансира 15 и ленты 1 при заданном натяжении во время компарирования и полевых измерений.

После юстировки базирующего элемента 13 и компарирования устройство готово к работе.

Во втулки геодезических знаков, расстояния между которыми необходимо измерить, вставляют базовую опору 7, и базирующий элемент 13 с установленной на нем подпружиненной кареткой 14 с балансиром 15, грузом 16, целиком 17 и уровнем 18. Корпус 3 ленты 1 основанием 4 помещают в паз 9, на целике 8. Протягивают ленту 1 из корпуса 3 и закрепляют ее конец с рамкой 5 и опорной призмой 6 на целике 17. Отворачивают закрепительный винт 12 фиксатора 11 и отводят последний в сторону, натягивая ленту, в ближайшее отверстие 2 вводят штифт 10. После этого ленту 1 помещают в паз на верхнем торце целика 8, возвращают фиксатор 11 в рабочее положение и прижимают им ленту 1 с помощью закрепительного винта 12. Далее балансир 15 ориентируют по направлению измеряемой линии так, чтобы ось балансира совпала с плоскостью, проходящей через оси базовой опоры 7 и базирующего элемента 13.

Для измерения длины линии на индикаторе 20 проверяют правильность установки отсчета a₀, определяемого при компарировании. В случае, если отсчет сбит, действуя натяжным микрометренным винтом 19 и меняя положения индикатора 20 в обойме, добиваются его установки в соответствии с метрологическими данными.

Вращением винта 19 перемещают каретку 14 с балансиром 15 до тех пор, пока пузырек уровня 18 установится в нольпункте. Отсчет положения каретки 14, соответствующий длине ленты от зафиксированного отверстия 2 до грани опорной призмы 6, определяют по индикатору 20.

Длина линии L равна
L=nl₀+(a-a₀), где n номер отверстия;
l_o расстояние между отверстиями на ленте;
а отсчет по индикатору при измерении;
а₀ отсчет по индикатору при компарировании.

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для измерения расстояний различной длины при построении геодезических сетей для возведения уникальных сооружений, например ускорителей заряженных частиц, реакторных отделений, а также монтажа оборудования атомной энергетики, ракетостроения и др. Устройство содержит мерную ленту 1 с отверстиями 2, корпус 3 с основанием 4, рамку 5 с опорной призмой 6, базовую опору 7 с целиком 8, пазом 9 для крепления основания корпуса, штифтом 10, фиксатором 11 с закрепительным винтом 12; базирующий элемент 13 с кареткой 14, балансиром 15 с грузом 16 и целиком 17, уровнем 18, натяжным микрометрическим винтом 19 и индикатором 20. Применение в качестве гибкой рабочей меры ленты 1 с отверстиями 2 позволяет одной лентой измерять линии любой длины, так как лента с отверстиями представляет собой набор большого количества концевых мер. Предложенное устройство повышает точность и производительность измерения расстояний, обеспечивает применение лент из разных материалов, требующих различного натяжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ, содержащее базовую опору, базирующий элемент с кареткой, гибкую рабочую меру, закрепленную одним концом на базовой опоре, а другим на базирующем элементе, механизм отсчета, взаимодействующий с кареткой, механизм натяжения рабочей меры и балансир с грузом, отличающееся тем, что гибкая рабочая мера выполнена в виде ленты с отверстиями по ее оси, интервалы между отверстиями которой не превышают шага перемещения каретки, которая шарнирно соединена с балансиром, груз размещен на балансире с возможностью перемещения вдоль него и фиксации, устройство снабжено размещенным на базовой опоре штифтом, предназначенным для поочередного размещения в отверстиях ленты, и фиксатором положения ленты. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм натяжения выполнен в виде микрометрического винта, взаимодействующего с торцом каретки и расположенного диаметрально относительно механизма отсчета.