Способ определения относительных координат точек и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01C15/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в геодезии при построении высокоточных геодезических центров и контроле высотных и глубинных сооружений.

Цель изобретения - повышение точности определения относительных координат точек, расноложенных на разных горизонтах.

На фиг. 1 представлена схема для осуществлении способа определения относительных координат объектов; на фиг. 2 - общая схема геодезического центра; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - конструктивная схема установочного элемента; на фиг. 5 - оптическая схема оптико-электронного узла; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 5.

На схеме (фиг. 1) показаны горизонт 1 измерений, центр 2 верхнего объекта точки 3 и Зпуска, горизонт 4 заложения, вертикальные плоскости 5 и 5 управления, контратьный луч 6, центр 7 симметрии контрапьных лучей, ось 8 симметри контрольных лучей, центр 9 нижнего объекта, проекция 10 центра нижнего объекта на горизонт измерений,свободно падающее тело И, траектория 12,конец соответствующей траектории 13-16.

Нредлагаемый способ (фиг. 1) состоит в том, что на горизонте 1 измерений находится верхний объект с центром 2 и точками 3 и Зпуска тел, которые располагаются симметрично относительно центра 2 верхнего объекта.

Вблизи горизонта 4 заложения, удаленного на значительное расстояние от горизонта 1 измерений, в каждой из двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоекостях 5 и 5управления искусственно создаются пересекающиеся контрольные лучи 6 (на фиг. 1 для простоты показаны только два луча в одной плоскости 5) с центром 7 симметрии и осью 8 симметрии, проходящей через центр 9 нижнего объекта. При этом ось 8 симметрии контрольных лучей 6 дает нроекцию 10 центра 9 нижнего обьекта на горцзонт 1 измерений. Тогда координата точки 0 относительно центра 2 верхнего обьекта в направлении оси X будет равна Ах.

Из точек 3 пуска с помощью свободно падающих тел 11 воспроиз1юдятся отрезки траекторий с концами в точках 13-16, лежащих на контрольных лучах 6.

Проводятся измерения времени Т|з-Tie прохождения свободно падающим телом отрезков этих траекторий. Затем определяются разности квадратов времени для отрезков траекторий, лежащих по разные стороны от оси 8 симметрии.

г 2 г г,

1 13- 111, 1 14- 1 Hi.

Из подобия треугольников 7, 13, 15 и 6, 14, 16 находится отнощение

() / (Tl4-Tf6) (S2,3-Ax) (S2,3 + Ax),

где $2,3 - расстояние между точкой 3 пуска и центром 2 верхнего объекта. Затем определяется относительная координата центра верхнего объекта при однократном пуске тел

А;,.S,, -i:L..--Tt.)-(Tl4-Tf,)

() + (Т,-ТГб) )

При многократном пуске тел находится среднее значение искомой координаты

АХ A-xt

15

(3)

.

и

где АХ - среднее значение координаты верхнего объекта; Axi,- значение координаты верхнего объ0екта при i пуске;

п -число пусков тел. Аналогично изложенному определяется относите тьная координата центра верхнего объекта по оси у, только пуск тел проводится из точек З и контрольными лу чами будут такие же пересекающиеся контрольные лучи 6, но только лежащие в плоскости 5.

Геодезический центр (фиг. 2) содержит обсадную Г/, якорную 18 и центральную 19 трубы. Нижний конец центральной трубы опирается на центрирующий механизм 20, а на верхнем ее конце устанавливается марка 21 для предварительной установки с помощью микроскопа 22, центрирующей втулки 23, находящейся на головке 24,

с и выставки осей х, у коордипатно-пускового механизма 25 параллельно плоскостям 5 и 5 управления .

Координатно-пусковой механизм 25 предназначен для установки, удержания и пуска тел 11, а также выработки начала

отсчета времени. Механизм устанавливается на головке 24 с помощью полой направляющей втулки 26, входящей в отверстие центрирующей втулки 23. Для создания усилия, удерживающего тело на установочном элементе 27 (фиг. 2) координатно-пусковой

механизм соединен с помощью трубопровода 28 через кнопку 29 пуска с вакуумным насосом 30, а для подачи сигнала 31 о моменте начала движения тела 11 - с блоком 32 измерений и обработки информации. „ Соосно с нижней частью центральной трубы 19 установлен механизм 33 управления, предназначенный для выработки сигналов конца измерений времени падения тел 11 и создания пересекающихся контрольных лучей 6.

5 Механизм управления установлен в центральной трубе с помощью двухстепенного карданного подвеса, ось внешнего кольца 34 которого (фиг. 3) опирается на центральную трубу 19, а ось внутреннего кольца 35 установлена во внешнем кольце 36, причем корпус 37 механизма жестко соединен с внутренним кольцом 38. На корпусе 37 механизма управления смонтированы по два по каждой измеряемой координате оптико-электронных узла 39 (фиг. 2), предназначенные для выработки сигнала конца отсчета времени при пересечении телом 11 лучей 6 в точках 13-16.

Оптико-электронные узлы установлены так, чтобы создаваемые ими лучи 6 пересекались в точке 7, которая лежит на оси 40 корпуса 37 механизма управления. Путем перемещения корпуса 37 относительно внутреннего кольца 38 точка 7 устанавливается в геометрический центр 41 кардана, а перемещением кардана вдоль оси центральной трубы 19 центр 41 кардана совмещается с центром 42 кривизны установочной поверхности механизма 20 центрирования. При такой установке положение точки 7 не зависит от наклонов якоря 43 и центральной трубы 19 и эта точка принимается за центр нижнего объекта.

Корпус 37 устанавливается в вертикальное положение вместе с пересекающимися лучами 6 за счет того, что грузики 44 обеспечивают положение центра тяжести корпуса 37 ниже геометрического центра кардана.

На якоре 43 установлена ловушка упавщих тел, которая состоит из открытого сверху резервуара 45, наполненного вязкой жидкостью 46, например маслом, для демпфирования удара при падении тел 11.

Выходы оптико-электронных узлов 39 соединяются с входом блока 32 измерений и обработки информ ации кабелем 47, по которому подается питание и снимается сигнал управления при прерывании луча 6 телом 11.

Блок 32 измерения и обработки информации служит для усиления сигналов управления, измерения времени падения тел 11, вычислений координат центра втулки 23 относительно центра 7. Блок включает усилитель 48, выход которого соединен с входом измерителя 49 времени. Результаты измерений времени с выхода измерителя подаются на вход вычислителя 50, который по заданным формулам определяет относительную координату центра втулки Ах. Установочный элемент 27 (фиг. 2) предназначен для установки и центрирования тела, например шарика, в точках 3 пуска и выработки сигнала 31 начала отсчета времени движения тела. Элемент состоит (фиг. 4) из основания 51, соединенного с корпусом механизма 25, и центрирующей втулки 52, закрепленной на основании 51. Втулка выполнена из изоляционного материала, на кромку втулки нанесен токопроводящий слой в виде двух полуколец 53. Полость, образованная поверхностью тела 11 и втулкой 52, с помощью канала 54 соединена с трубопроводом 28. По цепи, состоящей из полуколец 53, тела 11, проходит сигнал 31 в момент замыкания или разрыва телом 11 данной цепи.

Оптико-электронный узел 39 (фиг. 5) состоит из передающей 55 и приемной 56 систем. В состав передающей системы входят светодиод 57, линза-коллиматор 58 и телескопическая система, состоящая ив двух цилиндрических линз 59 и 60. Светодиод 57 располагается в фокальной плоскости линзыколлиматора, которая создает луч круглого сечения диаметром D (фиг. 6).

Приемная система 56 состоит из объектива 61 и фотодиода 62. При этом объектив собирает световой поток на фотодиоде 62, который преобразует лучистую энергию в электрический сигнал, идущий к блоку 32 по кабелю 47.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Координатно-пусковой механизм центрируется по втулке 23 с помощью микроскопа 22 и марки 21, затем он устанавливается по углу в плане в согласованное с механизмом 33 управления положение и закрепляется.

В зону установочных элементов подаются тела 11, включается вакуумный насос, который создает разрежение в трубопроводах 28 и 54. В результате под действием силы атмосферного давления тело устанавливается по центрирующей кромке и электрически соединяет два изолированных друг от друга токопроводящих полукольца 53, что является сигналом подготовки цепи отсчета, времени в блоке 32.

Кнопкой 29 включается насос 30 и разгерметизируется трубопровод 28. Под действием силы тяжести тела 11 начинают свободное падение. В момент отрыва от кромки 53 тело размыкает цепь, появляется сигнал 31, по которому начинает работать измеритель 49 времени.

При свободном падении тела 11 пересекают лучи 6 прямоугольного сечения, которые формируются следующим образом.

Линза-коллиматор 58 создает луч круглого сечения, который с помощью телескопической системы (линзы 59 и 60) преобразуется в пучок лучей прямоугольного сечения с заданными размерами. Меньшая сторона прямоугольника равна диаметру луча D, а длина больщей стороны - отношению ,

гдеВ -диаметр пучка на входе телескопической системы;

увеличение телескопической темы;

60,61 - фокусные расстояния линз 59 и 60.

В момент пересечения телом лучей 6 с выхода оптико-электронных узлов 39 поступает сигнал конца отсчета времени, который по кабелю 47 подается в блок 32.

Луч 6 прямоугольного сечения исключает влияние геометрической формы падающего тела в случае, если смещение втулки 23 по второй координате АуфО.

Результат измерений времени свободного падения тел 11 до соответствующих точек 13-16 поступает на вычислитель 50, который по заданному алгоритму рассчитывает значение координат центра втулки 23 относительно центра 7, затем находится их среднее значение, если тела пускались несколько раз.

Упавщие тела собираются в резервуаре 47 и при необходимости могут быть подняты магнитом (не показан).

Формула изобретения

. Способ определения относительных координат точек, состоящий из совмещения центра нижнего горизонта с вертикалью, проходящей через центр верхнего горизонта, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности определения относительных координат точек, расположенных на разных горизонтах, устанавливают на верхнем горизонте четыре физических тела, геометрические центры которых лежат на двух взаимно перпендикулярных горизонтальных прямых на одинаковом удалении от центра верхнего горизонта, на нижнем горизонте в отвесных плоскостях, проходящих через горизонтальные прямые, создают пересекающиеся симметрично отвесной линии в одной точке, совпадающей с центром нижнего горизонта, световые лучи, приводят физические тела в свободное падение, измеряют время пролета тел до световых лучей и по измеренным величинам определяют отн(х;ительные координаты точек, расположенных

на разных горизонтах.

2. Устройство для определения относительных координат точек, содержащее головку со съемной центрирующей втулкой и оптический микроскоп, обсадную, якорную, центральную трубы, последняя из которых

расположена на центрирующем механизме, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения относительных координат точек, расположенных на разных горизонтах, оно снабжено координатно-пусковым механизмом с четырьмя, симметрично расположенными относительно центра верхнего горизонта, установочными элементами, выполненными в виде втулок из диэлектрического материала, состоящими из двух полуколец, в которых

расположены физические тела, вакуумным насосом, двухстепенным карданным .подвесом, к корпусу которого в двух взаимно перпендикулярных плоскостях прикреплены введенные узлы формирования и приема световых лучей, точка пересечения которых совпадает с центром нижнего горизонта, блок измерений и обработки информации, выполненный в виде последовательно соединенных усилителя, измерителя времени и вычислителя, причем вход усилителя связан с выходами узлов приема световых лучей и каждым полукольцом установочных элементов, которые посредством введенных гибких трубопроводов соединены с вакуумным насосом.

А19

37

ФиаЗ

Изобретение может быть использовано в геодезии при построении высокоточных геодезических центров и контроле высотных и глубинных сооружений. Цель изобретенияповышение точности определения относительных координат точек, расположенных на разных горизонтах. Координатно-пусковой механизм устанавливается на горизонте измерений. При разгерметизации трубопровода 28 тела 11 под действием силы тяжести начинают свободное падение и пересекают прямоугольные контрольные лучи б с центром 7 симметрии. В момент пересечения с оптико-электронных узлов 39 в блок 32 поступает сигнал конца отсчета времени. По измеренным значениям времени свободного падения тел 11 до точек 13-16 в выi числителе 50 рассчитывается значение координат центра втулки 23 относительно (Л центра 7. 2 с. п. ф-лы. 7 ил.