УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНЯТИЯ ОТСЧЕТА В УГЛОМЕРНОМ ПРИБОРЕ Российский патент 1995 года по МПК G01C1/06 

Изобретение относится к оптическому геодезическому приборостроению и может быть использовано в отсчетных системах угломерных приборов.

Известно, что для уменьшения влияния ошибок делений лимба на измеряемое направление используют отсчеты по 2-6 участкам лимба. Однако широкое применение в теодолитах и гониометрах получили оптические отсчетные устройства с введением в поле зрения одного микроскопа только двух диаметрально противоположных участков лимба [1] Хотя при этом и происходит компенсация децентровки лимба, число штрихов при отсчетах используется минимальное.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для отсчитывания при трем участкам лимба [2] Оно содержит микроскоп и две проекционные системы, расположенные по разные стороны лимба, причем каждая из проекционных систем содержит два объектива и две прямоугольные призмы, обращенные преломляющими гранями к объективу и лимбу, а также прямоугольные призмы (одну из них с крышей) между объективами. При этом проекционные системы оптически согласованы друг с другом и со штрихами лимба, расположенными между ними и на их общем входе и выходе.

Применение в этой системе призмы с крышей снижает качество изображения штрихов лимба и, следовательно, точность отсчитывания. Кроме того, устройство имеет габариты, превышающие диаметр лимба в два раза, а применяемое при отсчете биссектирование примерно в три раза снижает точность отсчета по сравнению с коинцидентным совмещением штрихов, используемым при использовании только двух диаметрально противоположных штрихов лимба.

Целью изобретения является повышение точности отсчитывания, а также уменьшение габаритов устройства.

Цель достигается тем, что усовершенствуется устройство для снятия отсчетов по лимбу угломерного прибора, содержащее отсчетный микроскоп регистрирующего устройства и проекционные системы, оптически сопряженные с микроскопом и штрихами лимба, размещенные по разные стороны лимба и содержащие по два объектива с одинаковыми фокусными расстояниями и по две прямоугольные призмы, обращенные преломляющими гранями к объективам и лимбу.

Отличительными признаками устройства является то, что проекционные системы расположены по хордам делительной окружности, соединяющим участки лимба, находящиеся в вершинах правильных n-угольников, причем общее число проекционных систем на единицу меньше числа сторон n-угольника, а n≥4.

По меньшей мере в одной из проекционных систем фокусы двух объективов могут быть совмещены с дополнительной диафрагмой, установленной между ними.

При четном числе n в проекционной системе с номером n/2 могут быть дополнительно введено оборачивание изображения, а отсчетный микроскоп установлен у выхода последней проекционной системы. При четном n в проекционной системе с номером n/2 может быть дополнительно введен призменный блок сложения световых потоков от двух ветвей проекционных систем, а отсчетный микроскоп установлен у выхода призменного блока сложения световых потоков.

На фиг. 1 приведена схема устройства с n 4; на фиг. 2 то же, с n 5; на фиг. 3 то же, с n 6; на фиг. 4 то же, с n 7; на фиг. 5 то же, с n 8.

Устройство содержит источник 1 света, регистрирующее устройство 2 с отсчетным микроскопом, оборачивающую систему 3, диафрагму 4, блок 5 сложения световых потоков, прямоугольные призмы 6, объективы 7 проекционных систем, делительную окружность 8 лимба, стеклянный лимб 9.

Излучение (фиг.1) источника 1 света проходит лимб 9 в районе делительной окружности 8, далее попадает в первую проекционную систему из призмы 6(1), объективы 7(1) и 7(2), призмы 6(2), далее через делительную окружность лимба попадает во вторую проекционную систему и снова на делительную окружность лимба и, пройдя n-1 проекционную систему, после n-го прохода через делительную окружность попадает в регистрирующее устройство с отсчетным микроскопом 2.

На фиг. 3-5 призмы 6 и объективы 7 для упрощения не показаны. На фиг. 3 в проекционной системе с номером n/2 3 излучение проходит дополнительную оборачивающую систему 3; на фиг. 4 в проекционной системе с номером n/2 + 0,5 4 излучение проходит диафрагму 4.

Фиг.5 показывает вариант исполнения, в котором используется излучение от двух источников 1(1) и 1(2). Возможный вариант с одним источником 1 и системой направления света в два входа на чертеже не показан. При этом в проекционной системе с номером n/2 4 установлен призменный блок 5 сложения световых потоков от двух ветвей проекционной системы, освещаемых источниками 1(1) и 1(2), откуда оба потока излучения направляются в регистрирующее устройство с отсчетным микроскопом 2. Возможны и другие варианты исполнения, соответствующие формуле изобретения, не приведенные на чертежах.

Устройство для снятия отсчетов по лимбу угломерного прибора работает следующим образом.

В варианте, изображенном на фиг. 2, наблюдается n=5 участков штрихов лимба, равномерно расположенных по делительной окружности. Эти участки соединяются n-1 4 проекционными системами, две из которых расположены по одну сторону лимба (первая и третья) и две по другую (вторая и четвертая). Изображения штрихов первого участка лимба со сдвигом либо по радиусу делений, либо по касательной к делительной окружности. Следующая проекционная система переносит изображения первого и второго участков штрихов лимба в плоскость третьего участка штрихов лимба. Важной особенностью является то, что все изображения штрихов получаются параллельными друг другу и при поворотах устройства или лимба движутся в одну сторону.

Описанная передача изображений штрихов с прибавлением после каждой проекционной системы новых штрихов от очередных участков лимба позволяет обеспечить наблюдение n участков штрихов в регистрирующем устройстве с отсчетным микроскопом 2. Если в регистрирующем устройстве применяются ПЗС-матрицы или ПЗС-линейки, то в результате использования отсчетов по n участкам возможно значительное снижение ошибок нанесения штрихов на лимб.

На фиг.3 изображено устройство для снятия отсчетов по лимбу угломерного прибора, в котором проекционные системы дополнены оборачивающей системой 3, установленной в n/2 3 проекционной системы. В этом случае три первых и три последних штриха движутся совместно, но в разные стороны. В регистрирующем устройстве расстояние между штрихами при поворотах устройства или лимба удваивается.

На фиг.4 изображено устройство, в одной из проекционных систем которого установлена диафрагма 4, на которой совмещены фокусы предыдущего и последующего объективов (по ходу излучения). За счет этого в устройстве создается телецентрический ход лучей и обеспечивается снижение влияния расфокусировок, например, из-за биений лимба относительно плоскости, ортогональной оси вращения.

На фиг. 5 в проекционную систему с номером n/2 4 введен дополнительный призменный блок 5 сложения световых потоков. Световые потоки от источника 1(1) через первую, вторую и третью проекционные системы и от источника 1(2) через седьмую, шестую и пятую проекционные системы, а также через призмы и объективы четвертой системы и через блок 5 сложения попадают в регистрирующее устройство с отсчетным микроскопом 2. При этом четыре первых и четырех вторых участка лимба создают общие изображения штрихов, которые в зависимости от конструкции блока 5 движутся либо в одну сторону, либо в противоположные стороны. В регистрирующем устройстве получается отсчет, создаваемый восемью участками штрихов.

Аналогично могут быть выполнены и варианты с другим числом используемых участков штрихов лимба. Предел увеличения числа используемых участков штрихов определяется в основном потерями света при прохождении оптических деталей устройства.

Технико-экономическое преимущество данного устройства проявляется при использовании его в высокоточных датчиках углов поворотов за счет уменьшения числа повторных измерений для получения заданной среднеквадратической ошибки измеряемого угла.

Использование: в отсчетных системах угломерных приборов. Сущность изобретения: устройство содержит лимб, отсчетный микроскоп и проекционные системы, состоящие из двух объективов и двух прямоугольных призм и расположенные по разные стороны лимба. При этом проекционные системы расположены по хордам делительной окружности, соединяющим участки лимба, находящиеся в вершинах правильных n-угольников, причем общее число проекционных систем на единицу меньше числа сторон n-угольника, а n-больше или меньше 4. Кроме того, в одной из проекционных систем возможны следующие конструктивные дополнения: фокусы объективов совмещены с диафрагмой, расположенной между ними; введен элемент, оборачивающий изображение, и введен блок сложения световых потоков. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНЯТИЯ ОТСЧЕТА В УГЛОМЕРНОМ ПРИБОРЕ, содержащее лимб с делительной окружностью, отсчетный микроскоп регистрирующего устройства и проекционные системы, состоящие из двух объективов и двух прямоугольных призм, причем преломляющие грани призм обращены к объективам и лимбу, а соседние проекционные системы расположены по разные стороны лимба и оптически сопряжены друг с другом и общим участком делений лимба, отличающееся тем, что проекционные системы расположены по хордам делительной окружности, соединяющим участки лимба, находящиеся в вершинах правильных n-угольников, причем общее число проекционных систем на единицу меньше числа сторон n-угольников, а n ≥ 4. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере в одной из проекционных систем фокусы двух объективов совмещены с дополнительной диафрагмой, установленной между ними. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что при четном числе n в проекционной системе с номером n/2 дополнительно введен элемент, оборачивающий изображение, а отсчетный микроскоп установлен у выхода последней проекционной системы. 4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что при четном числе n в проекционной системе с номером n/2 дополнительно введен призменный блок сложения световых потоков от двух ветвей проекционных систем, а отсчетный микроскоп установлен у выхода призменного блока сложения световых потоков.