Лазерная насадка для зрительной трубы геодезического прибора Советский патент 1992 года по МПК G01C1/02 

Изобретение относится к области геодезического приборостроения и может быть использовано в геодезии, маркшейдерии, строительстве, при производстве планововысотных съемочных и разбивочных работ, при монтаже и контроле специального технологического оборудования и сборных строительных конструкций.

Известны конструкции лазерных теодолитов и лазерных насадок к ним для решения инженерных задач при строительстве и монтаже различных сооружений, тоннелей, машин, оборудования и т.п., например лазерная окулярная насадка.

Комплект насадки состоит из пластины с закрепленным на ней лазером, подвешенной к ноге штатива; окулярной трубки, соединенной с лазером гибким световодом; зенитного окуляра, устанавливаемого на. трубу отсчетного микроскопа и противовеса на оправе объектива зрительной трубы теодолита взамен окуляра; обычная сетка заменяется на сетку без перекрестия для уменьшения потерь лазерного излучения.

Данное устройство имеет следующие недостатки: снижение точности геодезических измерений при замене сетки нитей; снижение дальности действия прибора, обусловленное значительными потерями мощности излучения при прохождении лазерного луча по световоду; ограниченный диапазон вращения по азимуту; невозможность перевода трубы через зенит; использование насадки с определенными приборами.

Наиболее близкой по технической сути к предлагаемому устройству является насадка лазерного теодолита, в которой источник излучения крепится на подставках теодолита. Лазерный луч системой зеркал вводится в автоколли-мационный окуляр Монченко, мощность светового луча регулируется светофильтром в целях уменьшения опасности для наблюдателя, которая существует при использовании автоколлимационных окуляров.

Использование автоколлимационного окуляра Монченко ведет к снижению точности угловых измерений; сокращает на 20% используемую площадь объектива; значительно уменьшает дальность действия лазерного луча: создает опасность для здоровья наблюдателя.

Введение фильтра дополнительно уменьшает дальность действия прибора.

Конструктивная сложность устройства ввода лазерного луча в оптическую систему зрительной трубы создает значительную трудность юстировки и совмещения лазерного луча с визирной осью трубы теодолита

и вызывает необходимость производить их в стационарных условиях специально оборудованной лаборатории.

Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения возможности сопряжения с геодезическими приборами различных типов.

Конструктивно насадка решена как пол

ностью автономное устройство, которое закрепляется на приборе на стойках (опорах) из нетеплоемких, изоляционных материалов.

Световод-лазерной насадки размещен в

раздвижном жестком корпусе, состоящем из двух частей с возможнрстью взаимного перемещения. Для поворотов луча служат плоские оптические отражатели, установленные в поворотных коленах и закрепленные в оправах, являющихся цилиндрическими направляющими, ось вращения которых нормальна оси лазерного луча. В пер-вой части корпуса световода закреплен оптический блок, состоящий из последовательно установленных на оптической оси системы формирования и системы фокусирования, во второй асти корпуса световода расположена введенная система оптической коррекции лазерного луча с двумя линзовыми компонентами, установленными с возможностью перемещения друг относительно друга. Каждую систему можно отъюстировать и зафиксировать в соответствии с теоретической схемой.

Обьективная часть лазерного излучателя жестко через втулку скреплена с оптическим световодом. Поворотные колена сочленяются с предыдущими и последующими узлами посредством цилиндрических

направляющих, что позволяет разворачивать луч лазера в диапазоне 360° и изменять (раздвигать) базу световода в зависимости от реально используемого геодезического прибора и его габаритов.

Луч лазера сопрягается с визирной осью оптическим плоским отражателем с узлом крепления в зрительной трубе на ее визирной оси в диапазоне отрезков, имеющих длину меньше фокусного, расстояния

объектива. Точка сопряжения трактов, положение которой на оси имеет принципиальное значение для качества формирования выходной ветви лазерного луча, выбрана с учетом существенного снижения при этом

яркости паразитного светового фона в поле зрения трубы измерительного прибора и отрицательного воздействия на глаз оператора.

Жесткий корпус световода, состоящий

из двух частей, служит одновременно и несущей стойкой насадки. Оптическая схема насадки включает систе1у|у формирования лазерного луча - окуляр насадки. Окуляр имеет возможность изменять положение относительно источника лазерного излучения. Оправа окуляра соединена винтом,толовка которого выведена наружу через направляющий паз в корпусе насадки. Такое решение дает возможность юстировать и фиксировать положение элемента оптической схемы. Диапазон изменения положения окуляра 10 мм,

Система фокусирования насадки, расположенная в первой части корпуса световода, позволяет автономно без оптической системы измерительного геодезического прибора фокусировать луч лазера в диапазоне рабочих расстояний 2-200 м. Кольцо фокусирующей системы выведено на корпус насадки. .

В оптическую схему насадки введена система оптической коррекции (линия оптической задержки). Расположенная во второй части корпуса световода система содержит два сложных склеенных оптических положительных компонента, взаимное положение и положение в оптической схеме которых может изменяться в цилиндрических направляющих посредством юстировочных винтов с головками, выведенными через прямолинейный паз в направляющих. Винты фиксируют положение элемента в оптической схеме системы.

Система оптической коррекции служит для компенсации хода лучей лазера перед вводом и сопряжением их о оптической системой зрительной трубы измерительного прибора с учетом реальных параметров (фокусного расстояния объектива трубы, межосевых расстояний (лазер-прибор). Эта система позволяет использовать насадку с различными измерительными приборами при широком диапазоне фокусных расстояний.

Повороты лазерного луча в системе световода насадки осуществляются плоскими отражателями, которые имеют возможность вращаться и смещаться в направляющих, что обеспечивает юстировку, фиксацию и стабильность положения элементов. В зависимости от принятой конструктивной схемы и измерительного прибора число таких зеркал составляет два у нивелира и прибора вертикального проектирования,три - у теодолита.

На фиг. 1 показана лазерная нёсадка в сопряжении с теодолитом, общий вид; на фиг. 2 - оптическая схема и поле зрения трубы теодолита с лазерной насадкОй; на фиг. 3 и 4 - соответственно компоновки насадки и нивелира, насадки и прибора вертикального проектирования.

Теодолит с лазерной насадкой состоит из лазерного излучателя 1,, световода 2, собственно теодолита 3. Лазерный излучатель 1, закрепленный на подста.вках теодолита стойкой 4с одной стороны и жестким световодом 2 с другой, расположен параллельно оси вращения зрительной трубы. К объективной части лазерного излучателя посредством втулки 5 крепится первая часть корпуса световода - поворотное колено, а вторая часть втулкой 6 крепится к крышке теодолита со вскрытым в ней отверстием, соосным отверстию полой цапфы. Оптическая схема световода состоит из поворотных плоских оптических отражателей 7-9, оптического блока с формирующей системой 10 и 13, фокусирующей системой 12, системой оптической коррекции хода лазерного луча с двумя линзовыми компонентами 11.

Световой поток от источника 1 излучения попадает на первое поворотное зеркало 7 световода 2. Отразившись под углом 90°, проходит через систему формирующи-х линз 10 и 11 и фокусирующую систему 12, попадает на второе поворотное зеркало 8, отклонившись .на 90°, направляется через полую цапфу в трубу теодолита. Затем луч проходит через линзу 13, попадает на третье поворотное зеркало 9, от которого отклоняется на 90°, совмещается с визирной осью теодолита и через объектив 14 теодолита направляется на объект визирования. На плоскости объекта лазерный луч фокусируется системой 12 световода. Для точного совмещения с визирной осъю зрительной системы теодолита изображение луча вводится в центр сетки нитей 15 (фиг,2) винтами 16 (фиг. 1).. Цель и пятно лазерного луча сколлимированы в поле зрения визирного устройства (трубы теодолита), а тем, что луч спроецирован через телескопическую систему вдоль оптической оси, исключается параллакс и обеспечивается повышение точности наблюдений и, следовательно, измерений.

Простота совмещения лазерного луча с оптической осью телескопа винтами юстировочного,устройства позволяет производить эту операцию в полевых условиях без специального калибровочного оборудования.

Лазерная трубка расположена удобно для наблюдателя, просто и однозначно фиксируется в рабочем положении.

Расположение лазерного источника на вращающейся части теодолита и ввод луча через полую цапфу полуоси неограничивает

диапазон вращения измерительных частей теодолита, а совмещение лазерного луча с визирной осью трубы теодолита в точке пересечения оси вращения и оси трубы без замены сетки нитей озволяет повысить точность выполняемых теодолитом измерений, расширить функциональный диапазон его возможностей, повысить дальность действия лазерного излучения, безопасность эксплуатации, производительность труда.

В предлагаемом устройстве использован серийный теодолит и источник лазерного излучения. При использовании разработанной лазерной насадки сохраняются все возможности прибора как теодолита. Принципиальное техническое решение передачи и ввода лазерного луча жестким световодом в раздвижном корпусе с системами формирования, фокусирования и оптической коррекции позволяет использовать все теодолиты, нивелиры, приборы вертикального проектирования,, малогабаритные лазерные трубки, что также немаловажно при геодезических работах.

Насадка автономно решает задачи формирования, фокусирования, ввода и сопряжения лазерного луча и визирной оси оптической системы используемого измерительного прибора, при этом система формирования и фокусирования лазерного луча оптического световода позволяет самостоятельно, без оптической системы используемого прибора, фокусировать в плоскости прибора луч лазера в рабочем диапазоне расстояний 2-200 м фокусирующим кольцом, выведенным наружу корпуса световода;

система коррекции.или оптической задержки, состоящая из двух подвижных линзовых компонентов, -дает возможность компенсировать ход лазерного луча (сходимость, расходимость) с учетом реальных параметров оптической системы визирного устройства используемого прибора и межосевых расстояний различных сочетаний лазер-прибор, что позволяет использовать насадку со всеми выпускаемыми приборами без ухудшения их технических параметров и ограничения работоспособности;

использование насадки не влечет за собой изменения в оптических схемах используемых приборов: сопряжение лазерного луча насадки и оптических трактов зрительной системы используемого прибора производится одной отражающей поверхностью поворотного зеркала, оправа которого имеет систему юстировки, позволяющую совмещать отраженный луч лазера р визирной осью, при этом нет необходимости в специальной лаборатории и сложном оборудовании, юстировка производится простым совмещением изображений центров сетки нитей и пятна лазера в поле зрения визирной системы;

тракты сопрягаются в точке на главной оси в диапазоне отрезков длиною менее фокусного расстояния объектива визирной системы зеркалом,, плоскость которого составляет угол 45° с визирной осью, что уменьшает ошибки и максимально повышает точность совмещения лазерного луча, существенно снижает яркость паразитного светового фона, ореола, и повышает контрастность пятна луча лазера в поле зрения используемого прибора, увеличивает рабочую дальность луча, повышаеу безопасность работ;

закрепление лазерного источника вне

0 прибора на стойках из нетеплоемких, изоляционных материалов исключает нагревание конструкций и их тепловые деформации, что в конечном итоге стабилизирует расчетные параметры оптической системы;

5 легко перестраиваемая и юстируемая

оптическая система насадки позволяет ме- нять в зависимости от реальных условий

взаимную ориентацию в пределах 360°

входного и выходного звеньев насадки,

0 обеспечивая сопряжение ее с различными по конструктивному исполнению (габаритам, форме) измерительными приборами (теодолитами, нивелирами, приборами вертикального проектирования);

5 высокоточные цилиндрические направляющие узлов сопряжения частей световода . и оправ плоских отражателей, а также выведенные наружу юстировочные устройства дают возможность при установке насадки

0 на различные измерительные приборы согласовывать (изменять) базу световода с их габаритами, сопрягать лазерный луч с визирной осью зрительной трубы, быстро восстанавливать работоспособность

5 оптической схемы устройства, обеспечивать ее жесткость.

Эти преимущества получены благодаря использованию новых конструктивных решений:

0 введение в состав автономного жесткого световода фокусирующей системы;

введение в состав автономного жесткого световода оптической коррекции (оптической задержки);

5 . сопряжение лазерного луча с визирной осью геодезического прибора плоским оптическим отражателем, установленным в зрительной трубе на ее визирной оси;

сопряжение поворотных колен с корпусом оптического блока выполнено в виде

цилиндрических направляющих с возможностью их смещения вдоль оптической оси и изменения линейных размеров;

выполнение корпуса световода раздвижным.

Формулаизобретения Лазерная насадка для зрительной трубы геодезического прибора, содержащая лазер, узел крепления, световод, расположенный в корпусе, выполненный из первой и второй частей, фокусирующую оптическую систему, расположенную в первой части

t

корпуса, и отклоняющий отражатель, отличающаяся тем, что, с целью расширения области у1спользования за счет обеспечения возможности сопряжения с геодезическими

приборами различных типов, первая и вторая части корпуса соединены между собой с возможностью их взаимного перемещения, а во второй части корпуса расположена введенная система оптической коррекции с

двумя линзовыми компонентами, установленными с возможностью перемещения друг относительно друга.

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано в производстве планово-высотных съемочных и разбивочных работ, а также при монтаже технологического оборудования. Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения возможности сопряже^ния с геодезическими приборами различных типов. Изобретение содержит лазер 1, узел крепления 4, световод, расположенный в корпусе, который выполнен из первой и второй частей, соединенных между собой с возможностью их взаимного перемещения, фокусирующую оптическую систему 12, расположенную в первой части.корпуса, систему оптической коррекции с двумя линзовыми компонентами 11, расположенными во второй части корпуса с возможностью перемещения друг относительно друга, и отклоняющий отражатель 9. 4 ил.елС4^ CJ О J^ЖU7Фиг.Т.

Фиг. 4