Устройство для определения пространственных координат точек

Номер инновационного патента: 22679

Опубликовано: 15.07.2010

Авторы: Есполов Тлектес Исабаевич, Бектанов Болатбек Кожахметулы, Тойлыбаев Мейрам Сейсенбайулы

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, позволяющие определять пространственное положение точки и может быть использовано для выполнения наземных топографических съемок.

Задачей изобретения является упрощение и повышение точности измерений.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение и повышение точности измерений.

Требуемый технический результат достигается тем, что устройство для определения пространственных координат точек, содержит источник излучения (лазер), коллиматор, закрепленные на оси вращения устройства, прямоугольную призму с гранью, имеющей зеркальные покрытия, вращающуюся головку с пентапризмой и делительной бипризмой, электродвигатель, светоделительную куб-призму, радиопередатчик и фотоэлектрическую рейку, устанавливаемую на снимаемой точке. Устройство также снабжено вторым отражающим элементом в виде зеркало. Куб-призма и зеркало расположены симметрично относительно призмы на фиксированном расстоянии 2R друг от друга, причем их отражающие поверхности ориентированы под углом 90° друг к другу и под углом 45° к проходящей через них оси X. В определяемой точке устройство содержит приемную оптическую систему, диафрагму, интерференционный фильтр, поляризатор-анализатор, последовательно подключенный фотоприемник, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и мини ЭВМ, при этом ось поляризатора-анализатора ориентирована либо горизонтально, т.е. находится в плоскости вращения пучков, либо вертикально.

Элементы, объединены в единую конструкцию и расположены на рейке с оцифровкой 14 с возможностью перемещения на каретке 15. На каретке имеется отсчетный индекс для взятия отсчетов по рейке при определении высоты.

При повороте головки вокруг вертикальной оси, наличие двух отклоняющих элементов позволяют получить две наклонные плоскости, которые позволяют измерять пространственные прямоугольные координаты точек с помощью экрана или фотоэлектрической рейки.

Съемку могут вести одновременно несколько реечников. При этом информация о координатах точек высвечивается на табло в цифровой форме и одновременно засылается в накопитель в закодированном виде.

Следует отметить, что при применении сканирующего лазерного излучения по определению координат точек, исключается необходимость присутствия человека у инструмента. При этом весьма существенным является то, что сбор геодезической информации, по которой рассчитываются пространственные координаты, осуществляется непосредственно в определяемой точке.

Смотреть все

(51) 01 15/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Есполов Тлектес Исабаевич Бектанов Болатбек Кожахметулы Тойлыбаев Мейрам Сейсенбайулы(73) Республиканское государственное казенное предприятие Казахский национальный аграрный университет Министерства образования и науки Республики Казахстан пр. Абая, д. 8, г. Алматы, 050010(56) Голов и др. Лазерная система для автоматизации топографической съемки местности. Геодезия и картография, 1986,10, с. 38-41(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ ТОЧЕК(57) Изобретение относится к геодезическому приборостроению,позволяющие определять пространственное положение точки и может быть использовано для выполнения наземных топографических съемок. Задачей изобретения является упрощение и повышение точности измерений. Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение и повышение точности измерений. Требуемый технический результат достигается тем,что устройство для определения пространственных координат точек, содержит источник излучения(лазер),коллиматор,закрепленные на оси вращения устройства,прямоугольную призму с гранью, имеющей зеркальные покрытия, вращающуюся головку с пентапризмой и делительной бипризмой,электродвигатель, светоделительную куб-призму,радиопередатчик и фотоэлектрическую рейку,устанавливаемую на снимаемой точке. Устройство также снабжено вторым отражающим элементом в виде зеркало. Куб-призма и зеркало расположены симметрично относительно призмы на фиксированном расстоянии 2 друг от друга,причем их отражающие поверхности ориентированы под углом 90 друг к другу и под углом 45 к проходящей через них оси . В определяемой точке устройство содержит приемную оптическую систему,диафрагму,интерференционный фильтр,поляризаторанализатор,последовательно подключенный фотоприемник,усилитель,аналого-цифровой преобразователь и мини ЭВМ, при этом ось поляризатора-анализатора ориентирована либо горизонтально, т.е. находится в плоскости вращения пучков, либо вертикально. Элементы, объединены в единую конструкцию и расположены на рейке с оцифровкой 14 с возможностью перемещения на каретке 15. На каретке имеется отсчетный индекс для взятия отсчетов по рейке при определении высоты. При повороте головки вокруг вертикальной оси,наличие двух отклоняющих элементов позволяют получить две наклонные плоскости, которые позволяют измерять пространственные прямоугольные координаты точек с помощью экрана или фотоэлектрической рейки. Съемку могут вести одновременно несколько реечников. При этом информация о координатах точек высвечивается на табло в цифровой форме и одновременно засылается в накопитель в закодированном виде. Следует отметить, что при применении сканирующего лазерного излучения по определению координат точек, исключается необходимость присутствия человека у инструмента. При этом весьма существенным является то, что сбор геодезической информации, по которой рассчитываются пространственные координаты, осуществляется непосредственно в определяемой точке. 22679 Предполагаемое изобретение относится к геодезическому приборостроению, позволяющие определять пространственное положение точки, а также может быть использовано для выполнения наземных топографических съемок. Известен Тахеометр (А.с. 1238508. Тахеометр. Кочетов Ф. Г., Виноградов В. В. - Опубл. в Б.И.22, 1988. МКИ 01 С 15/00), который содержит угломерный блок, визирное устройство, устройство формирования параллактического угла,включающее делительную куб-призму,прямоугольную и три конусных призмы, два микроэлектродвигателя, радиоприемник и оптический квантовый генератор с коллиматором. В процессе работы линию пересечения лазерных плоскостей, образованных конусными призмами,ориентируют на север и по фотоэлектрической рейке на определяемой точке отсчитывают их прямоугольные координаты. Недостатками данного тахеометра являются сложность конструкции, невысокая точность и малый диапазон работы из-за большого рассеяния излучения конусными призмами. Наиболее близким техническим решением к заявляемому по технической сущности является система для топографической съемки местности(Голов и др. Лазерная система для автоматизации топографической съемки местности . Геодезия и картография, 1986, 10, с 38-41). Система содержит угломерный блок,вращающую головку с бипризмой,микроэлектродвигатель, ОКГ с коллиматором,радиопередатчик и фотоэлектрическую рейку,устанавливаемую на снимаемой точке. В процессе работы с помощью угломерного блока систему ориентируют по начальному направлению,на определяемой точке устанавливают фоторейку и включает электропитание. При вращении головки нижний лазерный пучок образует горизонтальную плоскость, а верхний - коническую поверхность. Радиопередатчик передает в виде импульсов информацию об угле поворота вращающейся головки относительно начального направления. В точке установки рейки определяются превышение(по горизонтальной плоскости) и горизонтальное расстояние (с помощью параллактического угла между горизонтальной плоскостью и конусной поверхностью). Таким образом, получают полярные координаты точки горизонтальный угол,горизонтальное расстояние и высоту (отметку). Устройству - прототипу присущи следующие недостатки процесс измерений сложен из-за большого количества операций точность измерений невысока из-за сложности юстировки импульсного диска со считывающими элементами и влияния радиопомех во время транслирования угловой информации. Кроме того, данное устройство позволяет получить полярные координаты,а не прямоугольные, которые предпочтительнее при автоматизации процессов обработки информации. 2 Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение и повышение точности измерений. Требуемый технический результат достигается тем,что устройство для определения пространственных координат точек содержит источник излучения(лазер),коллиматор,прямоугольную призму с гранью, имеющей зеркальные покрытия, светоделительную кубпризму и зеркало, расположенные симметрично относительно призмы на фиксированном расстоянии 2 друг от друга, причем их отражающие поверхности ориентированы под углом 90 друг к другу и под углом 45 к проходящей через них оси. Кроме того, устройство в определяемой точке содержит приемную оптическую систему,диафрагму,интерференционный фильтр,поляризатор-анализатор,последовательно подключенный фотоприемник, усилитель, аналогоцифровой преобразователь и мини ЭВМ. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами- на фиг. 1 показан схематический чертеж предлагаемого устройства- на фиг. 4 - система с вращающимся базисом. Устройство для определения пространственных координат точек содержит источник излучения(лазер) 1, коллиматор 2, прямоугольную призму 3 с гранью,имеющей зеркальные покрытия,светоделительную куб-призму 4,второй отражающий элемент, например, зеркало 5. Кубпризма 4 и зеркало 5 расположены симметрично относительно призмы 3, на фиксированном расстоянии 2 друг от друга, причем их отражающие поверхности ориентированы под углом 90 друг к другу и под углом 45 к проходящей через них оси . Элементы 4 и 5 установлены с возможностью юстировки так, чтобы можно было расположить их в одной, например, горизонтальной плоскости. Аналогично установлен и элемент 3. В определяемой точке установка содержит приемную оптическую систему 6,диафрагму 7,интерференционный фильтр 8, поляризаторанализатор 9, последовательно подключенный фотоприемник 10, усилитель 11, аналого-цифровой преобразователь 12 и мини ЭВМ 13. При этом ось поляризатора-анализатора ориентирована либо горизонтально, т.е. находится в плоскости вращения пучков, либо вертикально. Элементы 6, 7, 8, 9 и 10 объединены в единую конструкцию и расположены на рейке с оцифровкой 14 с возможностью перемещения на каретке 15. На каретке имеется отсчетный индекс для взятия отсчетов по рейке при определении высоты. Устройство для определения пространственных координат точек работает следующим образом. При работе в исходном пункте излучатель 1 формирует световой поток, поступающий в коллиматор 2, уменьшающий расходимость потока,после чего он поступает на зеркальные поверхности грани призмы 3 и делится на два потока. Первый 22679 поступает на светоделительную куб-призму 4 и в свою очередь делится на два - прошедший - ах и отклоненный на 90 - ау. Таким образом,формируется пара пучков, ориентированных по осям координат ОХ и ОУ. Второй поток излучения попадает на зеркало 5, отражается от него параллельно пучку, ау в виде пучка, ау. Может быть также реализован и вариант с направлением пучка, ау в сторону, противоположную пучку, а. Так как излучение лазера плоскополяризованное,то векторплоскости поляризации для всех трех пучков будет ориентирован одинаковым образом. Его ориентацию можно установить в любое положение путем разворота источника излучения вокруг продольной оси или самой установки. Например, для определенности примем, что при совмещении пучка по исходному направлениювектор плоскости поляризации ориентирован в вертикальной (можно и в горизонтальной) плоскости так, как показано на фиг.1. Допустимо также использование поляризатора в передающем блоке с тем, чтобы увеличить степень поляризации излучения. В определяемой точке устанавливают рейку 14 с блоком регистрации. Включают электродвигатель, в результате чего элементы 3, 4, и 5 придут во вращение вокруг оси , например, по ходу часовой стрелки. Вследствие поворота пучков относительно неподвижного излучателя 1 синхронно повернутся и плоскости поляризации в пучках. Эффект поворота плоскостей поляризации приведет к тому, что пропускание поляризатора-анализатора 9, а значит и фототока на выходе фотоприемника 10 будут различны для каждого из пучков. Так в блоке регистрации сформируется сигнал интенсивностью х при пересечении фотоприемника пучком ах(1) В следующий момент времени точкупересечет пучок ау и сформируется сигнал У 2(90),(2) а затем пучок у с сигналом у 0 2 (90-).(3) Сигналы последовательно преобразуются из аналогового состояния в цифровое в АЦП 12 после их усиления в 11 поступают в мини ЭВМ 13,которая реализует алгоритмы-1,(6) которые получают путем тригонометрических преобразований (2) - (4), образуя разность и сумму из отношений фиксированных интенсивностей,расстояние между пунктами О и М (фиг.4). Таким образом, за один поворот пучков автоматически определяют полярные координаты т. М - х и , высоту же определяют известным путем по фиксации отсчета по рейке по специальному отсчетному индексу на каретке 15 (фиг.3). Точность определения координат определяется геометрией схемы измерений и точностью входящих в (5)-(7) параметров. Так, известно, что точность регистрации положения плоскости поляризации , т.е.. Это означает, что при 1 м, погрешность определения расстояния/10-310-4, что не уступает лучшим известным аналогичным решениям. Таким образом, установка позволяет более полно автоматизировать измерительный процесс при высокой точности определения координат. В свою очередь эта особенность позволяет использовать е при определении координат подвижного объекта. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для определения пространственных координат точек, содержащий источник излучения(лазер), закрепленные на оси вращения устройства,коллиматор, прямоугольную призму с гранью,имеющей зеркальные покрытия, вращающуюся головку с пентапризмой и делительной бипризмой,электродвигатель, светоделительную куб-призму,радиопередатчик и фотоэлектрическую рейку,устанавливаемую на снимаемой точке,отличающийся тем что, он снабжен вторым отражающим элементом в виде зеркало, куб-призма и зеркало расположены симметрично относительно призмы на фиксированном расстоянии 2 друг от друга, причем их отражающие поверхности ориентированы под углом 90 друг к другу и под углом 45 к проходящей через них оси , а в определяемой точке устройство содержит приемную оптическую систему,диафрагму,интерференционный фильтр, поляризатор-анализатор,последовательно подключенный фотоприемник,усилитель,аналого-цифровой преобразователь и мини ЭВМ, при этом ось поляризатора-анализатора ориентирована либо горизонтально, т.е. находится в плоскости вращения пучков, либо вертикально.