Лазерное нивелирное устройство
Изобретение относится к области маркшейдерско-геодезического и оптического приборостроения, в частности к лазерным геодезическим приборам, предназначенным для измерений расстояний, уровней, азимутов, высот, определяемых тригонометрическим нивелированием, а также высокоточных угловых измерений. Лазерное нивелирное устройство содержит механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве, последовательно установленные и оптически совмещенные друг с другом лазерный источник опорного светового потока, размещенный в корпусе, светоделитель, выполненный с возможностью разделения опорного светового потока в горизонтальной плоскости, и отражатель, при этом лазерный источник опорного светового потока и светоделитель размещены на главной оптической оси. Светоделитель установлен с возможностью разделения опорного светового потока в горизонтальной плоскости, а отражатель - с возможностью задания углового поворота в вертикальной плоскости и также с возможностью обеспечения свободного прохождения светового потока от лазерного источника. Техническим результатом данного решения является повышение точности измерений при повышении стабильности пространственного положения лазерного луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области маркшейдерно-геодезического и оптического приборостроения, измерительной технике и геодезических измерений, в частности к лазерным нивелирам, теодолитам, ватерпасам и т.д., а также к лазерным геодезическим приборам, предназначенным для проведения высокоточных угловых измерений, трассировочных работ, фиксации проектных, задания реферетного и определения направлений, расстояний, контроля горизонтального положения объектов и т.п., в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т. д. , и может быть использовано при строительстве и монтаже инженерных сооружений и оборудования, проведении высокоточных инженерно-геодезических работ с проведением высокоточных угловых измерений, в том числе углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т.п. лазерным пучком, например при проведении всевозможных измерений, наблюдении и трассировании для повышения точности проведения разметки и измерения расстояний, уровней, азимутов и высот, определяемых тригонометрическим нивелированием, независимо от угла наклона местности.
В настоящее время проблема создания лазерных нивелиров встала достаточно остро. Связано это с тем, что известные лазерные нивелиры либо не обеспечивают возможности проведения высокоточных угловых измерений, в том числе измерения углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т.п. лазерным пучком в горизонтальной и вертикальной плоскостях без изменения положения нивелира, либо являются громоздкими и не могут быть использованы как переносные и легко транспортируемые приборы и инструменты, например в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т.д. А проведение вышеперечисленных работ в горизонтальной и вертикальной плоскостях без изменения положения нивелирного устройства является, порой, крайне важным как для минимизации временного интервала при их проведении, так и для повышения точности проведения указанных работ за счет исключения возможности смещения самого устройства в результате его переустановки при необходимости осуществления работ в различных плоскостях и за счет исключения разъюстировки его системвозможности при такой переустановке нивелирного устройства. Известен лазерный нивелир, содержащий общий корпус с механизмом ориентирования горизонтальности и прямолинейности луча в пространстве, размещенные в общем корпусе и установленный в своем корпусе лазер, коллиматор в виде двух взаимно перпендикулярных телескопических труб со светоделительной призмой и устройство для развертки лазерного луча, выполненного в виде двух пентапризм, выходные грани которых развернуты на 180o (М. Кл. G 01 С 5/00, авт. свид. СССР N 614666, 1979 г.). Однако использование известного технического решения не обеспечивает возможности проведения высокоточных угловых измерений, в том числе измерения углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т. п. лазерным пучком в горизонтальной и вертикальной плоскостях без изменения положения нивелира, например в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т. д. Наиболее близким техническим решением (прототипом) является лазерное нивелирное устройство, содержащее механизмы юстировки лазер-телескопической системы и ориентации лазерного луча в пространстве, последовательно установленные и оптически совмещенные друг с другом размещенный в корпусе лазерный источник опорного светового потока, формирователь светового пучка в виде телескопической системы, оптический мостик в виде последовательно расположенных светоделительного элемента, первого отражателя, двухлинзовой афокальной системы, второго отражателя и полупрозрачного элемента и анализатор смещений, при этом лазерный источник опорного светового потока, формирователь светового пучка в виде телескопической системы, светоделительный и полупрозрачный элементы и анализатор смещений размещены на главной оптической оси (М. Кл. G 01 C 1/00, авт. свид. СССР N 781567, 1980 г.). Однако использование известного технического решения не обеспечивает возможности проведения высокоточных угловых измерений, в том числе измерения углов наклона, трассировочных работ, фиксацией проектных, заданием реферетного и определением направлений, расстояний, контролем положения объектов и т.п. лазерным пучком в горизонтальной и вертикальной плоскостях без изменения положения нивелира, например в навигации, геодезии, топографии, тонеллестроении, при проведении строительных, монтажных и плотницких работ и т.д. Новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерений при повышении стабильности пространственного положения лазерного луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для достижения нового технического результата в лазерное нивелирное устройство, содержащее механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве, последовательно установленные и оптически совмещенные друг с другом лазерный источник опорного светового потока, размещенный в корпусе, светоделитель и отражатель, при этом лазерный источник опорного светового потока и светоделитель размещены на главной оптической оси, в отличие от прототипа, светоделитель установлен с возможностью разделения опорного светового потока в горизонтальной плоскости, а отражатель - с возможностью заданного углового поворота в вертикальной плоскости на главной оптической оси и с возможностью обеспечения как свободного прохождения светового потока от лазерного источника, так и прохождения отраженного под заданным положением отражателя углом светового потока в результате взаимодействия с ним. Отражатель может быть выполнен полупрозрачным. Лазерный источник опорного светового потока, светоделитель и отражатель могут быть размещены в общем корпусе, при этом последний выполнен с центральным каналом, обеспечивающим свободное прохождение светового потока от лазерного источника по главной оптической оси, и двумя боковыми пазами, обеспечивающими свободное прохождение светового потока от лазерного источника после его разделения светоделителем в горизонтальной плоскости под прямым углом к главной оптической оси и свободного прохождения отраженного под заданным положением отражателя углом светового потока в результате взаимодействия с ним в вертикальной плоскости. Светоделитель может быть выполнен в виде светоделительной призмы или полупрозрачного зеркала. Светоделитель может быть установлен с возможностью заданного углового поворота в горизонтальной плоскости на главной оптической оси. Боковой паз в горизонтальной плоскости может быть выполнен с возможностью свободного прохождения светового потока после его разделения светоделителем в горизонтальной плоскости под углом к главной оптической оси, заданным угловым поворотом в горизонтальной плоскости светоделителя. Механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве может быть выполнен в виде по крайней мере одного вертикального и одного горизонтального уровня. Уровень может быть выполнен пузырьковым. Механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве может быть выполнен с механизмом ориентации корпуса в пространстве. Лазерный источник может быть выполнен с ключевым элементом для подачи питания на лазерный источник, размещенным на общем корпусе, а общий корпус выполнен с отделением для размещения источников питания лазерного источника. Механизм фиксации заданного углового положения отражателя может быть выполнен в диапазоне углов 0 - 60o. Лазерный источник может быть выполнен с возможностью подачи опорного светового потока в видимой и/или инфракрасной и/или ультрафиолетовой областях электромагнитного спектра излучения. На фиг. 1-3 представлены принципиальные схемы предлагаемого лазерного нивелирного устройства. Лазерное нивелирное устройство содержит механизм 1 ориентации лазерного опорного светового потока 2 в пространстве, последовательно установленные и оптически совмещенные друг с другом лазерный источник 3 опорного светового потока 2, размещенный в корпусе 4, светоделитель 5 в виде светоделительной призмы 6, установленной с возможностью разделения опорного светового потока 2 в горизонтальной плоскости, и отражатель 7, установленный с возможностью заданного углового поворота в вертикальной плоскости с возможностью обеспечения свободного прохождения светового потока 2 от лазерного источника 3, при этом лазерный источник 3 опорного светового потока 2, светоделитель 5 и отражатель 7 размещены на главной оптической оси 8 (фиг. 1). Лазерное нивелирное устройство может содержать механизм ориентации лазерного опорного светового потока 2 в пространстве в виде вертикального и горизонтального пузырьковых уровней 9, при этом лазерный источник 3 опорного светового потока 2, светоделитель 5 и полупрозрачный отражатель 10 могут быть размещены в общем корпусе 11, при этом последний выполнен с центральным каналом 12, обеспечивающим свободное прохождение светового потока 2 от лазерного источника 3 по главной оптической оси 8, двумя боковыми пазами 13, 14, обеспечивающими свободное прохождение светового потока 2 от лазерного источника 3 после его разделения светоделителем 5 в горизонтальной плоскости под прямым углом к главной оптической оси 8 и свободного прохождения отраженного под заданным положением отражателя 10 углом светового потока 2 в результате взаимодействия с ним в вертикальной плоскости, и с отделением 15 для размещения источников питания 16 лазерного источника 3, выполненного с ключевым элементом 17 для подачи питания на лазерный источник 3, размещенным на общем корпусе 11, а механизм 18 фиксации заданного углового положения отражателя 10 может быть выполнен в диапазоне углов 0 - 60o (фиг. 2). Лазерное нивелирное устройство может быть выполнено с боковым пазом 19 в горизонтальной плоскости, обеспечивающим возможность свободного прохождения светового потока 2 после его разделения светоделителем 5, выполненным в виде полупрозрачного зеркала 20, в горизонтальной плоскости под углом к главной оптической оси 8, заданным угловым поворотом в горизонтальной плоскости светоделителя 5, при этом механизм 1 ориентации лазерного опорного светового потока 2 в пространстве может быть выполнен с механизмом 21 ориентации общего корпуса 11 в пространстве, причем лазерный источник 3 может быть выполнен с возможностью подачи опорного светового потока 22 в видимой и/или инфракрасной и/или ультрафиолетовой областях электромагнитного спектра излучения (фиг. 3). Лазерное нивелирное устройство работает следующим образом. Опорный световой поток 2 от лазерного источника 3, размещенный в корпусе 4, вдоль главной оптической оси 8 направляется на светоделитель 5, например в виде светоделительной призмы 6, которая разделяет световой поток 2 на две части в горизонтальной плоскости, одна из которых направляется по главной оптической оси, а другая - под углом 90o к главной оптической оси 8 через боковое отверстие 13 общего корпуса 11, размещенное в горизонтальной плоскости. По выходе из лазерного нивелирного устройства разделенные посредством светоделительной призмы 6 световые потоки 2 образуют опорные расположенные взаимно перпендикулярно относительно друг друга световые сигналы 2 от лазерного источника 3. Посредством механизма 1 ориентации лазерного опорного светового потока 2 в пространстве осуществляют нивелирование этих опорных, расположенных взаимно перпендикулярно относительно друг друга, световых сигналов 2 от лазерного источника 3 в горизонтальной плоскости. При этом плоскость отражателя 7 установлена вдоль горизонтальной плоскости с возможностью обеспечения свободного прохождения опорного светового потока 2 от лазерного источника 3 вдоль главной оптической оси 8 (фиг. 1). В качестве лазерного источника 3 используют, например портативный полупроводниковый лазер видимого рабочего диапазона






Формула изобретения
1. Лазерное нивелирное устройство, содержащее механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве, последовательно установленные и оптически совмещенные друг с другом лазерный источник опорного светового потока, размещенный в корпусе, светоделитель, выполненный с возможностью разделения опорного светового потока в горизонтальной плоскости, и отражатель, при этом лазерный источник опорного светового потока и светоделитель размещены на главной оптической оси, отличающееся тем, что светоделитель установлен с возможностью разделения опорного светового потока в горизонтальной плоскости, а отражатель - с возможностью заданного углового поворота в вертикальной плоскости на главной оптической оси и с возможностью обеспечения как свободного прохождения светового потока от лазерного источника, так и прохождение отраженного под заданным положением отражателем углом светового потока в результате взаимодействия с ним. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражатель выполнен полупрозрачным. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лазерный источник опорного светового потока, светоделитель и отражатель размещены в общем корпусе, при этом последний выполнен с центральным каналом, обеспечивающим свободное прохождение светового потока от лазерного источника по главной оптической оси, и двумя боковыми пазами, обеспечивающими свободное прохождение светового потока от лазерного источника после его разделения светоделителем в горизонтальной плоскости под прямым углом к главной оптической оси и свободного прохождения отраженного под заданным положением отражателя углом светового потока в результате взаимодействия с ним в вертикальной плоскости. 4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что светоделитель выполнен в виде светоделительной призмы или полупрозрачного зеркала. 5. Устройство по любому из пп.1, 3, 4, отличающееся тем, что светоделитель установлен с возможностью заданного углового поворота в горизонтальной плоскости на главной оптической оси. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что боковой паз в горизонтальной плоскости выполнен с возможностью свободного прохождения светового потока после его разделения светоделителем в горизонтальной плоскости под углом к главной оптической оси, заданным угловым поворотом в горизонтальной плоскости светоделителя. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве выполнен в виде по крайней мере одного вертикального и одного горизонтального уровней. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что уровень выполнен пузырьковым. 9. Устройство по п.1 или 7, отличающееся тем, что механизм ориентации лазерного опорного светового потока в пространстве выполнен с механизмом ориентации корпуса в пространстве. 10. Устройство по любому из пп.1, 3, 6, отличающееся тем, что лазерный источник выполнен с ключевым элементом для подачи питания на лазерный источник, выполненный с ключевым элементом для подачи питания на лазерный источник, размещенный в общем корпусе, а общий корпус выполнен с отделением для размещения источников питания лазерного источника. 11. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что механизм фиксации заданного углового положения выполнен в диапазоне углов 0 - 60o. 13. Устройство по любому из пп.1, 3, 10, отличающееся тем, что лазерный источник выполнен с возможностью подачи опорного светового потока в видимой, и/или инфракрасной, и/или ультрафиолетовой областях электромагнитного спектра излучения.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3