Стенд для компарирования нивелирных реек Российский патент 2023 года по МПК G01B11/02 G01C5/00 

Изобретение относится к области геодезии, в частности для компарирования нивелирных реек и других мерных инструментов с линейными шкалами.

Известен горизонтальный интерференционный компаратор методика поверки на котором включает следующие компоненты - направляющие лазерного интерференционного компаратора, цифровой нивелир Leica DNA-03, подставку, каретку с ложементом и уголковым отражателем с мишенью, кодовую рейку Leica GPSL 3, микроскоп, зеркало, лазерный интерферометр модели ML 10 GOLD фирмы RENISHAW, набор интерфейсов DX 10 USB с ноутбуком [ГОСТ Р 8.792-2012 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Системы измерительные "Цифровой нивелир - кодовая рейка"].

Недостатками стенда являются высокая стоимость изготовления и комплектующих, большие габариты стенда и его стационарность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является автоматизированный лазерный компаратор для поверки оборудования цифрового нивелирования включающий лазерный интерферометр, модульную раму с направляющими рельсами, ложементы с зажимами для поверяемой рейки, видеокамеру (CCD-камера), противовес (гиря), систему блоков, прямоугольную призму (отражательный элемент), светоделительную призму (сплиттер), шаговый двигатель, осветительную лампу, управляемый кондиционер, цифровую метеорологическую станцию, источник бесперебойного питания и компьютер. [Прусаков А.Н., Спиридонов А.И., Прусаков А.А. Автоматизированный лазерный компаратор для поверки оборудования цифрового нивелирования // Геодезия и картография. - 2018. - Т. 79. - №3. - С. 17-22. DOI: 10.22389/0016-7126-2018-933-3-17-22.9 (прототип)].

Недостатками стенда также являются высокая стоимость изготовления и комплектующих, большие габариты стенда и его стационарность.

Технической задачей изобретения является создания нового стенда, его компактность, применение матрицы многоэлементных фотоприемников, удешевление изготовления, упрощение конструкции и возможность самостоятельного изготовления стенда в сервисной лаборатории или геодезической организации.

Указанная цель достигается наличием многоэлементных фотоприемников. Методика работы стенда основана на постоянстве положения пикселей матрицы фотокамеры, которая выступает в качестве измерительной шкалы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 показан стенд для компарирования нивелирных реек (СКР), а на Фиг. 2 представлен интерфейс программы для измерения в пикселях.

Стенд для компарирования нивелирных реек (СКР) содержит столешницу -1 представляющую собой металлическую модульную раму -2 из алюминиевого профиля размером 1×0,5 м. На одной из метровых сторон рамы -2 закреплен направляющий рельс -3 длинной 1 м. На рельсе -3 установлена каретка со специально изготовленным адаптером -4 для фотокамеры -5. Каретка выполнена с возможностью перемещения по рельсу -3. На противоположной стороне от направляющего рельса -3 на модульной раме -2 укреплены упоры с ложементами для эталонной (например инварной) -6 и поверяемой (например шашечной) рейки -7 устанавливаемые поочередно. На эталонной рейке (например инварной) -6 крепиться зеркало -8 для контроля перпендикулярности визирной оси фотокамеры -5 к плоскости реек -6, 7. Далее для контроля перпендикулярности визирной оси фотокамеры -5 к плоскости реек -6, 7 зеркало -8 может устанавливаться и на поверяемой (например шашечной) рейке -7.

Устройство работает следующим образом.

На стенд устанавливаются по очереди, на первом этапе эталонная(инварная) рейка, а на втором этапе поверяемая(например шашечная) рейка -6. Каждая из реек -6 и -7 на своем этапе прислоняется к упорам с ложементами для этих реек. Для контроля перпендикулярности визирной оси фотокамеры -5 к плоскости рейки (контроль параметров стенда) на эталонную (например инварной) рейку -6 крепится зеркало -8 (контроль перпендикулярности визирной оси фотокамеры -5 к плоскости реек -6, 7). Для контроля перпендикулярности визирной оси фотокамеры -5 к плоскости реек -6, 7 зеркало -8 может устанавливаться и на поверяемой (например шашечной) рейке - 7.

В качестве эталона используют компарированную инварную рейку -6, при этом один метр рейки состоит из пяти снимков. На каждом снимке отображается 20 см рейки.

Перед началом работы выполняют настройку стенда, добиваясь перпендикулярности визирной оси фотокамеры -5 и плоскости эталонной рейки -6 на всем метровом интервале направляющего рельса -3. Перпендикулярность достигается путем перемещения упоров с ложементами для реек -6, 7 и поворота фотокамеры -5. Признаками перпендикулярности являются одинаковый размер 20 см (двадцатисантиметрового) интервала в пикселях на первом и последнем снимке 1 м {одного метра) эталонной рейки -6, а так же симметричность 10 см (десятисантиметровых) интервалов на каждом снимке.

Контроль перпендикулярности визирной оси фотокамеры -5 и плоскости рейки -6 выполняется с помощью зеркала -8, которое фиксируется на эталонной рейке -6. Наблюдение на зеркало -8 выполняют в оптическом режиме фотокамеры -5. Если условие перпендикулярности выполнено, то центр объектива совпадает с центральным маркером окуляра фотокамеры -5.

Кроме того, перед началом поверяемую рейку -7 определяют влияние аберрации (дисторсии) объектива фотокамеры -5 с помощью делений эталонной (инварной) рейки -6. Влияние дисторсии объектива минимизируется путем увеличения или уменьшения расстояния между эталонной (инварной) рейкой -6 и фотокамерой -5.

После выполнения серии из пяти снимков метрового интервала эталонной (инварной) рейки -6 данные скачиваются на персональный компьютер(ПК) с помощью USB-кабеля и далее снимают отсчеты координат делений в специальной программе (Фиг. 2). Измерения выполняются путем наведения курсора мыши на штрихи рейки и отсчитывания прямоугольных координат X и Y в системе координат снимка. Расстояние между штрихами определяется как разность координат X.

Для работы стенда определяют цену деления одного пикселя матрицы фотокамеры -5. Размер пикселя может меняться в зависимости от параметров стенда, а именно, расстояния от матицы до плоскости рейки -6 и фокусного расстояния объектива фотокамеры -5. После настройки стенда размер пикселя принимается в качестве постоянной величины.

Для определения размера пикселя на стенде СКР выполняют измерения дециметровых интервалов на пяти снимках эталонной (инварной) рейки -6 в прямом и обратном направлении. Размер пикселя р определяется по формуле:

где L_комп - компарированная (известная) длина интервала рейки -6;

L - длина интервала в пикселях.

После определения линейной величины 1 (одного) пикселя фотокамеры -5, вместо инварной рейки на стенд СКР устанавливается поверяемая (например шашечная) рейка -7, которая прислоняется к упорам ложементов. Далее выполняется серия из пяти снимков рейки. В результате обработки снимков получают значения всех интервалов рейки -7 в пикселях. Умножив эти значения на линейную величину пикселя, получают фактические значения интервалов поверяемой (например шашечной) рейки -7.

Таким образом, стенд для компарирования нивелирных реек позволяет добиться достаточной точности компарирования(например шашечных) реек, возможность самостоятельного изготовления стенда в сервисной лаборатории или геодезической организации, автоматизация процесса компарирования реек, простота и надежность оборудования, низкая стоимость и его компактность, не требуется вспомогательное дорогостоящее оборудование, например - интерферометр.

Изобретение относится к области геодезии, в частности служит для компарирования нивелирных реек и других мерных инструментов с линейными шкалами. Стенд содержит столешницу, выполненную в виде металлической рамы из алюминиевого профиля размером 1×0,5 м, на профиле установлен направляющий рельс длиной 1 м с перемещающейся кареткой с адаптером для фотокамеры. На стенд устанавливаются поочередно рейки и прислоняются к упорам ложементов. Для контроля перпендикулярности визирной оси камеры и плоскости рейки на рейку крепится зеркало. Технический результат - создание нового стенда с применением матрицы многоэлементных фотоприемников, обеспечение точности компарирования, компактности стенда, удешевление изготовления, упрощение конструкции и возможность самостоятельного изготовления стенда в сервисной лаборатории или геодезической организации. 2 ил.

Стенд для компарирования нивелирных реек, включающий модульную раму с направляющим рельсом, ложементы с зажимами, фотокамеру, отражающий элемент, компьютер, отличающийся тем, что модульная рама выполнена из алюминиевого профиля размером 1×0,5 м и столешницы, на одной из сторон модульной рамы на ее профиле укреплен направляющий рельс длиной 1 м с перемещающейся кареткой с адаптером и фотокамерой, на противоположной стороне от направляющего рельса на профиле укреплены упоры с ложементами для эталонной и поверяемой реек, при этом для контроля перпендикулярности визирной оси фотокамеры к плоскости эталонной рейки отражающий элемент, выполненный в виде зеркала контроля перпендикулярности визирной оси фотокамеры к плоскости эталонной рейки, крепится на плоскости эталонной рейки или на поверяемой рейке.