Устройство для оптическихизМЕРЕНий дАльНОСТи и ВыСОТы Советский патент 1981 года по МПК G01C5/00 

1

Изобретение относится к геодеаическим лриборам, а более колкретно - к авторедуцярующим тахеометрам, аадторые предназначены для измерений расстояний, горязонтальных углов.

Известно устройство 1 для йЗамерения дальности и высоты, содержащее зрительную трубу с визирной сеткой и контактным уровнем, механизм для приведения устройства в горизонт, уровни и масштабные рейки.

Это устройство является ближайшим по технической сущности к изобретению.

Недостатком известного устройства является левозможйость производить измерения в прямоугольной системе «оО|рдЕнат, нельзя измерять горизонтальные прямые линии, лежащие на вертикальной плоскости, если эти прямые линии находятся выше или ниже линии горизонта. Кроме того, требуется высокая точность нанесения штрихов на тангенциальной шкале, а при повороте зрительной трубы тахеометра как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости создаются неудобства наблюдения за счет неправильного положения глаз оператора по отношению к выходному зрачку зрительной трубы, особенно при больших наклонах к горизонту.

Целью настоящего изобретения является повышение производительности труда.

ооеспечение геодезических н инженернотехнических измерений в прямоугольной системе координат.

Поставленная цель достигается тем, что

устройство снабжено зеркалом и механизмом для вращения зеркала с двумя независимыми таг генсными механизмами. При этом зрительная труба и механизм для вращения зеркала оптически сопряжены между собой через неподвижное дополнительное зеркало, установленное на механ1 зма для вращения зеркала. С целью исключения ошибок, возникающих при наведении зрительной трубы на штрихи масштабного восприятия пространства, в зрительную трубу введен механизм вращеиия визирной сетки, между визирной сеткой и окуляром установлены дополнительно два оборачивающих объектива, сопряженных

между собой в параллельном пучке, а ними установлена призма Дове; с целью упрощения контрольной проверки при работе в полевых условиях дополнительное неподвижное зеркало выполнено с центральным коническим отверстием под углом 45° к его отражающей поверхности, а между зеркалами усгановлена светонепроницаемая заслонка с возможностью повО(рота. На фиг. 1 представлена компоновочная

схема устройства; фиг. 2, 3 и 8 поясняют работу устройства; ф.иг. 4 - оптическая схема; фиг. 5 - схема расположения рисок на контрольной .пластинке; фиг. 6 я 7 - изображение поля зрения в окуляре зрительной трубы; на фиг. 9 дана кинематическая схема устройства. Устройство для оптических измерений дальности -и высоты содержит подвижное зеркало /, универсальную шарнирную подвеску, состоящ}ю из внутренней 2 с осью вращения 3, внешней рамки 4 с осью вращения 5, поводок 6 с осью вращения 7, задающую рамку 8 с осью вращения Я предельный кудИСиый механизм 10 со связующим штифтом, корпус И, два тангенсных механизма, содержащие ,кулисы 12 и 13, ползущки 14 и 15, связующие штифты и направляющие 16 и 17; отсчетнью устройства 18В и 18Г, уровень 19, неподвижное зеркало 20, зрительную трубу 21, регулировочные винты 22 и 23, приводы тавгенсных механизмов 24 и 25, Колпачок 26, заслон-ку 27. Зрительная труба содержит объектив 28, фокзсирующую линзу 29, визирную сетку 30, объективы 31, призму 32, окуляр 33 и .контактный уровень 34. Перечисленные элементы устройства взаимосвязаны между собой следующим образом: визирная ось зрительной трубы 21 перископичеоки связана с ..механизмом вращения зеркала 1 через неподвижное зеркало 20. Зеркало / жестко закреплено на внутренней рамке 2 универсальной щарнирной подвески и вращается на оси 3 отиосительно виещней рамки 4. Ось 3 жестко связана с рамкой 2 и лежит в отражающей плоскости зеркала /. Предельный кулисный механизм 10, расположенный на внешней рамке 4, осуществляет связь между осью 5 и осью 7 с Передаточным отношением 2:1 от оси 7 к оси 3. Ось 7 жестко и лерпендикулярно связана с поводком 6 :И вращается относительно внешней рамки 4, а совместно с рамкой 4 ось 7 и поводок 6 постоянно ко гтактируют с плоской поверхностью рамки 8 по линии, совпадающей с геометрической осью поводка 6. Внешняя рамка 4 снабжена «улисой 12 гангенсного механизма (компоненты 12, 14 16). Задающая рамка 8 вращается относительно корпуса // на оси 9 и взаимодействует с поводком 6 за счет конта кткой связи между ними. Задающая рам.ка 5 снабжена кулисой 13 тангенсного механизма (компоненты 13, 15, 17). Оси 3, 7 и 9 перпендикулярны оси 5. Ползушки 14 и 15 тангенсных механизмов имеют возможность перемещения в наяравляющих 16 .и 17 при помощи связанных с НИМ.И приводов 24 и 25. На фиг. 2 и 3 изображены оптические и кинематические свяви з-рительной трубы 21 с механизмом для вращения зеркала / (при вращении зеркала / на оси 3 см. фиг. 2, при вращении зеркала / на оси 5 - фит. 3). На фиг. 2 схематически показана вязь зеркала / с тангенсным механизмом (компоненты 13, 15, 17. При движении иолзушки 15 со связуюи1им штифтом, В направляющих /7 происходитВращение кулисы 13 относительно оси 9 на угол а. Ось 7 при соосном положении с осью 9 получает вращение через поводок 6 также на угол а за счет поворота рамы 8 на оси 9. Ось 7 через предельный кулисный механизм 10 производит иов-орот оси 3 и зеркала / на угол, |равный половине угла а, т. е. половине угла поворота оси 7. Предельный кулисный механизм 10 играет при этом роль математически точного делителя угла а пополам. Визирная ось зрительной трубы 21 отклоняется прн этом от горизонта на угол а, так КЯК визирная ось на отрезке Ог-Оз при отражении от зеркала / отклонится на угол, в два раза больший угла поворота зеркала. Положение визирной оси Os-Оз в -пространстве будет находиться в плоскости, строго параллельной . плоскости рамы 5. При перемещении ползущки /5 в направляющих 17 измерительные штрихи,, нанесенные на ползушжи 15 перемещаются относительно бесконтактного оптического отсчетного устройства 18В. На ф.иг. 3 схематически показана .связь зерка.ла 1 с тангенсным механизмом (.компоненты 12, 14, 16). При движении ползушки 14 со связующим .щтифтом в направляющих 16 1кул.иса 12 вращается на оси 5. Кулиса Г2, будучи жестко связа1нной с внешней рамкой 4, поворачивает зеркало / на угол j3. При этом визирная ось зрительной трубы 2/ на отреэке также .повернется на угол 1. На ползушке 14 нанесены измерительные штр.их.и, которые вместе с ней перемещаются 01но.сительно бесконтакгного оптического отсчетного устройства 18Г. . Нзмерительные штрих.и на ползущках 14 г. /5 нанесены через 1 мм и служат для определения величины их перемещения. БеС контактные аптические отсчетные устройства 18В и 18Г регистрируют перемещение ползущек 14 и 15 с дискретностью 1 .м.И1Крон, т. е. 1 - 10 мм. На ф.иг. 4 схематически изображены оптическая схема конструктивно доработанной зр.ительной трубы 21 и кинематические связи внешней рамкой 4 механизма Л.;я вращения призмы ЛЯ 0° (Дове). Эти сзязи на ф.иг. 1 не показаны. Их передаточные отношения показаны на фиг. 4. Кинематические связи, показанные на фиг. 4, обеспечивают автоматическое сохранение прямого (неперевернутого) .пра.вильного (ненаклоненного) изображения

вертикали л горизонта, наблюдаемого через окуляр 33.

Устройство работает следующим образом.

Приводы 24 и 25 перемещают ползущки 14 и 15. Перемещение лолзушки 15 со связующим щтифтом поворачивает кулису 13, задающую раму 8, поводок 6, ось 7, предельный «ул-исный механизм 10, ось 5, внутреннюю рамку 2 и зеркало /. При этом зеркало / повернется вместе с осью 3 на угол, в два раза меньший угла поворота оси 7, а влаирная ли.н,ия Oz-Оз отклонятся от горизонта на угол , равный углу поворота оси 7, оставаясь параллельной плос1КО.СТИ рамы 8 (см. фиг. 2). Перемещение ползушки М со связующим штифтом (см. фиг. 3) поворачивает кулису i2, внещнюю рамку 4 с установленными на ней предельным кулисным механизмом 10, осью 3, рамкой 2, зеркалом / и осью 7 с ловодком 6. При этом внеш.няя рамка 4 вместе с зеркалом У поворачивается относительно вертикальной оси 5 на угол, равный углу поворота кулисы 12.

Если рама 8 наклонена относительно горизонта, то при повороте кулисы 12 зеркалу / автоматически передается корректирующий поворот, возникающий за счет скольжения поводка 6 по наклонной относительно горизонта плоскости рамы 5, через ось 7, предельный кулисный механизм 10 и ось 3. За счет этой автоматической коррекции угла поворота зеркала / -визирн ая линия зрительной трубы 21 на отрезке О2-Оз постоянно остается в плоскости, параллельной плоскости ра.мы 5, перенесение которой в вертикальную плоскость, параллельной двум взаимно перпендикулярным осям 5 и 9, происходит по горизонтальной прямой линии независимо от угла поворота зеркала 1 относительно оси 5.

Поворот внешней рамки 4 через кинематическую связь (на фиг. 1 не показано, см. фиг. 4) передается в отношении 1 : 1 механизму вращения визирной сетки 30 и далее механизму вращения призмы в соотношении 2:1. Автоматическое сохранение правильного прямого изображения местности в поле зрения окуляра 33 позво.ляет уменьщить ошибку наведания на измеряемый объект до значений, равных ошибкам наведения зрительных труб обычных геодезических приборов.

Величины перемещений ползушек 14 и 15, регистрируемые оптическими бесконтактными устройствами 8В и 18Г, используются для определения дальностей горизонтальных проложений до измеряемых объектов, расстояний между ними, приведенных к горизонтальной плоскости, и превышений из относительно горизонтальной плоскости, проходящей через ось 5 механизма для вращения зеркала.

В полевых условиях устройством пользуются следующим образом.

1) Подготовка устройства к работе:

-устройство устанавливают на треногу и подъемными винтами 23 (см. фиг. 1) приводят к горизонту по уровням ,/Р;

-приводами 24 и 25 ).стаиавливают нулевое положение тангенсных механизмов, наблюдая показания оптических бесконтактных отсчетных устройств 18В и 18Г;

-подъемными винтами 22 приводят к горизонту зрительную трубу 21, наблюдая в окуляр 33 за положением пузырька контактного уровня 34. При этом уровни 19 должны оставаться в горизонте;

-с устройства снимают колпачок 26, закрывающий контрольное отверстие зеркала 20. При этом поле зрения окуляра разделяется на две зоны - центральную и перископическую, расположенную концентрпчесхн.м кольцом относительно центральной зоны (см. фиг. 6), зрительная труба 21 строит изображение в центральной зоне поля зрения лучами света, проходящими через контрольное отверстие зеркала 20, а в перископической зоне изобрал ение строится лучами, попадающими в зрительную трубу через перископически связанные зеркала 1 и 20 (см. фиг. 1);

-производят проверку угла (г) зрительной трубы 21 по общепринятой в геодезии методике, ведя наблюдения только в центральной зоне поля зрения. Перископическая зона поля зрения на время проверки угла (г) перекрывается заслонкой 27, вводимой между зеркалами 1 и 20, что необходимо для увеличения контраста изображения в центральной зоне поля зрения (см. фиг. I).

После доведения угла (f) до минимального значения, заслонку открывают и приступают к дальнейшим операциям по подготов,ке устройства к работе.

На расстоянии 15-20 м от устройства Зстанавл-ивают строго вертикальную рейку с контрольной пластинкой, на которой нанесены горизонтальные тонкие риски, удаленные по вертикали друг от друга на расстояние, равное по величине периокопичности зеркал / и 20 (см. фиг. 5);

-устройство на треноге разворачивают по горизонту в направлении рейки с контрольной пластинкой (горизонтальный поворотный механизм устройства, тренога и рейка с контрольной пластинкой на фиг. 1 не показаны). При этом показания уровня 19 и 34 должны сохраняться строго в горизонте;

-наблюдая в окуляр 33 зрительной ipyobi 21, микрометрическим винтом горизонтального поворотного механизма устройство доворачивают до полного совмещения вертикального штриха контрольной пластины с вертикальным штрихом визирной сетки 30; при этом наблюдение ведут в

центральной зоне поля арения окуляра (см. фиг. 6);

- работая подъемным механизмом контрольной пластины, перемещают контрольную пластину с рисками до совмещения изображения верхнего горизонтального штриха контрольной пластины € горизонтальным штрихом визирной сетки 30 в центральной зоне поля зрения окуляра 33.

Если устройство отъюстировано прав:ильно (зеркала I и 20 строго параллельны между собой, устройство но по.казаниям уровней 19 и 34 выставлено строго горизонтально, и отсчетные устройства 18В и 18Г регистрируют нулевые положения тангенсных механизмов), то наблюдаемая в окуляр 33 картина должна соответствовать рисунку фиг. 6, т. е. вертикальный и горизонтальные штрихи визирной сетки 30 и контрольной пластинки, наблюдаемые в перископической зоне поля зрения, должны полностью совпадать с односменными штрихами, наблюдаемыми в центральной зоне поля зрения окуляра.

Соблюдение такого условия га.рантирует готовность устройства производству измерений.

Если в окуляр 33 наблюдается картина, .«зображенная на фиг. 7 или подобная ей, то это значит, что устройство неисправно :И подлежит ремонту. После окончания подготовительных работ контрольное отверстие зеркала 20 закрывают колпачком 26.

2) Производство измерений.

На фиг. 8 схематически показаны участок местности с высотами А, В, С и точка Oz - место установки устройства. Точка 02 на фиг. 8 соответствует одноименной точке QZ, обозначенной на фиг. 1, т.е. точке пересечения осей вращения зеркала 1.

Ось 3 механизма вращения зеркала / я точка Оа (фиг. 1) лежат в горизонтальной плоскости Р, показанной на фиг. 8.

Точки А, В, С - проекции вершин высот А, В и С |На горизонтальную плоскость Р.

Измерения выполняются следующим образом.

а)на высотах А, В, С устанавливают строго вертикально или строго горизонтально масштабные рейки (штанги), на концах которых наиесены риски, определяющие их длину. Для удобства расчетов рейки изготавливают одинаковой длины.

На фиг. 8 установка реек на высотах показаиа вертикальной, а их длина обозначена бзквой «а.

б)Устройство, подготовленное к измереи-иям и расположениое в точке О, разворачивают «а треноге по горизонту в паправлении высоты А при помощи горизонтального поворотного мехапизма (тренога и горизонтальный поворотный механизм на фиг. 8 не показаны).

в)Наблюдая в окуляр 33, приводом 24 вращают зеркало 1 IB вертикальном направлении и совмещают горизонтальный штрих визирной сетки 30 с пижним штрихом м.асштабной рейки, установленной на высоте А. Вертикальный штрих визирной сетки 30 совмещают с вертикальной линией масштабной рейки при помоши микрометрического винта горизонтального поворотного м е X а н и 3 м а у с т р о и с тв а.

г)С отсчетного устройства 18В считывают величину перемещения ползушки 15 и

записывают ее в журнал, как значение hy, (см. фиг. 8).

д)Затем снова, паблюдая в окуляр 33, приводом 24 вращают зеркало / и совмещают горизонтальный штрих визирной сетки 30 с верхним щтрихом той же масштабной рейки. С отсчетного устройства 18В считывают новую величину и записывают в журнал, как значение Луь На этом измерения в направлении высоты А заканчи ваются.

е)Наблюдая в окуляр 33, приводом 25 вращают зеркало 1 в горизонтальном направлении до совмещения визирной линии

на отрезке 02-Оз (см. фиг. 3) с направлением на высоту В (фиг. 8). Приводом 24 вращают зеркало / .в вертикальном направлении до появления в поле зрения окуляра 33 изображения рейки, установленной на

высоте В.

Работая приводом 25 и наблюдая в окуляр 33, совмещают вертикальную линию .рейки с вертикальным штрихом визирной сетки 30. Приводом 24 производят совмещение горизонтального штриха визирной сетки 30 с нижним штрихом рейки. Проверяют горизонтальности устройства по показаниям уровней 19 и 34, если устройство строго ,в горизонтальном положении, в отсчетных устройствах 18Г и 18В считывают величины и записывают их в журнал жак значение и hy.

Приводом 24 совмещают горизонтальный щтрих визирной сетки 30 с верхним

штрихом той же рейки, с отсчетного устройства 18В считывают величину нового показания и записывают в журнал как значение hyz. На этом измерения в направлении высоты В заканчиваются.

ж) Измерения в направлении высоты С выполняют аналогично описанному в пунк.те , а в журнале записывают значения ёл-з; hyy. .

з) Для определения превышений //v,

//у,, //у., и горизонтальных проложений D, DZ, D производят следующие вычисления:

-определяют величины: l hy hy-Ay; i.,-h,,, ,,,-hy, (см. фиг. 8);

-определяют масштабность каждого налравления измерений:

,G,оfcи

,1. ; vi . а .

Д/ly/ ift,, A/IV,где а - длнна масштабной рейки; - определяют вел,ичи«у превышений высот: У У1 X fty,; Ну Ъу, x/iyj; ,y, X hy. (см. фиг. 8) - определяют величину гор.изо.нталь«ых проложений: D, by, d- D, by, X d; D,by,Xd (CM. фиг. 8) где численные значения расстояний, показанных на ф.иг. 2 - между точками С(9) и К(25), на фиг. 3 - между точками B(S) и (26). Обозначения соответствуют элементам устройства на фиг. 1. и) Выполнив несложные расчеты, можно определить расстояние между проекциями высот А, В, С на горизонтальную плоскость Р Л В У(Ь, . gx.f- , - бу. ) /(;)М-( В С : ,vi- &5;;r-f 2 ;;x X by,gx- ( (. (ом. фиг. 8) буквенные обозначения соответствуют лринятым в пункте (3). Для повышения точности результатов измерений, а та-юке для исключения случайных погрешностей каждое измерение повто1)яют несколько раз, как это принято в метрологии, а для расчетов используют среднее значение .измеренных величин. Из приведенной выше методики измерений и лоследующих вычислений ®идно, что устройством полностью исключаются угломерные измерения и тригонометрические расчеты искомых величин. Кроме того, устройство позволяет производить съемки вертикальных стен (сооружений) непосредственно в прямоугольной системе координат, производить проверку горизонтальности соединительных балок, ферм, «а.рнйзов потолочных перекрытий и измерять величину их прогиба, определять величину отклонения опорных стоек от вертикали. Формула изобретения 1.Устройство для оптических измерений дальности и высоты, содержащее зрительную трубу с визирной сеткой и контактным уровнем, 1механизм для приведения устройства в горизонт, уровни и масштабные рейки, отличаюш,ееся тем, что, с |слыо увеличения производительности труда, омо снабжено зеркалом и узлом его враи ения с двумя независимыми тангенсными механизмами, при этом зрительная труба и указанное зеркало сопряжены между собой через неподвижное дополнительное зеркало, установленное на корпусе узла для вращения зеркала. 2.Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что, с :целью исключения ошибок, возникающих при наведении зрительной трубы на штрихи масштабной рейки, и обеспечения прямого неискаженного восприятия пространства, в зрительную трубу введен механизм вращения визирной сетки, между визирной сеткой и окуляром установлены дополнительно два оборачивающих объектива, сопряженных между собой в параллельном пучке, а между ними установлена призма Дове. 3.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющееся тем, что, с целью упрощения контрольной проверки при работе в полевых условиях, дополнительное неподвижное зеркало выполнено с центральным коническим отверстием под углом 45° к его отражающей поверхности, а между зеркалами установлена с возможностью поворота светонепроницаемая заслонка. РГсточник информации, принятый во внимание при экспертизе: 1. Деймлих Ф. Геодезическое инструментоведение, «Недра, М., 1970, с. 526 (прототип).

Л

30

23

7

. --Ч Х i27 Л v-д /. . i ..-.- .-j , .-. / V ; / ч jf .X- .i , г: 8изиро6ания ось /1иния горизонта По/ оженм .wcmu рамки 8K(2Sj Аи.ния г-оризонта /7 AuHua .}ризан J HSMSftume/ibHbie шшрих1/ цбна Зе/1ения 1мм

Вер(Нии

, ijfpfnUffy/ibHblU / штрих wmpv)

с/сгп fbulffKCHite I п зырьи я i/poSHfi Z

Центра/1ьнай зрения при снятом Ko/tnawe 35

,.ГрС1.ни14« no/ieu зрения

Псрисколи есг(кя soffs no/I я Зрения и,ентра/ ьное по/ie зрения при снятом Ko navne 35 Изображение мний контраста нижнего гаризанта/гьноге Kirnpuxaf контро/ ьной п/1астины при mpiftasMuu napa/i e bHCC/Tiu sepra/i nepuc/fanu ecKoe зрения Изображение /tUHuu контрсеста SepmuKff/ibHOza штриха конгпро/1ьной л/tacmuHbt при нагруи/ение/ napa/j/ie/ibHOCfnu зеркал