ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ РАСПОЛОЖЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2009 года по МПК G01C3/06 G01C15/02 

Изобретение относится к измертельной технике и может быть использовано для измерения непрямолинейности расположения различных объектов относительно референтного направления, задаваемого лазерным излучением.

Известно устройство для измерения непрямолинейности расположения объектов, состоящее из последовательно установленных лазера, формирующей оптической системы и фотоэлектрического датчика поперечных смещений, расположенного на измеряемых объектах (головки рельс, шоссейные дороги, заводское оборудование, твердые породы Земли и т.д.) [1].

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности проводить требуемые измерения одновременно в нескольких точках и, в частности, в конце трасы. Этот недостаток не позволяет контролировать во время измерений положение референтного пучка, материализующего референтное направление, в конце трассы, что определяет его пространственную нестабильность одновременно с произвольной измеряемой точкой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения непрямолинейности, которое позволяет производить одновременное измерение положения нескольких точек. В устройстве используются измерительные марки, в состав которых входят зеркала, частично отражающие референтный пучок и фотоэлектрические датчики поперечных смещений, позволяющие проводить измерения одновременно в нескольких точках, расположенных на трассе, включая конечную точку [2].

Основным недостатком данного устройства является сложность построения фотоэлектрических датчиков, способных выдавать численные данные о поперечном смещении фотоэлектрических марок. Известно, что такие данные формируются в такого типа устройствах с помощью следящих систем, содержащих фотоэлектрические нуль-индикаторы, двигатели и другие сложные компоненты, увеличивающие стоимость и время измерений. Применение координатно-чувствительных фотоприемников в этих устройствах, например ПЗС-матриц, связано с несоответствием габаритных размеров фотоэлектрических матриц существующих ПЗС (6-8 мм) и диаметров референтных пучков ≈25 мм (на трассе длиной 100 м), что не дает возможности производить измерения. Установка в устройстве ПЗС-камер, имеющих короткофокусные объективы, позволяет фокусировать поперечные референтные пучки до размеров ячеек ПЗС (≈20 мкм). Однако при использовании стандартных ПЗС-камер фотоэлектрическая марка становится также неработоспособной, т.к. при ее смещении сфокусированный референтный пучок остается неподвижным относительно ПЗС-матриц согласно законам геометрической оптики.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены светорассеивающий элемент, объектив и координатно-чувствительный фотоприемник. Частично отражающее зеркало, светорассеивающий элемент, объектив и координатно-чувствительный фотоприемник оптически согласованы и объединены в единый блок - фотоэлектрическую марку, а самих марок установлено не менее двух: в конце трассы измерений и промежуточной точке.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена принципиальная схема лазерного устройства для измерения непрямолинейности расположения искусственных и естественных объектов относительно референтного направления.

Устройство содержит лазер 1, формирующую оптическую систему 2, референтный пучок 3, частично отражающие зеркала 4, светорассеивающие элементы 5 (например, матовые стекла), объективы 6, координатно-чувствительные элементы 7, референтное направление 8 и фотоэлектрическую марку 9.

Работает устройство следующим образом.

При падении референтного пучка 3 на частично отражающие зеркала 4 бóльшая часть его мощности проходит по референтному направлению 8, а меньшая - отражается от них и падает на светорассеивающие элементы 5, создавая на их поверхностях световые пятна, внутри которых рассеивается лазерное излучение референтных пучков, создавая определенную индикатриссу рассеивания, диаметр которой в плоскостях объективов 6 должен быть больше диапазона измерений. При проведении измерений объективы 6 проецируют световые пятна на светочувствительную поверхность координатно-чувствительных фотоприемников 7. При этом каждый объектив 6 воспринимает световые пятна на светорассеивающих элементах как предметы. В этом случае величина перемещения изображения пятна однозначно связана с перемещением всей фотоэлектрической марки 9 по двум координатам.

Изобретение обеспечивает возможность использования координатно-чувствительных фотоприемников 7 (например, ПЗС-матриц) по прямому назначению - выдавать измерительную информацию в требуемой форме, в том числе и цифровой.

Источники информации

1. Авт.св. СССР № 474577, кл. G01B 21/00 от 19.07.1973.

2. Апенко М.И. и др. Прикладная оптика. М.: Машиностроение, 1992, с.368, 451-454 (прототип).

Лазерное устройство для измерения непрямолинейности расположения искусственных и естественных объектов, которое содержит последовательно установленные лазер, устройство формирования референтного пучка и не менее двух фотоэлектрических марок, отличающееся тем, что фотоэлектрическая марка содержит зеркало, установленное под углом 45° к референтному направлению и частично отражающее референтный пучок, светорассеивающий элемент, объектив и координатно-чувствительный фотоприемник, при этом светорассеивающий элемент установлен между частично отражающим зеркалом и объективом, после которого расположен координатно-чувствительный фотоприемник. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Лазерное устройство для измерения непрямолинейности расположения искусственных и естественных объектов, которое содержит последовательно установленные лазер, устройство формирования референтного пучка и не менее двух фотоэлектрических марок, отличающееся тем, что фотоэлектрическая марка содержит зеркало, установленное под углом 45° к референтному направлению и частично отражающее референтный пучок, светорассеивающий элемент, объектив и координатно-чувствительный фотоприемник, при этом светорассеивающий элемент установлен между частично отражающим зеркалом и объективом, после которого расположен координатно-чувствительный фотоприемник.