способ геодезических измерений объемных объектов по заданным световым маркам и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ геодезических измерений объемных объектов по заданным световым маркам, заключающийся в том, что разбивают геодезический базис вблизи контрольного объекта, устанавливают в конечных пунктах базиса задатчик световых марок и измерительный прибор производят взаимоориентацию прибора и задатчика световых марок, направляют лазерный пучок на контролируемый объект, задают угол наклона лазерного пучка, формируют на поверхности объекта световую марку необходимого размера, регистрируют угловые координаты световой марки при помощи измерительного приборы, последовательно изменяют пространственное положение лазерного пучка, одновременно измеряя координаты световой марки, повторяют эти операции необходимое число раз, а затем вычисляют пространственные координаты точек поверхности контролируемого объекта в системе координат базиса и определяют форму контролируемого объекта, отличающийся тем, что при направлении лазерного пучка на контролируемый объект разделяют его не менее, чем на три пучка, причем центральный из них является неподвижным и соосным с осью лазерного пучка до разделения, а периферийные имеют возможность фиксированного изменения направлений относительно центрального пучка, дополнительно формируют на фрагменте контролируемой поверхности не менее двух световых марок, одна из которых, сформированная центральным пучком, является опорной, регистрацию угловых координат производят для всех световых марок, изменение положения производят для всех периферийных лазерных пучков, одновременно измеряя координаты всех периферийных световых марок.

2. Устройство для задания опорных световых марок, состоящее из лазера, формирующей оптической системы с механизмом фокусировки лазерного пучка, тубуса оптической системы, двух механизмов поворота устройства вокруг вертикальной и горизонтальных осей, снабженных отсчетными устройствами, и геодезического трегера, отличающееся тем, что на выходе формирующей оптической системы дополнительно введены светоделитель, разделяющий основной лазерный пучок не менее, чем на три, причем центральный из них соосен с основным, и устройство управления угловыми наклонами периферийных лазерных пучков, снабженное отсчетным механизмом.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что светоделитель выполнен в виде куб-призмы, на диагональную светоделительную грань которой нанесено оптическое покрытие с коэффициентом отражения ₁, а на одну из боковых рабочих граней нанесено оптическое покрытие с коэффициентом ₂, а устройство управления периферийными лазерными пучками выполнено в виде двух плоских зеркал, установленных симметрично относительно боковых рабочих граней куб-призмы под равными углами к оптической оси устройства с возможностью одновременного углового поворота на одинаковые углы противоположного знака относительно оптической оси устройства и фиксированным расстоянием между осями поворота зеркал, а также механизма поворота зеркал, снабженного микрометренной шкалой, причем светоделитель и устройство управления периферийными лазерными пучками закреплены в едином корпусе, выполненном в виде насадки на тубус оптической системы и закрепленном на нем с возможностью фиксированного поворота вокруг оптической оси устройства.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что коэффициенты отражения светоделительных покрытий на диагональной и боковой рабочей граней куб-призмы выбирают из соотношения



где ₁ < 0,5,

₁- коэффициент отражения светоделительного покрытия, нанесенного на диагональную грань куб-призмы;

₂- коэффициент отражения светоделительного покрытия, нанесенного на боковую рабочую грань куб-призмы.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что дополнительно введен второй светоделитель в виде куб-призмы, установленный непосредственно за первой светоделительной куб-призмой так, что боковые рабочие грани перпендикулярны боковым рабочим граням первого светоделителя, на диагональную грань нанесено оптическое покрытие с коэффициентом отражения ₃, а на одну из боковых рабочих граней нанесено оптическое покрытие с коэффициентом ₄, а также дополнительно введены два плоских зеркала, установленные симметрично относительно боковых рабочих граней второй куб-призмы под равными углами к оптической оси устройства с возможностью одновременного углового поворота на одинаковые углы противоположного знака относительно оптической оси устройства и фиксированным расстоянием между осями поворота зеркал, второй механизм поворота второй пары зеркал, снабженный микрометренной шкалой.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что коэффициенты отражения светоделительных покрытий первой и второй куб-призмы выбирают из соотношений



где ₁ < 0,33,

₃- коэффициент отражения делительного покрытия, нанесенного на диагональную грань второй куб-призмы;

₄- коэффициент отражения светоделительного покрытия, нанесенного на одну из боковых рабочих граней второй куб-призмы.

7. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что светоделитель выполнен в виде прозрачной пирамиды с сошлифованной плоскостью при вершине параллельно основанию и зеркальными покрытиями на боковых гранях, установленной соосно оси оптической системы устройства таким образом, чтобы сошлифованная поверхность при вершине была обращена к формирующей оптической системе.

8. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что светоделитель выполнен в виде гибкого волоконного световода, имеющего один входной торец и не менее трех выходных, закрепленных между лазером и формирующим объективом, перед входным торцом световода установлен конденсор, каждый из выходных торцов снабжен собственным микрообъективом, а устройство управления угловыми наклонами периферийных лазерных пучков выполнено в виде механизма радиального перемещения выходных торцов световода с микрообъективами и снабженного отсчетным устройством.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение предназначено для проведения геодезических измерений объектов сложной пространственной конфигурации, таких как архитектурные памятники, гидроэлектростанции, а также для контроля правильности формы при монтаже и сборке корпусов самолетов, вертолетов, судов, подводных лодок, спутниковых антенн и т.д.

Известен лазерный теодолит SLT 20 (проспект японской фирмы "Sokkisha", 1986), использующий лазерный пучок света для контроля прямолинейности и соосности объектов машиностроения, маркшейдерских работ и т.д. Основным недостатком такого устройства является соосность визуального и лазерного каналов, в результате чего изменение углового положения зрительной трубы и лазерного пучка происходят одновременно, что сужает возможности его применения и снижает точность измерений пространственных объектов с отсутствием фиксированных световых марок на поверхности контролируемых объектов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является метод измерения объектов сложной конфигурации, используемый в теодолитной измерительной системе Kern Swiss ECDC-2 (проспект швейцарского концерна "Лайка", 1989), заключающийся в том, что формирователь лазерного светового пятна на поверхности контролируемого объекта и измерительный прибор (в проспекте предлагается использовать две и более теодолитные станции) располагают в конечных пунктах геодезического базиса, задают различные наклоны лазерного пучка, регистрируют угловые координаты световой марки на поверхности контролируемого объекта при помощи измерительного прибора и по результатам измерений вычисляют координаты точек поверхности контролируемого объекта в относительной системе координат, а также определяют форму контролируемого объекта.

Недостатком данного метода и устройства измерения объектов конфигурации является формирование всего одной световой марки на поверхности контролируемого объекта, что позволяет фиксировать угловые координаты только одной точки поверхности и вынуждает для снятия последующих отсчетов изменять наклон лазерного пучка, что приводит к низкой информативности процесса регистрации угловых координат и снижению достоверности и точности проводимых измерений за счет накапливаемых ошибок задания углов наклона лазерного пучка и отсутствия опорных световых марок.

Заявляемый способ измерений отличается тем, что на поверхности контролируемого объекта формируют одновременно не менее трех световых марок, одна из которых является опорной и сохраняет пространственные координаты за время измерения конкретного фрагмента контролируемой поверхности, а координаты остальных (периферийных) световых марок изменяют относительно опорной световой марки.

Заявляемое устройство для задания световых марок отличается наличием светоделителя лазерного излучения на три и более световых пучка и соответствующим количеством поворотных устройств лазерных пучков с отсчетными механизмами углов поворота, а также оригинальными конструкциями светоделителей.

Указанные признаки обеспечивают повышение информативности и достоверности проводимых измерений, одновременно создавая дополнительные удобства в работе, что приводит к повышению производительности труда.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема измерения фрагмента объемного объекта, в которой использованы три световые марки, формируемые на поверхности объекта. На фиг. 2 пример использования заявляемого метода измерений при обмерах архитектурных памятников. На фиг. 3 пример использования данного способа для контроля формы корпуса самолета. На фиг. 4 принципиальная схема устройства задатчика трех световых марок. На фиг. 4 и 5 оптические схемы устройств задатчиков пяти и более световых марок. На фиг. 6 оптическая схема задатчика световых марок с волоконно-оптическим светоделителем.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом (фиг. 1)

Предварительно определяют характер поверхности контролируемого объекта, условия измерений (метрологические, климатические, сейсмические и т.д.) и необходимую точность измерений. После чего определяют стандартный набор геодезических инструментов, необходимых для проведения работ заданного класса точности. Затем выбирают базис (или систему базисов), удобный для производства измерений вблизи контролируемого объекта и закрепляют его твердыми точками. Измеряют длину базиса B_1,2 (фиг. 1) и устанавливают на одном конце базиса (т. 1) измерительный инструмент (теодолит, фототеодолит, телекамеру и т.д.), а на другом конце базиса (т. 2) задатчик световых марок. Инструмент и задатчик устанавливают на идентичных штативах или других вспомогательных устройствах. Проводят взаимоориентацию измерительного прибора и задатчика световых марок (ориентируют лимбы измерительного инструмента по задатчику световых марок, измеряют высоту измерительного инструмента и задатчика, определяют высоту превышения т. 1 над т. 2 базиса B_1,2 и т.д.). Определяют диапазон вертикальных углов задатчика, который должен быть охвачен световыми марками и необходимый шаговый угол наклона задатчика при переходе от измерения одного фрагмента поверхности контролируемого объекта к последующему. Затем направляют лазерное излучение задатчика (т. 2) световых марок на поверхность контролируемого объекта, задают начальный фиксированный вертикальный угол наклона _2A основного лазерного пучка, разделяют основной лазерный пучок на несколько пучков (не менее трех), причем один из них должен быть основным и является главным, формируют путем перефокусировки оптической системы задатчика на фрагменте поверхности контролируемого объекта одновременно не менее трех световых марок (A, C, D на фиг. 1), одна из которых, формируемая главным пучком, является опорной (т. А). При этом обеспечивают возможность изменения угловых координат остальных (периферийных) световых марок т. C и т. D. После чего, используя измерительный инструмент, устанавливаемый в т. 1, регистрируют угловые координаты (вертикальные углы: _1A,_1C,_1D... и горизонтальные углы: _A,_C,_D...) всех световых марок A, C, D. начиная с опорной световой марки A.

Затем последовательно изменяют угловые координаты периферийных световых марок (C₁ и D₁ на фиг. 1), задавая приращения горизонтальным _C,_D или вертикальным _2C,_2D углам, регистрируют измененные направления периферийных лазерных пучков, одновременно производят измерения новых угловых координат смещенных периферийных световых марок C и D при помощи измерительного инструмента, установленного в т. 1. При этом опорная световая марка А остается неподвижной и является центром координатной сетки, состоящей из подвижных периферийных световых марок.

Получив информацию о всех интересующих точках фрагмента контролируемой поверхности, переходят к следующему соседнему фрагменту путем изменения на фиксированную величину одной из угловых координат одновременно всех лазерных пучков, включая главный. В этом случае следует пользоваться предоставляемой возможностью наложения (или перекрытия) соседних измеряемых фрагментов контролируемой поверхности, что достигается наведением измерительного инструмента на крайнюю периферийную световую марку первого фрагмента (ближайшую к центру соседнего измеряемого фрагмента) и измерения угловой координаты задатчика световых марок таким образом, чтобы другая (противоположная ей по первому фрагменту) периферийная световая марка оказалась точно на месте предыдущей (т.е. имела бы одинаковые угловые координаты предыдущей). После чего вновь осуществляется привязка опорной световой марки и процесс измерений на новом фрагменте контролируемой поверхности повторяется.

Количество световых марок, формируемых на поверхности контролируемого объекта должно быть не менее трех, т.к. каждые три точки, не лежащие на одной прямой, определяют пространственное положение плоскостей, из элементарных участков которых, заключенных в треугольниках между световыми марками, можно восстановить поверхность контролируемого объекта сколь угодно сложной формы в том или ином приближении. Если даже все три точки лежат на одной прямой, то это представляет удобства при профилировании поверхности контролируемого объекта по одной из угловых координат, которое осуществляется пошаговым перемещением периферийных световых марок относительно неподвижной опорной марки. В этом случае возможно взятие отсчетов с микрометренного винта задатчика световых марок, исключая использование измерительного инструмента.

Наличие нескольких световых марок на измеряемой поверхности создает значительные удобства как при разбивке системы базисов, так и при переносе инструмента с пункта на пункт (смене базисов), обеспечивая дополнительную геодезическую привязку непосредственно к контролируемому объекту. В результате измерений определяют угловые координаты всех необходимых точек поверхности A, C, D, C₁, D₁. а также величину базиса B_1,2, что дает возможность вычислить по известным формулам значения:

горизонтальных проложений S_1A"; S_1C"; S_1D". между точками 1, 2, A", C", D" и т.д.

превышений h_1A, h_2A. точек 1, 2 и т.д. относительно A, C, D.

координат x_A, Y_A, Z_A, X_C. в системе базиса;

приращений координат .

Таким образом, вычисляют пространственные координаты точек поверхности, обозначенных во время измерения световыми марками в системе координат начального базиса B_1,2. Учитывая, что углы задатчика _2A,_A также известны с необходимой точностью, то каждая из координат может быть вычислена дважды с обеих концов базиса, что обеспечивает появление избыточных измерений за счет использования отсчетных устройств задатчика световых марок. Здесь особенно важно, что при проведении съемок высотных объектов осуществляется двойная фиксация вертикальных координат (Z_А; Z_С.) за один установ инструмента.

Следует отметить, что процесс вычислений может быть значительно упрощен, если угол _A между горизонтальными проложением S_2А" и базисом B_1,2 будет прямым, а углы _C и _D между горизонтальными проложениями S_2D" и S_2А" будут постоянно равны между собой в процессе измерений.

После вычисления пространственных координат измеренных точек определяют форму поверхности контролируемого объекта.

Предложенный способ измерений удобен для проведения обмеров при архитектурно-реставрационных работах (фиг. 2). В этих случаях в качестве измерительного инструмента используют теодолит средней точности (поз. 3 на фиг. 2) или фототеодолитный комплекс. В случае фототеодолитной съемки, задатчик световых марок (поз. 4) может быть использован для создания дополнительной координатной сетки на фотоснимке. В случае теодолитной съемки разработанный способ измерений облегчает детальные исследования отдельных архитектурных фрагментов, профилирование горизонтальных и вертикальных сечений, позволяет проводить измерения в условиях слабой освещенности, и, что особенно важно, обеспечивает точное определение формы объектов сложной конфигурации (купол церкви на фиг. 2) за счет аппроксимации поверхности в виде элементарных участков плоскостей (AOB;COB;COD,DOA)..

Возможно применение данного способа измерений при контроле монтажа объектов такой сложной конфигурации, как фюзеляж самолета (фиг. 3). В этих случаях один задатчик световых марок (поз. 3) может работать одновременно с несколькими измерительными инструментами, в частности с теодолитами, снабженными видеокамерами (2 и 2"), сопряженными с вычислительными устройствами (3 и 3"). Подобные измерения требуют применения высокоточных устройств ориентации задатчика и механизмов задания направлений лазерных пучков, накладывают жесткие требования на фокусировку световых марок на поверхности контролируемого объекта. Применение данного способа обеспечивает повышение информативности измерений за счет одновременной обработки данных сразу о нескольких фиксированных точках конструкции, исключает накапливание ошибок при измерении всего фрагмента за счет присутствия неподвижной опорной световой марки, обеспечивает высокоточную геодезическую привязку при переходе на следующий фрагмент или при переносе измерительного инструмента с пункта на пункт. Метод позволяет определять координаты точек на абсолютно гладкой поверхности, не имеющей характерных признаков. Разработанный метод не исключает автоматизации задания положения световых марок на поверхности объекта по специально разработанной программе.

Устройство для задания реализации данного метода геодезических измерений является непосредственно задатчиком лазерных световых марок и может иметь несколько конструктивных решений.

На фиг. 4 представлена принципиальная схема лазерного задатчика световых марок со светоделителем, разделяющим основной лазерный пучок на три. Устройство состоит из лазера 1, формирующей оптической системы 2, 3 с механизмом фокусировки лазерного пучка, осуществляемой путем перемещения линзы 2 вдоль оптической оси, заключенных в тубус 7, закрепленный в поворотных механизмах вокруг горизонтальной 4 и вертикальной 5 осей, снабженных отсчетными устройствами. Все узлы устройства закреплены на стандартном геодезическом трегере 6. На выходе формирующей оптической системы установлен светоделитель 8, выполненный в виде куб-призмы, на диагональную грань которой нанесено светоделительное покрытие с коэффициентом отражения ₁, а на одну из боковых рабочих граней нанесено светоделительное покрытие с коэффициентом отражения ₂. Симметрично относительно боковых рабочих граней куб-призмы 8 под равными углами к оптической оси устройства установлены два зеркала 9 и 9" с возможностью одновременного углового поворота на одинаковые углы противоположного знака. Расстояние между осями поворота зеркал 9 и 9" и оптической осью устройства является фиксированной величиной, равной a. Зеркала 9 и 9" соединены с механизмом поворота 11, снабженным микрометренной шкалой 12. Светоделитель 8, зеркала 9 и 9", поворотный механизм 11 и микрометренная шкала 12 закреплены в едином корпусе 10, выполненном в виде насадки на тубус 7 оптической системы устройства, при этом обеспечивается возможность фиксированного поворота корпуса 10 насадки вокруг оптической оси устройства.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от лазера 1 (может быть использован газовый или полупроводниковый лазер) формируется оптической системой 2, 3 и световой пучок с интенсивностью I₀ (фиг. 4а) направляется в светоделитель 8. На светоделительном покрытии диагональной грани куб-призмы световой пучок I₀ делится на два, один из которых с интенсивностью I" является соосным с основным и является главным, т.к. он формирует на поверхности контролируемого объекта опорную (неподвижную) световую марку. Вторая часть пучка I₀, отразившись от диагональной грани куб-призмы 8, частично проходит через второе светоделительное покрытие с коэффициентом отражения ₂, нанесенное на одну из боковых рабочих граней призмы 8, и попадает на поверхность плоского зеркала 9 (имея интенсивность I₁), частично отражается от второго светоделительного покрытия и вновь проходит через первое светоделительное покрытие и выходит из куб-призмы через противоположную рабочую грань с интенсивностью I₂.

Лазерные пучки I₁ и I₂ направляются поворотными зеркалами 9 и 9" на поверхность контролируемого объекта.

Механизм поворота зеркал 11 обеспечивает фиксированное (при помощи отсчетной шкалы 12) пространственное перемещение периферийных (боковых) марок, формируемых пучками I₁ и I₂ по поверхности контролируемого объекта. Поворотный механизм 11 и отсчетная шкала 12 рассчитываются таким образом, чтобы периферийные марки совмещались с опорной на заданном минимальном расстоянии и расходились на конкретные расстояния от опорной при заданном максимальном расстоянии до контролируемого объекта (например, при съемке архитектурных объектов можно рекомендовать минимальное расстояние равным 15 м, максимальное 50 м, угол поворота лазерных пучков 7^o). Фиксированное расстояние между осями поворота зеркал 9 и 9" позволяет путем сведения периферийных марок с опорной измерять расстояния от задатчика до поверхности контролируемого объекта.

Для удобства работы с задатчиком важно, чтобы опорная марка выделялась по яркости от периферийных, а они в свою очередь были одинаковой яркости, что достигается правильным выбором светоделительных покрытий. Для того, чтобы лазерные пучки и были равной интенсивности, необходимо выдержать соотношения



откуда следуют граничные условия

0<₁<0,5; ₂>0,5.

Например, при выборе ₁= 0,45; вычисляют ₂= 0,64, а соответственно I"= 0,55I₀; I₁= I₂=0,15I₀, т.е. опорная марка содержит 55% интенсивности основного делимого пучка, а периферийные по 15%

Предложенная конструкция светоделителя предопределяет наличие некоторой потери интенсивности основного лазерного пучка, но, в то же время, позволяет обойтись без проявления дифракционных эффектов при формировании световых марок на поверхности контролируемого объекта и сохраняет возможность визуальных наблюдений непосредственно через оптическую систему 2, 3, формирующую лазерный пучок.

Конструкция задатчика световых марок, представленная на фиг. 4, выполнена в виде съемной насадки на тубус 7 оптической системы и может быть использована как комплектующий узел совместно с лазерным теодолитом (например SLT 20, фирма "Sokkisha"), причем корпус светоделителя 10 позволяет осуществлять при необходимости фиксированные повороты всего светоделителя вокруг оптической оси устройства, охватывая периферийными световыми марками всю поверхность фрагмента контролируемого объекта.

На фиг. 5 представлена оптическая схема задатчика пяти световых марок, состоящая из источника света 1, формирующей оптической системы 2, 3, первого светоделителя 4, двух поворотных зеркал 5 и 5", второго светоделителя 6 и второй пары поворотных зеркал 7 и 7". Светоделители 4 и 6 выполнены в виде одинаковых куб-призм, гипотенузные грани которых расположены под углами 45^o к оптической оси устройства, а боковые рабочие грани призм взаимно ортогональны. Куб-призмы 4 и 6 расположены за объективом 3 формирующей оптической системы непосредственно друг за другом (возможна склейка призм или крепление их друг к другу посредством оптического контакта). На гипотенузную грань призмы 4 нанесено светоделительное покрытие с коэффициентом отражения ₁, а на одну из боковых рабочих граней покрытие с коэффициентом отражения ₂. На гипотенузную грань призмы 6 нанесено светоделительное покрытие с коэффициентом отражения ₃, а на одну из боковых рабочих граней покрытие ₄.

Пары поворотных зеркал 5 и 5", а также 7 и 7" расположены симметрично относительно боковых рабочих граней куб-призм 4 и 6 под равными углами к оптической оси устройства с возможностью попарного одновременного поворота на одинаковые углы противоположного знака. Каждая пара поворотных зеркал соединена со своим механизмом поворота, снабженным микрометренной шкалой. Расстояние между осями поворота зеркал 5, 5", 7 и 7" и оптической осью равны между собой.

При прохождении светового пучка с интенсивностью I₀ через светоделители 4 и 6 происходит деление основного пучка на пять, один из которых I₅ соосен с основными и является главным, так как он формирует опорную световую марку A на поверхности контролируемого объекта. Остальные пучки I₁, I₂, I₃, I₄, выходящие из боковых рабочих граней светоделителей 4 и 6 направляются поворотными зеркалами на контролируемую поверхность, формируя при этом четыре подвижных периферийных световых марки B, C, D, E. Для того, чтобы обеспечить равную интенсивность периферийных пучков (I₁=I₂=I₃=I₄), а также выделить опорную световую марку A, необходимо при выборе коэффициентов отражения светоделительных покрытий выдержать соотношения



Анализ этих соотношений позволяет установить некоторые граничные условия

₂>0,5; ₃<0,5; ₄>0,5 и ₁<0,33.₁= 0,3, получим, что интенсивность главного светового пучка I₅=I₀0,4, а интенсивности периферийных пучков I₁=I₂=I₃=I₄=0,11I₀. Предложенная оптическая схема позволяет сформировать без дифракционных эффектов сразу 5 световых марок, расположенных крестообразно на поверхности контролируемого объекта.

На фиг. 6 приведена оптическая схема задатчика световых марок O, A, B, C, D, E, F при помощи призматического пирамидального светоделителя 4 с сошлифованной вершиной и зеркальными боковыми гранями. В качестве призмы 4 может быть использована пирамида с любым количеством боковых граней. С учетом нормального распределения интенсивности света в сформированном оптической системой 2, 3 лазерном пучке, световой диаметр сошлифованной площадки на вершине пирамиды 4 должен быть примерно равным одной шестой диаметра основного лазерного пучка. Параллельно каждой из боковых зеркальных граней пирамиды 4 установлены поворотные зеркала 5-5^IV, оси вращения которых расположены на равном расстоянии от оптической оси устройства. Зеркала 5-5^IV соединены с механизмом одновременного поворота всех зеркал, снабженного микрометренной шкалой.

Световой пучок, сформированный оптической системой 2 и 3, делится на несколько пучков, отражаясь от боковых зеркальных граней пирамиды 4, причем центральный пучок проходит через сошлифованную площадку при вершине пирамиды, параллельную ее основанию, и является главным, так как формирует опорную световую марку O на поверхности контролируемого объекта.

Периферийные световые марки A, B, C, D, E, F, сформированные световыми пучками, отраженными от боковых зеркальных граней пирамиды 4, имеют возможность фиксированного радиального перемещения по контролируемой поверхности относительно опорной световой марки O путем одновременного поворота зеркал 5-5^IV вокруг их оптических осей.

Предложенная схема позволяет сформировать практически любое количество периферийных световых марок с минимальными световыми потерями, однако при использовании монохроматических источников света во время формирования световых марок могут сказаться дифракционные эффекты, возникающие вследствие дифракции света на границах боковых зеркальных граней и центральной сошлифованной площадки при вершине пирамиды 4.

На фиг. 7 приведена оптическая схема задатчика световых марок, состоящая из лазера 1, конденcора 2, волоконно-оптического гибкого световода 3, имеющего один входной торец и разделенного на несколько волоконных жгутов с соответствующим количеством выходных торцов 4¹-4ⁿ, снабженных объективами 5¹-5ⁿ, один из которых неподвижен, а остальные закреплены с возможностью радиального перемещения вместе с микрообъективами, относительно оптической оси устройства, а также основным объективом 6 формирующей оптической системы, закрепленного с возможностью продольного перемещения вдоль оптической оси.

Свет от лазера 1 направляется в конденсор 2, обеспечивающий засветку всего светового диаметра входного торца 3 гибкого световода. Благодаря использованию разветвленного световода каждый из выходных торцов 4-4 волоконных жгутов является самостоятельным источником светового излучения. Микрообъективы 5-5 каждого из выходных торцов совместно с основным объективом 6 формируют на поверхности контролируемого объекта световые марки, количество которых соответствует количеству выходных торцов. Один из волоконных жгутов закрепляют соосно с объективом 6 для формирования опорной световой марки, а остальные волоконные жгуты располагают концентрично, относительно центрального. Периферийные волоконные жгуты вместе с микрообъективами 5¹-5ⁿ закрепляют в механизме, обеспечивающем их радиальное перемещение относительно центрального жгута. Величина перемещения регистрируются при помощи отсчетного устройства. При микроперемещении торцов 4¹-4ⁿ происходит перемещение световых пятен в плоскости предметов объектива 6, а соответственно и увеличенное перемещение периферийных световых марок в плоскости изображения. Фокусировка световых марок обеспечивается продольным перемещением объектива 6 вдоль оптической оси.

Предложенная схема задатчика световых марок обеспечивает формирование практически любого количества световых марок на контролируемой поверхности без проявления дифракционных эффектов, так как объектив 6 строит изображения световых точек, сформированных микрообъективами 5¹-5ⁿ. Данная схема представляет дополнительные степени свободы при разработке конструкции задатчика, так как источник излучения 1 не имеет жесткой привязки к оптической оси системы.

Разработанный способ измерений и устройство его реализации обеспечивает:

формирование на фрагменте контролируемой поверхности не менее трех марок, которые образуют собственную координатную сетку с центром в виде неподвижной опорной световой марки;

восстановление поверхности контролируемого объекта сколь угодно сложной формы, благодаря использованию элементарных фрагментов плоскостей, заключенных в треугольниках регулируемых размеров, образованных тремя световыми марками, не лежащими на одной прямой;

двойную фиксацию вертикальной координаты измеряемых точек поверхности за один установ инструмента (что достигается при обычной съемке за два и более установа теодолита);

возможность профилирования поверхности контролируемого объекта за счет регистрации угловых координат периферийных световых марок, а также проведение детальных обмеров фрагментов поверхности, относительно опорной световой марки, используя измерительные механизмы угловых поворотов периферийных лазерных пучков задатчика, не пользуясь при этом основным измерительным инструментом;

сокращение до минимума количества пунктов при производстве измерений за счет использования подвижных периферийных световых марок;

привязка инструмента при переходе с пункта на пункт, за счет наличия на поверхности контролируемого объекта световых марок с известными и постоянными в этот промежуток времени координатами;

облегчение избыточных повторительных измерений, определяемого условиями съемки и поведением контролируемого объекта;

появление избыточных измерений за счет использования отсчетных устройств задатчика световых марок;

проведение измерений в условиях слабой освещенности за счет яркости формируемых световых пятен на поверхности контролируемого объекта и повышенной яркости опорной световой марки в отличие от периферийных.

Указанные новые возможности, представляемые разработанным способом измерений и устройством для его реализации позволяют повысить информативность и достоверность проводимых измерений, а также, за счет создаваемых дополнительных удобств, уменьшить время измерений и повысить производительность труда.

Следует отметить, что предложенные варианты устройства для задания лазерных опорных марок предполагают использование в работе комплектов стандартных геодезических инструментов (теодолиты, штативы, рулетки и т.д.) и не требуют специальной подготовки и обучения исполнителей работ.

Точность проводимых измерений определяется характером контролируемого объекта, правильным выбором комплекта геодезического оборудования, а также необходимым расчетом и конструированием отсчетных механизмов угловых поворотов задатчика опорных световых марок.

Проведены экспериментальные исследования различных конструкций задатчиков световых марок, в результате которых установлено, что при визуальной регистрации положения световых марок на поверхности контролируемого объекта оптимальными являются задатчики, формирующие три и пять световых марок, центральная из которых является опорной.