Устройство для задания опорной световой плоскости Советский патент 1989 года по МПК G01C5/00 

СП

о

00

о

Г

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проведении разбивочных работ в строительстве/ решении ряда задач инженерной геодезии и машиностроения на стадии мои- тажа и в процессе эксплуатации технологического оборудования.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния внешних воздействий и стабилизации оптической оси лазера.

На чертеже схематически изображено устройство.

В корпусе 1 последовательно установлены лазер 2, формиуюшая оптическая система (состояшая, например, из окуляра 3 и объектива 4 и поворотного зеркала 5), светоделительный анализатор 6 (например, четырехгранная пирамидальная призма с полупрозрачными гранями, дополненная до плоскопараллельной пластины) и четыре фотоприемника 7, выходы которых соединены с блоком обработки информации 8, элемент развертки лазерного пучка 9 (например, пентапризма с одной полупрозрачной отражающей гранью, дополненная до плоско- параллельной пластины в направлении «на просвет) с приводом 10, обеспечиваюшим врашение элемента развертки 9, второе фотоэлектрическое устройство регистрации положения лазерного пучка, состояшее из зеркальной четырехгранной пирамидальной призмы 11 и четырех фотоприемников 12, выходы которых соединены с блоком обработки информации 13 (состояншм, например, из двух вычитаюших устройств и двух усилителей). Блоки обработки информации 8 и 13 соединены с двухкоординатными приводами 14 и 15, механически связан- ными с элементами формирующей оптической системы (например, с объективом 4, закрепленным с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости, перпендикулярной оптической оси системы, и поворотным зеркалом 5, установленном в передней фокальной плоскости объектива 4 под углом 45° к оптической оси с возможностью угловых разворотов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях). Двухкоординатный кардан- ный шарнир выполнен таким образом, что точка пересечения его осей пространственно совмещена с точкой пересечения оси вращения элемента развертки 9 и опорной лазерной плоскости (т. А на чертеже). Перед началом работы юстировками элементов оп- тической системы добиваются того, чтобы верщины четырехгранных пирамидальных призм 6 и 11 лежали на прямой, совпадающей с осью вращения элемента развертки 9, а выходящий из него лазерный пучок

был перпендикулярен этой оси.

Две фотоэлектрические марки могут иметь одинаковое устройство и содержат объектив 16, анализатор 17 (например.

5 5 0 5 о 5 0

5

прямоугольную призму, катеты которой имеют наружное отражающее покрытие), два фотоприемника 18, выходы которых соединены с блоками 19 обработки информации, состоящими, например, из вычитающего устройства и усилителя. Выходы блоков 19 обработки информации реперных марок соответственно соединены с приводами 20 (блок 20, перпендикулярный первому, на чертеже не показан), механически связанными с корусом 1, закрепленным в карданном шарнире, причем приводы 20 установлены под углом 90° в плоскости, перпендикулярной оси вращения центапризмы 9.

Установка фотоэлектрических марок производится непосредственно перед началом измерений при помощи высокочастотных геофизических приборов. Марки выставляются в горизонтальной или (в завистимости от задачи) наклонной Опорной плоскости на максимально воможном удалении от задат- чика (это расстояние определяется дальностью действия устройства, а также рельефом местности или планировкой помещения, в котором производится съемка), составляя относительно оси вращения элемента развертки 9 угол, близкий к 90°. За- датчик опорной плоскости выставляется таким образом, чтобы ось вращения элемента развертки 9 была перпендикулярна опорной плоскости и лазерный пучок при вращении элемента развертки попадал в объективы 16 обеих марок.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света от лазера 2 направляется в формирующую оптическую систему 3-5, на выходе которой он попадает на светоделительный призменный анализатор 6. Центр анализатора (вершина пирамидальной призмы) пространственно совмещен с осью вращения элемента 9. Небольшая часть лазерного излучения распределяется гранями пирамиды 6 между четырьмя фотоприемниками. Основная его часть поступает в элемент развертки 9 и, отразившись от его граней, направляется на измерительную трассу, формируя лазерную опорную плоскость. При этом часть пучка проходит призму 9 через полупрозрачную грань «на просвет и попадает на второй призменный анализатор, выполненный в виде четырехгранной зеркальной пирамиды 11. Анализа-, тор 17 (его вершина также совмещена с осью вращения элемента 9) распределяет попавшее на него лазерное излучение между фотоприемниками 12. При появлении пространственного рассогласования между энергетической осью лазерного пучка и осью вращения элемента 9 на чувствительные площади фотоприемников 7 и 12 начинает поступать неодинаковое количество лучистой энергии. Это приводит к возникновению в двух петлях обратной связи управляющих сигналов, величина которых пропорциональна смешению энергетического центра пучка

относительно вершин призменных анализаторов 6 и 11. Сигналы управления блоками 8 и 13 вырабатываются на основе анализа разностных сигналов, снимаемых с соответствующих пар фотоприемников. Управ- ляющее воздействие с блока 13 подается на двухкоординатный привод 15, который, перемещая объектив 4 в двух взаимно перпендикулярных направлениях, осуществляет угловые отклонения светового пучка, совмещая его энергетический центр с вершиной пирамиды 11. Сигнал с блока 8 поступает на двухкоординатный привод 14, который управляет угловым положение.м зеркала 5, разворачивая его в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что приводит к теле- центрическому компенсационному смещению пучка на выходе объектива 4 до совмещения его энергетического центра с вершиной пирамиды 6. Таким образом, автоматическая привязка энергетической оси лазерного пучка к вершинам пирамид 6 и 1 1 осуществляется путем последовательной многократной отработки двумя системами обратной связи соответствующих сигналов рассогласования.

Привод 10 обеспечивает вращение приз- мы 9, разворачивая лазерный пучок в опорную плоскость. При попадании лазерного пучка в объектив 16 одной из двух марок он направляется на зеркальную призму-анализатор 17, и отразившись от ее граней, --- на чувствительные площадки фотоприемни- ков 18. Отклонение лазерного пучка от заданной опорной плоскости приводит к разности световых потоков, попадающих на фотоприемники 18, и к появлению сигнала рассогласования на выходе блока 19 обработки информации. Электрический сигнал рассогласования подается с блока 19 на привод 20, который поворачивает корпус 1 в кар- дановом подвесе до совмещения энергетического центра пучка с ребрами призмен- ного анализатора 17 марки и уравновешивания световых потоков, попадающих на фотоприемники 18. При повороте лазерного пучка и попадании его в объектив второй марки, лежащей в опорной плоскости под

0

0

5 0 5

0

углом 90° к первой, относительно задатчи- ка, аналогичным образом производится коррекция пространственного положения лазерного пучка по второй угловой координате при помощи привода 20.

Формула изобретения

Устройство для задания опорной световой плоскости, содержащее последовательно установленные на оптической оси лазер, окуляр, объектив и пентопризму, выполненную с возможностью вращения вокруг оси, совмещенной с оптической осью, заключенные в корпус, подвещенный на двухосном кардановом шарнире, и штатив, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния внешних воздействий и стабилизации оптической оси лазера, в него введены установленные на оптической оси первая пирамидальная четырехгранная призма, дополненная до плоскопараллельной пластины, расположенная между объективом и пентапризмой, вторая пирамидальная четырехгранная призма, установленная после пентапризмы, выполненной с одной полупрозрачной гранью и дополненной до плоскопараллельной пластины, по четыре фотоприемника, сопряженных с соответствующими пирамидальными четырехгранными призмами, первый и второй блоки обработки, каждый из которых связан с соответствующими четырьмя фотоприемниками, поворотное зеркало, размещенное между окуляром и объективом, три пары приводов с попарно перпендикулярными осями, связанных соответственно с поворотным зер- -калом, объективом и корпусом, и первая и вторая фотоэлектрические марки с блоками обработки, расположенные в опорной плоскости по направлениям осей приводов корпуса, причем первый и второй блоки обработки и блоки обработки фотоэлектрических марок соединены выходами с соответствующими приводами зеркала, объектива и корпуса, а точка пересечения осей двухосного карданового шарнира расположена в опорной плоскости.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в строительстве, а также при монтаже и эксплуатации технологического оборудования. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния внешних воздействий и стабилизации оптической оси лазера. Устройство состоит из корпуса 1 в двухосном кардановом шарнире на штативе, в котором последовательно установлены на оптической оси лазер 2, окуляр 3, поворотное зеркало 5, объектив 4, имеющий возможность возвратно-поступательных движений поперек оптической оси, четырехгранная пирамидальная призма 6, дополненная до плоскопараллельной пластины, пентапризма 9, выполненная с возможностью вращения вокруг оптической оси, имеющая одну полупрозрачную грань и дополненная до плоскопараллельной пластины, четырехгранная пирамидальная призма 11, по четыре фотоприемника 7, 12 с блоками обработки 8, 13, сопряженных с каждой призмой 6,11, три пары приводов 14,15,20 с попарно перпендикулярными осями, связанных соответственно с поворотным зеркалом 5, объективом 4 и корпусом 1. В опорной плоскости, по направлению осей приводов 20, расположены две фотоэлектрические марки. Оси карданового шарнира расположены в опорной плоскости. 1 ил.