Устройство для ориентации светового луча Советский патент 1979 года по МПК G01C9/02 G01C15/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТА11ИИ СВЕТОВОГО ЛУЧА

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при монтаже крупногабаритной технологической оснастки и оборудования, а также в судостроении и машиностроении. .Известны оптические уровни с автоматической ориентацией .луча, в которых оптический луч, проходя через сосуд, заполненный тремя несмешивающимися оптически прозрачными средами различной плотности, пре ломляетря на границе раздела сред и ориентируется под определенным уг лом относительно вертикальной или горизонтальной плоскости 1. Недостатком устройств является низкая точность ориентации луча, вызываемая волнообразными колебаниями поверхности раздела сред и отсу ствие объективного контроля положения луча. . Известны также устройства для са монивелирования лазерного или какого-либо другого луча в заданном горизонтальном или вертикальном напра лении при его небольших отклонениях осуществляемом с помощью двух кювет с Налитой в них иммерсионной жидкостью, например маслом, установленных в корпусе по ходу луча 2,3, {41 и 5. При наклоне вертикально установленного корпуса устройства совместно с узконаправленным излучателем на некоторый угол Ц , кюветы наклоняются, верхний уровень жидкости в них устанавливается на уровне горизонта, а нижняя плоскость дна кюветы образует с ним тот же угол, образуя при этом оптический клин, при прохождении каждого из KOTOpafcc пуч сввта отклоняется на половину угла. клина приб.пижаясь к вертикали. При последовательном прохождении луча через обе кюветы происходит полная коррекция отклонения оси луча, .которая совмещается с вертикалью. Работа устройства, основанная на этом принципе эффективна в пределах малых углов, когда разницей между величинами sincLn tg ct (для одних значений углов наклона) можно пренебречь. Кроме того, устройство снабжено поворотными элементё1ми, позволяющими направлять световой луч в .любом направлении. ( Ч , А --.;V- , .--.: Недостатком известного устройства 5, которое является бли-жайшим к изобретению по технической сущнбсти и дс)стигаемо1иу результату, является низкая точность автоматической ориентации луча при больиих отклонениях от вертикали или горизонтали. Кроме того, в известном устройств отсутствует контроль звертикального или горизонтального положения луча. Целью изобретения является повыйеМйя f&4kbcfft ориентации/светового луча при наклонах кЪрпуба устройства. Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве в каждую кювету ; йёйёщена оптически прозрачная плоскопараллельная пластийа с коэффициентом преломления, равным коэффициенту преломления жидкости, снабженная поплавком, ориентирующим ее плоскости в уровень горизонта, при этом на наружной пдоскости плоскопараллельной пластййы нанесена одно мерная дифракционная решетка, а пластины ориентированы относительно друг друга с разворотом рисок дифракциойных решеток под прямым углом а каждая плоскопараллельная пластин сИабжоМа шарниром, обесп(эчиваю1пкм ее перемещение относительно стенок кюветы по трем степеням свободы. На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 2 - поперечный разрез кюветЫ; на фиг. 3 - кювета и плановой проекции на.фиг. .4 - положение диФрак одномерных решеток относительно друг друга и опорных регулировочных опор, .„.-,/ Йредлагаемое устройство содержит узкрнаправленный излучатель света, например лазерный излучатель 1 зак репленный в корпусе 2, который с пй тлсгдью трех регулировочных опор, например винтов 3, закреплен на штати ве 4. При этом регулировочные опоры 3 размещены в вершинах прямоугр н0гд треугбльника в плоскости ottopной пло1цадки штатива 4. : В Kopnyfce 2 по ходу луча собснъ с ним закреплены две кюветы 5, б с оптически прозрачной жидкостью и дном,имеющим равные коэффициенты преломления, близкие к 1,5. В, каждую кювету 5,6 помечена оптически прозрачная плоскорараллельная пластина 7, имевдая тот зкв, что и у жийкости коэффициент преломления, нанаружную п&Верхность которой нанесена одномбриая плоская дифракционная решетка ; 8 в виде параллельных штрихов. ,. . . Плоскопараллельные плпстины 7: ориентированы относительно дфуг друга таким образом, чтобы риски обеих дифракционных решеток 8 были 6 расположены под прямым углом друг к другу, а проекции их перпендик лярно - катетг1м прямоугольного -тг |еугольника, в вершинах которого рг1змещены опоры 3, расположенные вплоскости опорной пл:отадки штатива 4 . ;, : Каждая плоскопараллельная пластина поддерживается над поверхност1аЮ жвдкости поплавком 9, расположенньм ndi ее периметру и ориентирующим наружную поверхность плоскопараллйльной П71астины в уровень горизонтА,. : . , Плрскопараллельные пластины 7 соединены со стёнкаМи кювет 5,6 шарнирами 10, позволяю1аими им сюбодно перемещаться по трем степеням свободы: по вертикальному и вращаться .вокруг осей Х-Х и:у-у; . : На внутренних стенках гшвет 5,6 прямым углом к оси паза 11 диаметрально Противоположно установлеHbi ограничители 12 с параллельными направляющими. : На корпусе 2 установлена поворютнгя головка 13 с пентапризмой 14, bfcллиматором 15 (на который соосно с ним может быть установлена вторая поверстная головка с понтапризм6|Я для разворота луча в вертикальHcift .плоскости) и фотоприемньм уст-, ррйством 16, соединенным с усилиТ лем 17 и блоком индикации 18. . Устройство работает следующим . Образом. . I Одномодовый луч от лазера 1 проХС1ДИТ через кюветы 5,6 и плоскопарЁ1л,лельные- оптически прозрачные п :астины 7с нанесенными на них OJ номерными дифракционными раиетКсми 8, затем частично прёломляетcf под прямым углом пентаприэмой с каином 14 и проходит через коллиМстор 15, Вторая часть луча, пройдя ч4рез пентапризму с клинот 14 в вертикальном нгшравлении, попадате4 на фотоприемное устройство 16, Й11тенсивность засветки которого, усиленная блоком 17, регистрируетблоком индикации 18. При отклонении корпуса 2 от вертикали уровень жидкости, оставаясь гс1ризонтальным,. образует из оптичфки прозрачной жидкости клин, с коэффициентом преломления, близким к ,5. При малых углах наклона корпуса 2, когда разницей между и tg углов можно пренебречь/. ла1зерный луч автоматически займет 1вёртикальнре положение, а преломлйнный пентапризмой луч - горизонтгльное. В случае больших углов отклонеНР и оси корпуса 2 устройства от вертикали световой луч, пройдя чеоёз одномерную дифракционную решетRy 8, уменьшит.засветку фотоприемного устройства, что зарегистрирует блок индикации 18. Этот эффект будет происходить вследствие изменения ширины щели (параметров решетки) при наклоне плоскости решетки 8 относительно лазерного луча. Так как щели одномерных дифракционных решеток 8 расположены перпендикулярно друг относительно друга, то изменение интенсивности засветки фотоприемного устройства 16 будет происходить при отклонении оси луча в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях. Для выставления оси корпуса 2 и луча в вертикальное положение корпус 2 переметают регулировочными опорами 3, добиваясь по блоку индикации 18 максимальной засветки лучсм фотоприёмного устройства i6. Таким образом, в предлагаемом уст ройстве вертикальная (горизонтальна ориента:1Дия луча при малых углах наклона осуществляется автоматически, а при больших - путемрегулировк опор 3 и контроля положения луча по блоку индикации 18. Практическое применение устройства в работах по монтажу сборочной оснастки в самолетостроении и вертолетостроении позволяет повысить точность ориентирования светового луча осуществить контроль положения луча а также сократить время на выставление устройства.в рабочее положение. Формула изобретения 1.Устройство для ориентации светово го луча, содержащее излучатель света закрепленный в корпусе, в котором по

6 ходу луча установлены две кюветы с оптически прозрачным дном и жидкостью с равными крэффициентами преломления, поворотную головку, в которой размещены пентапризма, коллиматор и фотоприемное, устройство, соединенное с усилителем иблоком индикации, 0 Т Л И Ч а ю щ а е с я тем, что, с целью повышения точности, в каждую кювету помещена Оптически прозрачная плоскопараллельная пластина .с коэффициентом преломления, равным коэффициенту Преломления жидкости, снабженная поплавком, ориентирующим ее плоскость в уровень горизонта, при этом на наружной плоскости плоскопараллельной пластины нанесена одномерная дифракционная решетка, а пластины opиeнtиpoвaны относительно друг друга с разворотом рисок дифракционных решеток под прямьм углом . 2. Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтокаждая плоскопараллельная пластина снабжена шарниром, обеспечивающим ей при перемещении три степени свободы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3905707, кл. 356-249, 1974. 2.Патент ФРГ 1252910, кл. 42 С 6/03, 1967. 3.Авторское свидетельство СССР 559110, кл. G 01 С Б/02, G 01 С 15/10, 1967. 4.Вагнер Е.Т, и др. Лазерные и оптические методы контроля в самолетостроении. М., Машиностооение, 1977, с. 96-97. 5.Патент США № 3684381, кл. 356-138, 1972 (прототип).