Цифровой теодолит Советский патент 1976 года по МПК G01C1/04 

Изобретение относится к области геодезического приборостроения и предназначено для использования при угловых измерениях.

В известном цифровом углоизмерительном приборе угломерный блок состоит из грубого и точного каналов отсчета. Грубый канал отсчета содержит две шестерни - опорную и контактную, изготовленные с высокой точностью. С контактной шестерней жестко связан отсчетный кодовый диск с кодовой маской на 400 дискретных значений. Канал точного отсчета содержит микрометрическую систему точного на1ведения прибора на цель и устройство отсчета -с линейным кодовым элементом.

Недостаток известного прибора состоит з большой трудоемкости изготовления дорогостоящей высокоточной шестерни угломерного устройства.

Кроме того, процесс измерений состоит из двух этапов. При наведении прибора на цель noBOpOTOiM ручки прижимаются обе шестерни. Подвижная часть прибора поворачивается на угол - дополнение до целого дискретного значения грубого отсчета. Затем при помощи микрометрического механизма производится повторное более точное наведение на цель и с помощью системы снятия точного отсчета определяется его цифровое значение.

Цель изобретения - упрощение конструкции теодолита.

Это достигается тем, что в предлагаемом теодолите опорная плата канала грубого отсчета снабжена концентрическим лазом, в котором размещены калиброванные по диаметру шарики. Контактная плата выполнена в виде жесткой пластины с эластичной прокладкой с одной стороны и концентрически расположенными лунками. Контактная плата может свободно поворачиваться вокруг оси на угол, равный дискретности канала грубого отсчета и перемещения вдоль оси таким о-бразом, что в одном из крайних положений она плотно прижимается эластичной прокладкой к опорной плате, а в другом положении между обеими платами устанавливается зазор.

Объектив съема показаний располагается на жестком основании контактной платы против кодового диска, с другой стороны которого помещен неподвижный оптический мост.

На фиг. 1 показан предлагаемый цифровой теодолит в разрезе; на фиг. 2 изображена опорная плата; на фиг. 3 - контактная плата. На фигурах приняты следующие обозначения: 1-триггер; 2 - -вертикальная ось;

3- опорная плата угломерного устройства;

4- кодовый диск горизонтального отсчета;

5- эластичная -прокладка контактной платы угломерного устройства; 6 - жесткая подложка контактной платы; 7 - механизм включения зГломерного устройства и системы точного наведения; 8 - яружина; 9 - блок осветителя канала горизонтального отсчета; 10 - оптический мост; 11-объектив съема показаний; 12 - лризма переключателя «горизонтальный - вертикальный отсчет ; 13 - горизонтальная ось; 14 - зрительная труба; 15 - опорная плата угломерного устройства канала вертикального отсчета; 16 - кодовый диск вертикального отсчета; 17 - эластичная прокладка контактной платы угломерного устройства; 18 - жесткая подложка контактной нлаты; 19 - блок осветителя канала вертикального отсчета; 20 - оптический мост; 21-объектив съема показаний; 22 - механизм включения угломерного устройства и системы точного наведения; 23 - уровень при алидаде вертикального круга; 24 - алидада при вертикальном круге - кодовом диске; 25 - ручка установки уровня при алидаде вертикального круга; 26 - механизм точного наведения прибора в вертикальной плоскости; 27 - оптическая призма; 28 - фотоэлектрическое сканирующее устройство; 29 - электронный блок; 30-цифровое табло; 31 - калиброванные шарики; 32 - клеющее вещество; 33 - лунки в эластичной прокладке контактной пластины угломерного устройства; 34 - штрихи дорожки точного отсчета на кодовом диске; 35 - штрихи дорожки грубого отсчета на кодовом диске. Цифровой теодолит состоит из двух частей: неподвижной - трегера 1 и подвижной - колонки-корпуса теодолита, в котором размещены все остальные узлы прибора. Вертикальная ось теодолита крепится в трегере. С вертикальной осью жестко скреплены опорная плата 3, имеющая на одной из плоскостей концентрический паз, например, треугольного сечения, в котором без зазоров размещены 360 калиброванных по диаметру шариков 31. Шарики утоплены -в пазу на глубину, не превышаюшую половины их диаметра, и закреплены в пазу, например, с по.мощью эпоксидного клея. Для градовой системы отсчета количество шарикоз увеличивается до 400. В общем случае количество шариков определяется требуемой дискретностью отсчетов. Против опорной нлаты со стороны калиброванных шариков 31 на оси 2 установлена контактная плата, состоящая ив твердой (например, металлической) подложки 6 и эластичной прокладки 5, на которой размещены концентрически лунки 33, но числу и диаметрам соответствующие калиброванным шарикам 31, установленным на опорной плате. Эластичная прокладка 5, жестко скрепленная с подложкой 6, выполнена свободно поворачивающейся зокруг оси 2 на угол, равный ±0,5° для рассмотренного случая. Кроме того, с помощью механизма 7 контактная пластина перемещается вдоль оси 2 таким образом, что в одном из крайних фиксируемых положений («Взятие отсчета) она плотно прижимается :к опорной плате 3, и калиброванные шарики 31 при этом плотно входят в предназначенные для них 33. Так .как пластина 5 выполнена из эластичного материала, то .в положении «Взятие отсчета между опорной платой 3 и про кладкой 6 контактной платы люфт отсутствует. Точность каждого из дискретных фиксированных положений контактной пластины относительно штрихов кодового диска 4 определяется средней квадратической ошибкой в положении всех 360 калиброванных шариков 31, т. е. оказывается очень высокой. В другом Крайнем положении контактная иластииа с помош,ью механизма 7 устанавливается с зазором относительно опорной платы 3, что позволяет ей свободно, поворачиваться относительно последней. Для этой цели в механизме 7 используется пружина 8. На подложке 6 контактной лластины установлен объектив 11, с номощью :которого снимаемые с кодового диска 4 показания через переключатель 12 и оптическую призму 27 проецируются на фотоэлектронное сканирующее устройство 28. В фотоэлектронном сканирующем устройстве 28 показания, снимаемые с кодового диска в виде штрихов, преобразуются в электрические импульсы, которые поступают в электронный блок 29, обрабатываются в нем и результаты обработки поступают на цифровое табло 30. Контактная плата эластичной прокладкой 5 плотно прижимается к опорной плате. Кодовый диск устанавливается таким образом, чтобы в каждом из дискретных положений контактной платы соответствующий штрих дорожки точного отсчета, проециру емый в плоскости фотоэлектрического сканирующего устройства, совпадал с линией считывания (начальной линией сканирования), расположенной в плоскости сканирования. Дискретный грубый отсчет производится путем сканирования и измерения расстояния между двумя соседними штрихами дорожек точного и грубого отсчетов в плоскости сканирования. Канал точного отсчета содержит оптический мост 10, с помошью которого освещенная часть кодового диска проецируется на диаметрально противоположный участок диска. Путем последующего сканирования и измерения расстояния между двумя соседними диаметрально противоположными штрихами дорожки точного отсчета в скапирующей плоскости определяется его числовое значение. В качестве осветителя горизонтального круга используется блок осветителя 9, содержащий лампу накаливания и конденсор. Аналогично измеряются утлы в вертикальной плоскости (взятие отсчета). На горизонтальной оси 13 закреплены зрительная труба 14, жесткая опорная плата 15 с кодовым иском 16, контактная плата, состоящая из вердой подложки 18 и эластичной проклади 17. В концентрическом пазу на одной из торон опорной платы 15 размещены без зазора калиброванные шарики 31 (360 штук для дискретности отсчета через 1°). На эластичной прокладке 17 размешены концентрически лунки 33, НО числу и диаметрам соответствующие калиброванным шарикам, установленным иа опорной плате 15. Эластичная прокладка 17 жестко связана с жесткой подложкой 18.

Контактная плата (эластичная прокладка 17 и жесткая подложка 18) выполнена сво,бодно поворачивающейся вокруг оси 13 на угол, равный ±0,5°. Кроме того, с помош.ьго механизма 22 контактная плата перемещается вдоль оси 13 таким образом, что. в одном из крайних положений «Взятие отсчета она плотно Прижимается к опоряой плате 15 и калиброванные шарики при этом плотно зходят в Предиазначенные для них лунки 33 на эластичной про,клад,ке 17. В другом крайнем положении контактная плата отводится от опорной платы 15 на расстояние, позволяюHiee ей свободно поворачиваться от«осительно последней.

На подложке контактной платы установлен объектив 21, с -помошью которого снимаемые с кодового диска 16 показания через переключатель 12 и оптическую призму 27 проецируются на фотоэлектрическое сканирующее устройство 28. Подсветка вертикального кодового диска 16 осуществляется с помощью блока осветителя 19, содержащего лампу накаливания и конденсор. Оптический

мостик 20 укреплен на алидаде 24 при зертикальном кругекодовом диске 16. Алидада 24 устанавливается в рабочее положение по уровню 23 с помощью ручки 25. Точное наведение прибора на цель осуществляется механизмом 26.

Работа системы взятия отсчетов в вертикальной плоскости аналогична работе системы взятия отсчетов при измерении в горизонтальной плоскости.

Предлагаемый цифровой теодолит может быть изготовлен различной точности и использоваться при инженерных работах, геодезических и маркшейдерских измерениях.

Формула изобретения

Цифровой теодолит, содержащий угломерный узел дискретного грубого отсчета, включающий опорную и контактную платы, узел аналогового точного отсчета, кодовые диски и канал Съема показаний, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции, в нем опорная плата канала грубого отсчета снабжена концентрическим назом. в котором размещены калиброванные по диаметру шарики, а контактная плата, установленная соосно с опорной с воз можностью вращения и перемещения вдоль оси плат, содержит на своей поверхности, обращенной к опорной плате, концентрически расположенные ,1унки.

13

3