[1]Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерительным средствам для контроля прямолинейности и соосности при монтаже и сборке крупногабаритных изделий на трассе большой протяженности (до 100 метров и более).
[2]В предлагаемом изобретении решается задача повышения точности и производительности измерения непрямолинейности и несоосности, а также снижения трудоемкости и стоимости процесса измерений в недоступных сложных конструкциях крупногабаритных изделий.
[3]В известных измерителях непрямолинейности: визирных трубах типа ППС-11, оптических струнах типа ДП-725, приборах фирм «Тейлор-Гобсон», «Кейфель-Эссер» и других точных измерительных трубах за базовую ось принимают линию визирования трубы. Для реализации базового направления при этом необходимо иметь две марки, установленные в крайние точки базы, причем первая не должна полностью перекрывать целевой знак второй, дальней марки.
[4]Классической схемой совмещения визирной оси прибора с базовой фиксирующей осью марки является метод последовательной перестановки марки. Одна и та же марка поочередно устанавливается в крайние точки базы, а совмещение осуществляется путем линейных и угловых смещений визирной оси прибора. Точность совмещения визирной и базовой осей в основном определяется видом целевых знаков марки. Исходя из точности контроля, к ним предъявляются высокие требования контраста целевого знака, достаточной освещенности, а при контроле соосности, к точности установки, центрировки относительно оси базового направления или оси контролируемого отверстия.
[5]Метод перестановок марок является малопроизводительным, причем трудоемкость его возрастает при увеличении дистанции измерения, а конструкция марок не дает возможности вести одновременно контроль в нескольких точках трассы. Такие приборы могут быть использованы для контроля соосности и прямолинейности только отдельных элементов, выделенных из трассы большой протяженности.
[6]Также существенным недостатком указанных измерителей является необходимость использования в процессе измерения двух операторов, один из которых работает с трубой, другой - с маркой. Там, где условия эксплуатации или производственные условия не позволяют использовать человека для перестановки марок, данный прибор вообще не применим.
[7]Известна светоделительная марка /1/, применяемая в визирных трубах с аксиконом, который работает различными зонами на разных дистанциях. Трудоемкость операции совмещения визирной оси и базового направления снижается применением светоделительной марки. Однако визирная труба с такой светоделительной маркой может быть использована только для контроля прямолинейности. Применение ее для контроля соосности не известно, так как затруднено из-за сложности конструкции, содержащей блок питания с проводами, источник света, конденсор, светоделительную пластину, проектирующих изображение светящейся точки на ось контролирующего отверстия, для чего требуется юстировка оптической схемы марки и точное центрирующее устройство.
[8]Перечисленные выше недостатки визирных труб снижают точность измерения непрямолинейности и несоосности. Кроме этого их применение ограничено для точных измерений на расстояния более 10 метров из-за резкого падения чувствительности визирных труб.
[9]В настоящее время для контроля прямолинейности при монтажных работах и сборке крупногабаритных изделий на больших расстояниях широкое распространение находят лазерные приборы.
[10]В известных лазерных измерителях непрямолинейности (Лазерная измерительная система FIXTURLASER LEVEL шведской фирмы, Лазерный интерферометр XL-80 английской фирмы RENISHAW) базовое направление образовано лазерным лучом. Для реализации базового направления также необходимо иметь две марки. Одна марка жестко крепится и служит для формирования опорного луча, другая перемещается и формирует измерительный луч переменной длины. Для установки марок вдоль длинных осей в процессе измерений используют различные установочные и крепежные приспособления. В результате, снижается точность и производительность измерений. По сравнению с визирными трубами лазерные измерители непрямолинейности работают на больших расстояниях, но конструкция марок в этих приборах так же, как и в визирных трубах, не дает возможности вести контроль одновременно в нескольких точках трассы. Определение отклонений от прямолинейности осуществляется путем установки приемника или измерительной марки в нескольких точках контролируемого объекта и измерении их отклонений от оси, задаваемой излучением лазера. Такие приборы могут быть использованы для контроля прямолинейности только отдельных элементов, выделенных из трассы большой протяженности. Кроме этого в описаниях указанных лазерных измерителей непрямолинейности не упоминается, что они предназначены для контроля соосности.
[11]В предлагаемом изобретении отсутствуют вышеуказанные недостатки и решается задача повышения точности и производительности измерения непрямолинейности и несоосности, появляется возможность измерений в недоступных конструкциях без необходимости присутствия наблюдателя, упрощается процесс измерения.
[12]Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является Лазерный измеритель непрямолинейности /3/, который является прецизионным измерительным прибором, предназначенным для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий на всех стадиях их изготовления, монтажа, разметки, сборки и эксплуатации.
[13]Он содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, и измерительный блок с фотоприемником, подключенным к вычислительному блоку. В отличие от известных, указанных выше лазерных измерителей непрямолинейности, в приборе решена задача снижения погрешности измерений из-за нестабильности положения оси диаграммы направленности лазерного излучения, но, как и во всех рассмотренных выше измерителях непрямолинейности, нет возможности вести одновременно контроль в нескольких точках трассы. Требуется перемещение марки или приемника вдоль контролируемой трассы.
[14]Отличительной особенностью предлагаемого изобретения является то, что оптическая система, создающая стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного пучка лучей, с целью создания возможности вести измерения непрямолинейности и соосности одновременно в нескольких точках протяженной трассы для повышения точности, производительности и упрощения процесса измерения, дополнена узлом из двух оптических клиньев, установленных навстречу друг другу и светоделителем, а измерительный блок дополнен базовой маркой с трипельпризмой, и измерительной маркой, состоящей из двух трипельпризм, расположенных симметрично относительно базовой оси. При этом лазер, оптическая система и фотоприемник размещены на одном общем основании.
[15]На фиг. 1 представлена принципиальная схема предполагаемого изобретения - Лазерного измерителя непрямолинейности, где 1 - лазер; 2 - оптическая система преобразования лазерного излучения; 3 - светоделитель; 4 - блок оптических клиньев; 5 - базовая марка - трипельпризма; 6 - измерительная марка с двумя трипельпризмами, расположенными симметрично относительно базовой оси; 7 - цифровая камера с фотоприемником; 8 - вычислительный блок; 9 - блок отображения информации (компьютер).
[16]Прибор работает следующим образом.
[17]Лазерный пучок после интерференционного преобразования оптической системой 2 в стабильную базу большой протяженности в виде кольцевой структуры с центральным ярким пятном, пройдя светоделитель 3, направляется на базовую марку - трипельпризму 5, установленную в конечной точке контролируемого объекта. После отражения от базовой марки изображение кольцевой структуры лазерного пучка проектируется светоделителем 3 в плоскость фотоприемника цифровой камеры 7. Цифровая камера преобразует сигналы приемника в цифровой видеосигнал и передает его в вычислительный блок 8. Последний передает сигналы в блок отображения информации 9, который выводит изображение кольцевой структуры на свой экран, (на экран дисплея прибора или в компьютер). На фиг. 2 показано изображение кольцевой структуры лазерного пучка, отраженное от базовой марки, которое устанавливают в центр перекрестия компьютера и принимают за нулевое положение с координатами X0 и Y0.
[18]Затем включают узел клиньев 4, который состоит из двух оптических клиньев, установленных навстречу друг другу. Измерительная марка 6 содержит две трипельпризмы П1 и П2, расположенные симметрично относительно оси на определенном расстоянии друг от друга. Узел клиньев 4 занимает два положения. В положение «а» лазерный луч пройдя узел клиньев попадает на трипельпризму П1. После отражения от трипельпризмы П1 лазерный луч снова проходит через узел клиньев, светоделитель 3, попадает на приемник, в вычислительный блок. На экране компьютера наблюдают изображение кольцевой структуры лазерного луча, полученного отражением от трипельпризмы П1 измерительной марки, и измеряют координаты положения этого изображения X1 и Y1, которые заносят в память компьютера. Узел клиньев поворачивают на 180°, в положение «б». В этом случае лазерный луч пройдя узел клиньев, отклоняется от оси и попадает на трипельпризму П2. Отраженное от трипельпризмы П2 изображение кольцевой структуры лазерного луча наблюдают на экране компьютера и измеряют координаты положения изображения X2 и Y2, которые также заносят в память компьютера. По результатам измерений X1, Y1 и X2, Y2 с помощью компьютера определяют смещение центра измерительной марки с оси и отклонение от соосности относительно базовой марки с координатами X0 и Y0. При этом по разработанной программе компьютер вычисляет абсолютную величину вектора несоосности, L1=δX12+δY12
и угол направления вектора несоосности - «φ», который определяется по формуле.
[20]Как видно из описания принципиальной схемы и работы прибора, на экране компьютера можно наблюдать изображение базовой марки, расположенное на оси, и изображения, от смещенных с оси марок - трипельпризм, и производить измерения положения базовой марки и положение центра измерительной марки относительно базовой оси, не перемещая в процессе измерения вдоль линии измерения ни измерительную марку, ни приемник и не меняя положение прибора. Технический эффект: повышение точности и производительности измерений, упрощение процесса измерений.
[21]Важным отличительным преимуществом предлагаемого измерителя непрямолинейности является отсутствие необходимости точной установки измерительной марки на ось базового направления излучения или, в случае, измерения несоосности, точной установки на ось контролируемого отверстия. Для чего в известных измерителях непрямолинейности применяют специальные центрирующие приспособления.
[22]В предполагаемом изобретении благодаря совместному использованию отличительных признаков: узла оптических клиньев и измерительной марки, состоящей из двух трипельпризм, установленных симметрично базовой оси, положение центра измерительной марки относительно базовой оси определяется автоматически компьютером по двум измерениям координат X1, Y1 и X2, Y2 и не требуется никаких центрировочных приспособлений.
[23]Условием совмещения центра измерительной марки с базовой осью являются равенства: X1=X2 и Y1=Y2.
[24]Еще одним преимуществом предполагаемого изобретения является отсутствие необходимости двух операторов для перестановки марки или приемника при измерениях на больших дистанциях и в трудных условиях установки измерительных марок в конструкциях сложных крупногабаритных объектов. Например, в атомном машиностроении: при контроле точности сборки многотонных узлов шахты с корпусом реактора на глубине более 13 метров; в судостроении: при пробивке оси валопроводов, при контроле параметров внутренней геометрии изделия длиной более 20 метров, при контроле положения оси изделия относительно диаметральной и основной плоскости корабля с использованием базовых и измерительных марок с обеспечением автоматического считывания измерительной информации и передачей ее в программно-технический комплекс, и в других подобных производственных условиях.
[25]Итак, вследствие наличия перечисленных отличительных характеристик, предлагаемый Измеритель непрямолинейности и несоосности имеет важные преимущества.
[26]Во-первых, Измеритель позволяет вести измерения непрямолинейности и соосности одновременно в нескольких точках протяженной трассы.
[27]Во-вторых, нет необходимости двух операторов для перестановки марки или приемника при измерениях на больших дистанциях и в трудных условиях установки измерительных марок.
[28]В-третьих, нет необходимости точной установки измерительной марки или мишени на ось базового направления или на ось контролируемого отверстия.
[29]Технический эффект: повышение точности измерений непрямолинейности и несоосности на больших расстояниях, снижение трудоемкости и себестоимости процесса измерений.
[31]1. Братов В.П. Марка для контроля прямолинейности и соосности к визирной трубе с аксиконом. Ав. св. №538219, 13.08.76, стр. 84.
[32]2. Пинаев Л.В., Леонтьева Г.В., Бутенко Л. Н., Серегин А.Г. Лазерный измеритель непрямолинейности. Патент России №2457434. 2010.
[33]3. Леонтьева Г.В. Лазерный измеритель непрямолинейности. - Лазерная струна. «Оптический журнал», №10, 2012 г.
[35]Фиг. 1 - Принципиальная схема лазерного измерителя.
[36]Фиг. 2 - Кольцевая структура лазерного луча.
