ЛАЗЕРНЫЙ НИВЕЛИР Российский патент 2006 года по МПК G01C5/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для выполнения нивелировочных работ в машиностроительном производстве.

Известен лазерный нивелир (патент РФ №218176, МПК 7 G 01 С 5/00), содержащий корпус, в котором последовательно размещены на одной оптической оси лазерный источник излучения и коллимирующее устройство, выполненное в виде телескопической системы, снабженной устройством фокусировки. В известном устройстве заложен принцип фокусировки лазерного излучения, что снижает точность нивелировочных работ, так как в процессе фокусировки происходит смещение оптической оси лазерного излучения.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является лазерный нивелир, описанный в книге П.И.Кузнецова, И.Ю.Васютинского и Х.К.Ямбаева "Геодезическое инструментирование", М., Недра., 1984. - 279 с., рис.158. Известный лазерный нивелир содержит лазер с коллиматором, закрепленный в корпусе, зрительную трубу с окуляром и объективом, уровень, подставку с подъемными винтами, а также отклоняющее устройство, передающее изображение цели в поле зрения окуляра.

Описанное устройство не может обеспечить необходимую для машиностроительного производства точность нивелировочных работ в связи с тем, что при наведении на визирную цель отклоняющее устройство перекрывает лазерный пучок, то есть невозможно одновременно видеть цель и лазерное пятно на нем. Кроме того, в известном устройстве коллиматор формирует на цели лазерное пятно, по которому невозможно точно определить горизонтальное положение контролируемого объекта, а фокусировка лазерного луча в точку на цели приводит к смещению оптической оси лазерного излучения.

Задачей изобретения является обеспечение определения горизонтального положения контролируемого объекта с требуемой точностью.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном решении, содержащем лазер с коллиматором, закрепленные в корпусе, зрительную трубу с окуляром и объективом, уровень, подставку с подъемными винтами, в предлагаемом - лазер с коллиматором, закрепленные в корпусе, размещены на оси зрительной трубы перед объективом, при этом диаметр корпуса составляет не более 1/4 размера апертуры объектива зрительной трубы, а коллиматор содержит одну плосковыпуклую линзу со сферической аберрацией, на оптической оси которой размещен полупроводниковый лазер, жестко закрепленный со смещением относительно фокуса линзы в пределах ±1/10 ее фокусного расстояния.

Размещение лазера с коллиматором, закрепленных в корпусе на оси зрительной трубы перед объективом, при условии, что диаметр корпуса не превысит 1/4 размера апертуры объектива позволяет одновременно видеть визирную цель и лазерное пятно на цели, a выполнение коллиматора в виде плосковыпуклой линзы со сферической аберрацией, на оптической оси которой размещен полупроводниковый лазер, жестко закрепленный со смещением относительно фокуса линзы в пределах ±1/10 ее фокусного расстояния, позволяет сформировать на цели структуру из видимых концентрических колец, что позволяет точно совместить оси цели с лазерным лучом. Все перечисленное в комплексе решает задачу повышения точности и производительности нивелировочных работ в соответствии с требованием машиностроительного производства.

Техническим результатом является повышение точности и производительности работы лазерного нивелира.

На фиг.1 показана схема общего вида лазерного нивелира, на фиг.2 показана схема лазера с коллиматором, закрепленных в корпусе, на фиг.3 приведена структура лазерного пятна из концентрических колец, сформированная коллиматором.

Конструкция лазерного нивелира (фиг.1) выполнена в виде базовой части, состоящей из зрительной трубы 1 с окуляром 2 и объективом 3, на котором закреплен на пластинчатых пилонах 4 корпус 5. К визирной трубке 1 подсоединен уровень 6. Базовая часть нивелира установлена на подставке 7 с подъемными винтами 8. В корпусе 5 (фиг.2), диаметр которого не превышает 1/4 размера апертуры объектива 3, закреплена плосковыпуклая линза со сферической аберрацией 9, на оптической оси которой размещен полупроводниковый лазер 10, жестко закрепленный со смещением относительно фокуса линзы в пределах ±1/10 ее фокусного расстояния. Полупроводниковый лазер 10 снабжен источником питания 11 аккумуляторного типа.

Описание работы лазерного нивелира.

С помощью винтов 8, размещенных на подставке 7 по уровню 6, выставляют базовую часть лазерного нивелира со зрительной трубой 1 в горизонтальное положение. Затем включают источник питания 11 лазера 10. Рассматривая через окуляр 2 зрительной трубы 1 изображение цели, наводят зрительную трубу 1 на цель, совмещая ее оси с центром концентрических колец 12 лазерного пятна (фиг.3).

Проведенные экспериментальные исследования показали, что перекрытие апертуры объектива зрительной трубы до 1/4 ее размера не снижает контрастность изображения цели, а коллиматор, выполненный только из одной плосковыпуклой линзы, имеющей значительную сферическую аберрацию, формирует в лазерном пучке концентрические кольца в том случае, если полупроводниковый лазер смещен от фокуса плосковыпуклой линзы ±1/10 ее фокусного расстояния. В связи с тем, что в предложенной конструкции нет перемещаемых фокусирующих оптических элементов, сохраняется стабильное положение оптической оси лазерного излучения, что повышает точность и производительность измерений.

Изобретение относится в контрольно-измерительной технике и может быть использовано для выполнения нивелировочных работ в машиностроении. Лазер с коллиматором размещен на оси зрительной трубы перед ее объективом. Диаметр корпуса не превышает размера апертуры объектива зрительной трубы с соотношением этих размеров не более 1/4. Коллиматор содержит одну плосковыпуклую линзу со сферической аберрацией. На оптической оси линзы размещен полупроводниковый лазер. Лазер жестко закреплен со смещением относительно фокуса линзы. Технический результат - обеспечение определения горизонтального положения контролируемого объекта с требуемой точностью. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Лазерный нивелир, содержащий лазер с коллиматором, закрепленные в корпусе, зрительную трубу с окуляром и объективом, уровень, подставку с подъемными винтами, отличающийся тем, что лазер с коллиматором, закрепленные в корпусе, размещены на оси зрительной трубы перед ее объективом, при этом диаметр корпуса не превышает размера апертуры объектива зрительной трубы, а коллиматор содержит одну плосковыпуклую линзу со сферической аберрацией, на оптической оси которой размещен полупроводниковый лазер, жестко закрепленный со смещением относительно фокуса линзы.2. Лазерный нивелир по п.1, отличающийся тем, что соотношение диаметра корпуса с размерами апертуры объектива зрительной трубы составляет не более 1/4.