Лазерный угломер Советский патент 1993 года по МПК G01C1/06 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к геодезическим приборам для угловых измерений.

Известны маркшейдерские угломеры оптического типа, имеющие визирную телескопическую трубу, а также горизонтальный и вертикальный лимбы, Зрительная труба таких приборов может снабжаться дальномером геометрического типа. Съемка подробностей при пбмЪщй таких приборов выполняется ординатным методом, при этом удаление основания перпендикулярно от прибора определяется по шнуру с метровыми отметками. Шнур натягивается по створу между точками угломерного хода, расстояние от шнура до снимаемого контура измеряется тёсьмяной рулеткой. Необходимость использования шнура с отметками в процессе съемки создает трудности при

организации работ и снижает безопасность, поскольку очистное пространство (лава) занято добычными и транспортными механизмами, к тому же слабо освещено, : . Имеющиеся предложения по,усовершенствованию конструкции оптических уг ломеров не . позволяют существенно. усовершенствовать методику съемки очистных работ, В этих приборах визуального типа используется нитяной дальномер, поэтому при съемке подробностей также необходимо прибегать к использованию шнура с метровыми отметками. : : . Более прогрессивным является использование в угломерах лазерного излучения, образующего в пространстве два луча, расходящихся под заданным углом, Это позволяет измерять удаление любой точки от прибора лазерно-дальномерным способом, не прибегая к использованию механических мерных приборов

Однако применяемое при этом устройство не позволяет использовать наиболее удобное формирование лазерного излучения в виде кольцевой интерференционной структуры, а потому оно не может применяться в маркшейдерских угломерах.

Известен также выбранный в качестве прототипа угломерный прибор, включающий лазер, отклоняющую призменную систему, формирователь излучения со : светоделительной призмой и горизонталь- ной круг. , /.

Недостатком известного угломерного прибора является невозможность формирования второго пучка Световых лучей, находящихся под заданным углом, для лазерно-дальномерного определения удаления от прибора. Это снижает производительность труда и уменьшает удобство в работе.

Целью устройства является повышение производительности.

Для достижения указанной цели в теле скОпической системе формирователя излу5 чения посредством дополнительной отражательной призмы, установленной в сходящимся пучке лучей и содержащей юс- тировочные винты, образован второй оптический канал, объектив которого выполнен

в виде аксйкона с юстировочными винтами, причем в геометрическом центре марки на темном фоне укреплен белый круг с матовой поверхностью. Параллактический угол образуется за счет поворота прямоугольной

5 призмы 13 вокру г оси, проецируемой на фиг.1 в точку Р, осуществляемого юстировочными винтами 14. Расстояние определя- ют по формуле

v.,:,.: :- ;-v y;;v S K -n + С. .;

0 где n - величина интервала по рулетке (см. фиг.4) между осевыми точками интерференционных структур лазерного излучения первого и второго оптического каналов; К - коэффициент дальномера;

5 с - постоянная слагаемая дальномерй. Наличие котировочных винтов у призмы 13 позволяет изменять коэффициент дальномера К до значения, удобного при эксплуатации прибора в конкретных горно0 геологических условиях, а также при использовании неметрической системы мер. У., Выполнение объектива второго оптического Канала в виде аксйкона. ось симметрии которого перпендикулярна

5 вертикальной оси вращения угломера А-А, позволяет сформировать интерференционную структуру этого канала в виде прямых линий, имеющих точки пересечения. Линия, соединяющая эти точки пересечений интер0 ференционных полос, фиксирует в пространстве положения оси лазерного излучения во втором канале. Котировочные винты 12 аксйкона необходимы для точной выверки коэффициента дальномера К, Раз- 5 личиё Формы интерференционных структур первого и второго каналов способствует уверенному выделению основного оптического канала в процессе маркшейдерских измерений исключает появление грубых

0 ошибок, связанных со случайным наведением на марку лазерного луча второго (вспомогательного) оптического канала. Известные технические решения не позволяют четко различать лазерные лучи первого и второго

5 каналов, что может быть источником грубых ошибок.

Кроме того, предлагаемое конструктивное решение является оптимальным для использования интерференционной структуры лазерного излучения, наиболее

удобной при работе в подземных горных выработках. В известном техническом решении, основанном на использовании оптических клиньев для образования второго канала, кольцевая структура излучения делится на две части, которые невозможно использовать для измерительных целей.

Размещение в геометрическом центре марки, имеющей светоотражающее покрытие темного цвета, белого круга с матовой поверхностью рассеивающей лучи, позволяет осуществить точную наводку лазерного излучения основного или оптического канала на смежную точку хода. Диаметр d белого круга (см. фиг.3) выбирается из условия

. cKdio1,

где сНо1- диаметр кольцевой интерференционной структуры лазерного излучения основного оптического канала на удалении от прибора, равном 10 м.

Проведенные лабораторные исследования позволили установить, что наиболее оптимально для формирователя излучения с фокусным расстоянием 100 мм использовать марки, имеющие d - 30 мм. Тогда при расстоянии до марки менее 10 м наведение кольцевой интерференционной структуры лазерного луча первого оптического канала на марку осуществляется непосредственно на белый круг, контрастно выделяемый на темном фоне рефлектирующего покрытия. При расстоянии более 10 м наведение интерференционной структуры, диаметр которой будет больше диаметра круга d. осуществляется по концентрической окружности, образуемой на рефлектирующем покрытии кольцевой структуры, центрируемой относительно белого матового круга. Поскольку лазерный угломер, как и другие приборы такого, типа снабжается оптическим визиром - телескопической системой с увеличением 1,5-2,0, то предлагаемый способ наведения лазерного сформированного излучения на марку удобен для наблюдателя и обеспечивает необходимую точность порядка 1. Ошибочное наведение на марку лазерного луча второго оптического канала исключается линейно-угловой структурой интерференционной картины в этом канале.

Известная марка-отражатель обеспечивает требуемую точность наведения лазерного излучения, сформированного э кольцевую интерференционную структуру, только при наблюдении в зрительную трубу большого увеличения, отсутствующую в заявляемом угломере. К тому же известная марка не приспособлена для работы в сложных условиях очистного забоя, т.к. требует предварительно точного наведения на объектив угломерного прибора. Поэтому марка

предлагаемой конструкции для заявляемого лазерного угломера является оптимальной. На фиг.1 изображена принципиальная схема заявляемого лазерного угломера; на 5 фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - схема предлагаемой марки; на фиг.4 - принцип лазерного дальномерного измерения расстояний.

Лазерный маркшейдерский угломер со10 стоит из лазера 1, корпуса 2, лимба горизонтального круга 3, ромб-призмы 4, прямоугольной призмы 8, светоделительной призмы - куба 9, объектива первого оптического канала 10, аксикона 11, юстиро5 вочных винтов 12, прямоугольной призмы 13, котировочных винтов 14 и прямоугольной призмы 15. Аксикон 11 служит объективом второго канала и установлен таким образом, что его ось симметрии перпенди0 кулярна вертикальной оси вращения угломера А-А.

Наведение лазерного луча второго оптического канала осуществляется на марку, состоящую из темного рефлектирующего

5 покрытия 16 и белого круга с матовой поверхностью 17.

Лазер 1 расположен вдоль вертикальной оси прибора, соосно с лимбом горизонтального круга 3, Лазер 1 и лимб 3

0 установлены в корпусе 2 неподвижно. Отклоняющая призменнзя система, включающая призмы 4, 15, 8 и 5, направляет лазерное излучение в отрицательную линзу формирователя 7, Корпус формирователя 6

5 наклоняется относительно горизонтальной оси 1-1, при этом призмы 4 и 15 укреплены независимо от корпуса б, они вращаются только относительно вертикальной оси прибора А-А вместе с формирователем. Приз- 0- мы 8, 5 и 9 в корпусе формирователя 6. Второй оптический канал образуется в формирователе посредством отражательной : прямоугольной призмы 13, установленной в Сходящемся пучке лучей, после светодели5 тельной куб-призмы 9, а также аксикона 11. ; Отклонение оси лазерного излучения во втором оптическом канале под углом относительно оси луча первого канала достигается Поворотом прямоугольной призмы 13 отно0 сительно оси, проходящей через точку D, котировочными винтами 14, Лазерное излучение во втором канале формируется в виде пересекающихся прямых линий, причем вершины образующихся углов фиксируют

$ положение оптической оси второго канала коллиматора. Величина хода лучей во втором канале на отрезок CD (см. фиг.1) больше, чем.а первом, кана ле, поэтому размеры интерференционной структуры второго ка- нала меньше..

Первый (верхний оптический канал угломера наводится на марку, установленную на другой точке хода вращением верхней части прибора вокруг вертикальной оси А-А и наклоном корпуса формирователя б относительно горизонтальной оси 1-1, наблю Даяположение кольцевой интерференционной структуры лазерного излучения в плоскости марки через оптический визир (на чертеже не показан). При этом добиваются симметрично положения интерференционной структуры излучения относительно геометрического центра марки по белому кругу. После наведения лазерного луча на марку снимают отсчеты по горизонтальному кругу 3 и вертикальному кругу (на чертеже не показан). Отстояния Si, 82 и т.д. от прибора до любой точки вдоль стороны угломерного хода определяют согласно схеме, представленной на фиг.4, снимая отсчеты п 1, па и т.д. непосредственно по. полотну рулетки между центральной зоной кольцевой лазерной структурой и осью линейчатой структуры. Таким же образом снимают отсчет дальности и на марке, установленной на точке угломерного хода.

Поверки предлагаемого лазерного угломера, помимо основных поверок, выполняемых в угломерных приборах, включают также поверку положения лазерных пучков, сформированных в двух оптических каналах. Верхний пучок лучей должен находиться в коллимационной плоскости, эта поверка выполняется наведением лучей на нить отвеса. Также поверяют величину угла, для юстировки используют линзы 12 и 14. Формул а изобретенйя

Лазерный угломер, содержащий лазер.

оптически сопряженный через отражательный элемент с формирователем излучения,

выполненным с размещенными на одной

оптической оси отрицательным компонентом и объективом, горизонтальный круг и визирную марку, б т л и ч а ю.щ И и е я тем, что, с целью повышения производительности, он снабжен оптически сопряженными и расположенными в одной вертикальной

Плоскости светоделителем, размещенным на оптической оси между отрицательным компонентом и объектом, дополнительным отражательным элементом в виде призмы с юстировочными винтами и дополнительным

объективом в виде акткона с юстировочными винтами, а визирная марка выполнена в виде белого круга с матовой поверхностью на темном фоне.

Использование: в геодезических приборах для угловых измерений. Сущность изобретения: устройство содержит лазер 1, оптически сопряженный через отражательный элемент с формирователем излучений, выполненный с размещенными на одной оптической оси отрицательным компонентом 7 и объективом 8, горизонтальный круг 3 и визирную марку, светоделитель 9, дополнительный отражательный элемент 13 в виде призмы с котировочными винтами и дополнительный объектив в виде аксикона с юсти- ровочными винтами. Визирная марка выполнена в виде белого круга с матовой поверхностью на темном фоне. 4 ил.

ФиЈ1

угломер

V

Г i

Мар.&