Широкодиапазонный компаратор для поверки и калибровки координатных средств измерений

Изобретение относится к области геодезии и, в частности, к устройствам для метрологической поверки и калибровки координатных средств измерений, например, электронных тахеометров, лазерных трекеров и сканеров. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений, расширение диапазона измерений и функциональных возможностей. Широкодиапазонный компаратор для поверки и калибровки координатных средств измерений содержит ряд бетонных столбов с рельсами, на которых установлена подвижная каретка с инварным эталонным жезлом и отражателем интерферометра. Над жезлом расположен ряд микроскоп-микрометров для базирования инварного жезла при перемещении каретки, два автоколлиматора, оптически сопряженные с эталонной призмой-многогранником, расположенной соосно с поверяемым координатным прибором, два координатных блока и дополнительный жезл для поверки циклической погрешности светодальномерных блоков. Для поверки и калибровки интерференционного измерительного канала координаты Х в него дополнительно введены два блока, состоящие из призм типа БР-180°, один из которых жестко закреплен на подвижной каретке, второй сменный - встречно первому установлен на неподвижном основании. Количество призм в сменном блоке зависит от диапазона интерференционных измерений. Для поверки и калибровки без перестановки поверяемого прибора координаты У по эталонной призме-многограннику введен фиксатор направления, ограничивающий поворот оправы измерительного канала поверяемого прибора при повороте стола с призмой-многогранником по азимуту на требуемый угол. 2 ил.

 

Изобретение относится к области геодезии и, в частности, к устройствам для метрологической поверки и калибровки координатных средств измерений, например, электронных тахеометров, лазерных трекеров и сканеров.

Известен оптико-механический компаратор, состоящий из ряда бетонных столбов с установленными на них отвесно и в одной вертикальной плоскости микроскоп-микрометрами, расстояния между осями микроскоп-микрометров измеряются при помощи жезла известной длины, перемещаемого вдоль компаратора на каретке по рельсовому пути. Сумма перемещений составляет длину компаратора. С этой длиной сравниваются длины мерных приборов [1]. Известно также интерференционное устройство, в котором увеличение диапазона измерений происходит за счет многократного отражения лучей между зеркалами, установленными под соответствующим углом между ними [2]. Известно устройство, в котором для поверки и калибровки координат У и Z используются два двухкоординатных блока [3].

Наиболее близким по технической сущности является компаратор для поверки и калибровки координатных средств измерений, в котором для поверки и калибровки координатных средств измерений введены дополнительный жезл с калиброванными отверстиями, расстояние между которыми известно, призма-многогранник с двумя автоколлиматорами, система зеркал [4].

Недостатками указанных устройств являются: ограниченный диапазон при измерениях в интерференционном режиме, недостаточная точность за счет влияния внешних условий и отражений на зеркалах, за счет необходимости поворота уголкового отражателя при измерениях по координате У.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее ряд бетонных столбов с рельсами, на которых установлена подвижная каретка с эталонным инварным жезлом и расположенный над осью перемещаемого жезла отвесно и в одной вертикальной плоскости ряд микроскоп-микрометров, дополнительный жезл, уголковый отражатель, связанный оптически через систему зеркал с поверяемым прибором, призму-многогранник с двумя автоколлиматорами и два координатных блока с лазерными интерферометрами (трекерами), дополнительно введены: призменный блок, жестко закрепленный на подвижной каретке, и сменный (в зависимости от величины изменения поверяемой координаты) призменный блок с уголковым отражателем, жестко закрепленный на бетонном столбе, а также сменный фиксатор направления, ограничивающий поворот оправы поверяемого прибора по направлению поверяемой координаты.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1 и фиг.2), на которых показана принципиальная схема компаратора.

Широкодиапазонный компаратор для поверки и калибровки координатных средств измерений функционально содержит четыре стенда, расположенные на сорока трех изолированных фундаментах: стенд для поверки и калибровки горизонтальных измерительных систем УГ (совместно с ИР - координаты X и У), стенд для поверки и калибровки расстояний ИР (совместно с УГ - координаты X и У) и два координатных блока K₁ и K₂ для поверки и калибровки координаты Z (вертикальных измерительных систем и внутришаговых погрешностей по координатам У и Z).

Компаратор состоит из поверяемого координатного прибора 1, установленного соосно с эталонной призмой-многогранником 2 на ее оправе 3, расположенной на поворотном столе 4, двух автоколлиматоров 5 и 6, расположенных встречно друг другу, фиксатора направления, состоящего из блоков 7 и 9, кругового измерительного преобразователя 8, расположенного соосно с призмой-многогранником 2 внизу поворотного стола, системы зеркал 10, 11, 12, 13 и 14, эталонного инварного жезла 15, расположенного на подвижной каретке 16 вместе с уголковым отражателем 17 контрольного лазерного интерферометра 18, направляющих рельс 19, микроскоп-микрометров 20 и 21, поворотных зеркал 22, дополнительного композитного жезла 23 с калиброванными отверстиями 24, расположенного в направляющих 25, контрольного светодальномера 26, расположенного на подъемном механизме 27, уголковых отражателей 28 и 29, блока призм 30, блока призм 31, жестко скрепленного с уголковым отражателем 32, лазерных интерферометров (трекеров) 33 и 34, поворотных зеркал 35 и 36, пентапризм 37 и 38, двухкоординатных направляющих 39 и 40, уголковых отражателей 41 и 42, ЭВМ 43 и 44, фундаментов 45, 46, 47 и 48.

Компаратор работает следующим образом.

Перед началом измерений проверяется центрировка призмы-многогранника 2 на поворотном столе 4 по ее известным противоположным углам и показаниям автоколлиматоров 5 и 6. При измерениях координат электронными тахеометрами сначала на оправе 3 устанавливается эталонный электронный тахеометр, при этом на оправу объектива поверяемого прибора 1 устанавливается блок 7 с зеркалом, а блок 9 выполнен в виде автоколлиматора, выполняется его центрирование и горизонтирование, затем зрительная труба его поворачивается на известный угол β₄ по направлению на зеркало 11, при этом после зеркала пучок лучей измерительного канала параллелен направлению перемещения каретки 16 (приращения координат У и Z отсутствуют), измеряется расстояние от эталонного прибора до отражателя 32 при положении инварного жезла под первым микроскоп-микрометром 20. Затем вместо эталонного прибора на оправе 3 устанавливается поверяемый прибор 1, который после его центрирования и горизонтирования ориентируется на уголковый отражатель 32. При этом при ориентировании поверяемых приборов с лазерным указателем фиксатор направления выполнен в виде разрезного фотодиода, связанного с ЭВМ, при ориентировании поверяемых приборов, работающих в следящем режиме, ориентирование осуществляется по уголковым отражателям 41 или 45.

При измерениях по координате X зрительная труба поверяемого прибора 1 при помощи блока 7 фиксатора направления остается неподвижной. При перемещении каретки 16 на максимальное расстояние приращение координаты X по поверяемому прибору будет в восемь раз больше (зависит от количества уголковых отражателей в блоках призм 30 и 31).

При измерениях по координате У зрительная труба поверяемого прибора 1 при помощи блока 7 фиксатора направления остается также неподвижной. При этом на известный по призме-многограннику 2 угол поворачивается его корпус (подставка у электронного тахеометра). Заданная положением инварного жезла 15 координата X остается постоянной, эталонное значение координаты У вычисляется через координату X и известный угол поворота призмы-многогранника 2, погрешность измерения координаты У вычисляется как разность показаний координаты У по поверяемому прибору и вычисленному эталонному значению.

При измерениях по координате Z или Z и У (в режиме выявления внутришаговых погрешностей) зрительная труба поверяемого прибора ориентируется через угол β₂ или β₅=180°-β₂ на уголковые отражатели 41 или 42 соответственно. Эталонными средствами измерения в этом случае являются лазерные интерферометры (трекеры) 33 или 34, каждый из которых при этом отслеживает изменения сразу по двум координатам.

При поверке и калибровке интерференционных координатных преобразователей перемещений и приборов (лазерных трекеров и других) порядок измерений аналогичен.

Источники информации

1. кн. Спиридонов А.И. «Основы геодезической метрологии». - М.: Картгеоцентр-геодезиздат, 2003. - с.92-97.

2. кн. Кондрашков А.В. Интерференция света и ее применение в геодезии. - М.: Москва, 1956. - 247 с., ил.

3. Заявка на патент РФ № 2008146904/28 от 28.11.2008 г.

4. Патент РФ №2320961 С1, МПК G01C 1/00 (прототип)

Широкодиапазонный компаратор для поверки и калибровки координатных средств измерений, содержащий ряд бетонных столбов с рельсами, на которых установлена подвижная каретка с инварным эталонным жезлом и отражателем интерферометра, а над жезлом расположен ряд микроскоп-микрометров для базирования инварного жезла при перемещении каретки, два автоколлиматора, оптически сопряженные с эталонной призмой-многогранником, расположенной соосно с поверяемым координатным прибором, два координатных блока и дополнительный жезл для поверки циклической погрешности светодальномерных блоков, отличающийся тем, что для поверки и калибровки интерференционного измерительного канала координаты Х в него дополнительно введены два блока, состоящие из призм типа БР-180°, один из которых жестко закреплен на подвижной каретке, второй сменный - встречно первому установлен на неподвижном основании, количество призм в сменном блоке зависит от диапазона интерференционных измерений, для поверки и калибровки без перестановки поверяемого прибора координаты У по эталонной призме-многограннику введен фиксатор направления, ограничивающий поворот оправы измерительного канала поверяемого прибора при повороте стола с призмой-многогранником по азимуту на требуемый угол.