Оптическое отсчетное устройство для угломерных инструментов Советский патент 1956 года по МПК G01C9/04 

Предметом изобретения является оптическое отсчетное устройство, которое может применяться в кипрегелях, тахеометрах, теодолитах, универсалах и вообще в угломерных инструментах, в которых по техническим условиям должна быть исключена ошибка эксцентриситета, а также в инструментах с лине11ными шкалами, взаимно перемещающимися в диаметрально противоположных направлениях.

Отсчетные устройства, в которых диаметрально противоположные участки угломерных шкал совмещаются в поле зрения одного и того же микроскопа, известны (теодолиты системы Цейсе, Вильда и др.) равно как и применение бипризмы для разделения совмещенных в одном поле зрения изображений. От указанных предлагаемое устройство отличается тем, что изображение участка угломерной шкалы проектируется на другой участок с некоторым заданным увеличением, ббльшим единицы, что позволяет повысить точность отсчета, практически устранив ошибку от эксцентриситета. Надлежащий выбор увеличения позволяет использовать принцип нониуса.

что при применении вспомогательной шкалы для удобства отсчета обеспечивает точность и простоту отсчета.

Схема оптического отсчетного устройства представлена на фиг.I и 2.

На алидаде горизонтального или вертикального стеклянного лимба 1-/ ставится оптическая система: дахпризма 2 сложный объектив 3 и прямоугольная призма 4, проектирующая изображение делений левой стороны лимба /-/, освещенной пучком света S, на деления правой стороны так, что они частично перекрываются. Объектив 3 имеет увеличение Г, подчиненное условию, выраженному уравнением

r.L-n L{n-l),(1)

где: L-линейный интервал одного

деления лимба; п -число делений левой стороны, изображение которых покрывает п -1 делений правой стороны лимба. Над правой частью лимба на алидаде находится микроскоп с объективом 5, бипризмой 6, разделяющей изображения диаметрально противоположных делений лимба.

пластинкой 7, несущей индекс 1 и вспомогательную шкалу, и окуляром 8, в поле зрения которого получается изображение, показанное на фиг. 3 и 4. Если вращать алидаду в ту или другую сторону, то в поле зрения микроскопа изображения диаметрально противоположных делений лимба будут каза1 ься двигающимися во взаимно противоположных направлениях. Индекс I на пластинке 7 ставится так, чтобы он находился на линии совмещенных диаметрально противоположных одноименных гитрихов лимба, например штрихов Л и Л ±180° Л. В таком случае грубый отсчет по лимбу будет давать индекс 1, а точный берется по оптическому нониусу по тому же принципу, что и по обычному верньеру.

Представим себе некоторое исходное положение, при котором одноименные диаметрально противоположные штрихи лимба кажутся в микроскопе совпадающими. Тогда иидекс I окажется на линии совмещенных штрихов и даст отсчет по лимбу, равный, допустим, Л (по верньеру отсчет будет равен нулю). Повернем атидаду на малый угол а; совпадающие штрихи Л и Л разойдутся и окажутся от индекса 1 на угловых расстояниях а и Ь. В этом случае отсчет по лимбу будет равен Л, а оптический нониус даст отсчет а. Чтобы убедиться в|этом, составим уравнение вида

a+b /fv-/{-Vi(v-Vj). (2)

понятное из фиг. 3, где v и v -цена деления лимба и верньера К- номер совпадающего штриха, считая от младших штрихов Л и Л , ближайших к индексу I. : Подставим в уравнение (1) вместо L его значение г-, где г-

радиус лимба, а р-угол, соответствующий одному делению лимба, выраженному в радианах; тогда

Г-Г---п г-(п -1); рр

отсюда имеем

r.v.(n-l),(3)

в котором и представляет

собой цену деления оптического нониуса; подставив v в формулу (3), получим уравнение верньераvi.(n-l),(4)

из которого следует: п:( или, учитывая, что , получим:

п:(п-1)1:Г.(5)

Согласно условию построения оптического нониуса а:) -.Г; поэтому, согласно формуле (5),

(к

(КПТу(6)

Возьмем производную пропорцию вида:

а п

2п-1

и подставим в нее значение а+Ь из формулы (2); получим уравнения отсчета по оптическому нониусу:

a(«+b)(v-v,)- (7)

Из формулы (4) следует: (v-Vj), поэтому, подставив в формулу (7) вместо (v-Vj)n его значение, получим:

К-,.(8)

Если припячь К равным единице, то формула (8) даст отсчет

.,,(9)

представляющий собой точность устройства. Таким образом, окончательно уравнение отсчета будет иметь вид

(10)

такой же как для обычного верньера; поэтому, чтобы взять отсчет, надо подсчитать число промежутков К между младшим штрихом А и совпадающим и умножить на точность нониуса t. Чтобы устранить неудобство в определении числа К (в особенности если оно большое), рекомендуется пользоваться вспомогательной шкалой с ценой деления равной (ч-1}Г (А- увеличение объектива 5 микроскопа), которая имеется на пластинке 7. Вспомогательная шкала служит только фиксатором номера совпадающих штрихов и не оказывает влияния на точность отсчитывания, которая гарантируется выполнением условия, выраженного уравне:нием (1).

Если в угломерных инструментах непосредственной передаче изображения с одной стороны лимба на другую мешает осевая система, то в оптическую систему можно ввести две р.01мбические призмы, как это показано пунктиром на фиг, 2.

На фиг. 5 показана схема устройства для универсала с просвечивающими стеклянными лимбами. На ней цифрами 1-Г и 6-& обозначены вертикальный и горизонтальный лимбы, /4 -/5-отсчетный микроскоп, расположенный р5:дом с визирной трубой (подоб:ю оптическим теодолитам Вильда, Цейса и др.), /2-коллективная линза или стеклянная пластгнка с индексом 1 и визуальным окном.

Отсчеты по обоим лимбам берутся через один микросх :ои, в поле зрения которого получается изображение малых и больших диаметрально противоположных делений вертикального и горизонтального Н лимбов (фиг. 6). Эти изображения получаются следующим образом. Деления части / вертикального .-тимба освещаются пучком от источника дневного или искусственного света, отраженного зеркальцем S, п далее проходящего через противоположную часть 1 лимба, затем деления горизонтального лимба 6-6 и, после отражения в призмах // и 13, попадающего в микроскоп п глаз наблюдателя.

Оптическая система для вертикального лимба образуется: прямоугольной дахпризмой 2, объективом 5 и прямоугольной призмой 4, а для горизонтального лимба- дахпризмой 7, объективом 8 и -лризмой 9. Объективы 3 к 8 сложные, симметричные, состоящие из двух отдельных компонентов, что вызывается необходимостью масщтабирования изображений или, иначе, приведением увеличения объективов к их соответствующим значениям, равным ш. Деления вертикального лимба проектируются объективом 5 в плоскость делений части 6 лимба, а затем объективом S в плоскость делений части 6 и далее вместе с делениями горизонтального лимба проектируются объективом 10 через дахпризму п в плоскость пластинки 12. Таким образом, в визуальных окнах пластинки 12 получаются изображения делений обоих лимбов.

Предмет изобретения

1.Оптическое отсчетное устройство для угломерных инструментов, выполненное в виде оптической системы, совмещающей в одном поле зрения два диаметрально противоположные участка угломерной шкалы, отличающееся тем, что, с целью получения свободных от ошибки эксцентриситета отсчетов повышенной точности, увеличение оптической системы выполнено ббльшим единицы.

2.Форма выполнения устройства по п. , отличающаяся тем, что, с целью повышения точности отсчета, оптическая система выполнена с увеличением, удовлетворяющим условию нониуса, образуемого изображениями диметрально противоположных участков угломерной щкалы.

3.В устройстве по п. 2 применение вспомогательной шкалы в поле зрения отсчетного микроскопа.