Пристрій для повірки цифрового нівеліра

Реферат: Пристрій для повірки цифрового нівеліра містить автоколіматор з механізмом приведення його у горизонтальне положення і аналізатором зображення, джерело світла для підсвічування сітки ниток цифрового нівеліра, основу для встановлення контрольованого приладу і автоколіматора. Він містить цифровий монітор з рухомим зображенням штрих-кодового індексу (рейки), який встановлений у фокальній площині автоколіматора, блок зображень штрихкодових індексів (рейок), програмний блок, блоки управління та обробки інформації, при цьому утворюються два оптичні канали з взаємно перпендикулярними оптичними осями: перший - для повірки оптико-електронного каналу цифрового нівеліра, що містить цифровий монітор, на який подаються зображення штрих-кодових рейок (індексів) і другий для повірки оптичного каналу, що містить аналізатор зображення, на який проектується сітка ниток цифрового нівеліра. UA 115255 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПОВІРКИ ЦИФРОВОГО НІВЕЛІРА UA 115255 U UA 115255 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пристрій належить до області геодезії, зокрема до пристроїв визначення метрологічних характеристик цифрових нівелірів (ЦН). Провідні приладобудівні фірми світу, наприклад, Sokkia, Topcon, Nikon, у керівництвах з експлуатації, залежно від програмного забезпечення приладу, пропонують подібні або ідентичні польові схеми повірки ЦН [1]. До недоліків таких схем повірки слід віднести трудомісткість процесу вимірювань та вплив на їх результати похибок, що викликані зовнішнім середовищем. В якості аналогу, обраного за прототип, можна прийняти пристрій, до складу якого входить еталонний автоколіматор з механізмом приведення у горизонтальне положення і аналізатором зображення, по вертикальній шкалі якого визначають зміщення середньої нитки сітки ниток контрольованого нівеліра відносно центра шкали [2]. До недоліку пристрою слід віднести те, що він призначений для контролю метрологічних характеристик тільки оптичного каналу цифрового нівеліра і не дозволяє повірити оптикоелектронний канал. Задачею винаходу є розроблення пристрою, який дозволяє в лабораторних умовах повіряти основні метрологічні характеристики ЦН, пов'язані з вимірюваннями в двох каналах: оптичному і оптико-електронному. Поставлена задача вирішується за рахунок створення пристрою для повірки цифрового нівеліра, що містить автоколіматор з механізмом приведення його у горизонтальне положення і аналізатором зображення, джерело світла для підсвічування сітки ниток цифрового нівеліра, основу для встановлення контрольованого приладу і автоколіматора, який відрізняється тим, що містить цифровий монітор з рухомим зображенням штрих-кодового індексу (рейки), який встановлений у фокальній площині автоколіматора, блок зображень штрих-кодових індексів (рейок), програмний блок, блоки управління та обробки інформації, при цьому утворюються два оптичні канали з взаємно перпендикулярними оптичними осями: перший - для повірки оптикоелектронного каналу цифрового нівеліра, що містить цифровий монітор, на який подаються зображення штрих-кодових рейок (індексів) і другий - для повірки оптичного каналу, що містить аналізатор зображення, на який проектується сітка ниток цифрового нівеліра. Технічним результатом є можливість в лабораторних умовах повіряти основні метрологічні характеристики ЦН, пов'язані з вимірюваннями в двох каналах: оптичному і оптикоелектронному. На фіг. 1 представлено функціональну схему запропонованого пристрою. На схемі відповідними цифрами позначено: 1 - ЦН; 2 - фокусуючий компонент; 3 - об'єктив ЦН; 4 - компенсатор нахилу; 5 - світлоподілювач ЦН; 6 - сітка ниток; 7 - окуляр; 8 - багатоелементний фотоприймач (БФП) ЦН; 9 - джерело світла; 10 - цифровий автоколіматор (ЦАК); 11 - об'єктив ЦАК; 12 - цифровий монітор (ЦМ); 13 - зображення штрих-кодової рейки на дисплеї ЦМ; 14 - багатоелементний фотоприймач (БФП) ЦАК; 15 - проекція сітки ниток на БФП ЦАК; 16 - світлоподілювач ЦАК; 17 - механізмом приведення ЦАК у горизонтальне положення; 18 - жорстка основа; 19 - механізм позиціонування приладу; 20 - персональний комп'ютер (ПК) з блоками зображень штрих-кодових індексів (рейок) і управління та обробки інформації, програмним блоком; 21 - оптичний блок, що містить атестовану пентапризму; 22 - еталонний горизонт. В основу пристрою покладено ЦАК 10, що складається з послідовно розташованих на візирній осі об'єктива 11 світлоподілювача 16, БФП 14, встановленого у фокальній площині об'єктива 11, а також ЦМ 12, розташованого на осі, яка перпендикулярна візирній осі, що 1 UA 115255 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5055 перетинається з нею в центрі світлоподілювача 16, причому ЦМ 12 встановлений у фокальній площині об'єктива 11. Встановлення ЦАК паралельно горизонту виконується за допомогою еталона горизонту 22 і оптичного блока 21 [2]. На площадці БФП 14 одержують автоколімаційне зображення індексу, який задається на дисплеї ЦМ 12 і відбивається від поверхні рідини еталонного горизонту 22, що відображається на моніторі ПК 20; далі за допомогою механізму 17 встановлюють зображення індексу на відлік, прийнятий за нуль. Встановлення "труба в трубу" ЦН і ЦАК здійснюється за допомогою механізму позиціонування 19. ПК 20 з'єднаний інтерфейсами передачі даних з ЦН і ЦАК і містить програмні засоби для автоматичної обробки і обчислення результатів вимірювань, набір еталонних кодів штрихкодових рейок різних фірм-виробників, а також оцифровані зображення "робочих" рейок, з якими проводиться повірка. Перед початком вимірювань нівелір приводять у робоче положення і фокусують на нескінченність. Контроль метрологічних характеристик ЦН, пов'язаних з вимірюваннями в оптичному каналі 3, 2, 4, 5, 6, 7 заснований на визначенні координат зображення сітки ниток ЦН на площадці БФП 14, що, у свою чергу, характеризує положення лінії візування ЦН і виконується відповідно до [2, 3]. При цьому БФП 14 є пристроєм, що формує вимірювальний сигнал і, у той же час, є вимірювальною шкалою, що слугує для автоматичного визначення координат сітки ниток. За сигналом з ПК 20 джерело світла 9 через окуляр 7 підсвічує сітку ниток 6, зображення якої пройшовши компоненти 5, 4, 2, 3 оптичної системи ЦН фокусується об'єктивом 11 через світлоподілювач 16 на БФП 14 ЦАК 10. Потім зображення зчитується і передається для обробки й обчислень до ПК 20, на монітор якого видається інформація про метрологічні характеристики ЦН. Контроль метрологічних характеристик ЦН, пов'язаних з вимірюваннями в оптикоелектронному каналі 3, 2, 4, 5, 8 виконується за стандартною методикою повірок нівелірів з компенсатором або методиці, що пропонується виробником приладу. В якості візирної цілі використовується зображення штрих-кодової рейки 13, яке задається на дисплеї ЦМ 12, при цьому для формування такого зображення використовується опорний (еталонний) сигнал, що дозволяє повірити безпосередньо ЦН. З результатів таких вимірювань будуть виключені похибки, внесені за рахунок неточного положення окремих штрихів коду на "робочій" рейці. З відеовиходу ПК 20 на дисплей ЦМ 12 подається зображення штрих-кодової рейки 13, яке, відбившись від світлоподілювача 16, проходить об'єктив 11, фокусується об'єктивом 3 і компонентом 2 через світлоподілювач 5 на БФП 8 ЦН 1, що містить компенсатор 4. Зображення оцифровується і обробляється, після чого на дисплеї ЦН видається відлік і відстань до рейки, які зберігаються в пам'яті приладу. Далі програмно виконується позиціонування (переміщення) зображення штрих-кодової рейки 13 на дисплеї ЦМ 12 і виконується нове вимірювання, при цьому мінімальна величина переміщення зображення у вертикальній площині буде залежати від розміру пікселя матриці дисплея ЦМ12. Після закінчення серії вимірювань, їх результати передаються для подальшої обробки й аналізу по інтерфейсу передачі даних у ПК 20, на монітор якого видаються метрологічні характеристики ЦН. Точність приладу визначається за різницею величини зміщення зображення рейки на дисплеї ЦМ 12, що задається програмно, і величини зміщення, отриманої як різниця відліків по рейці, що визначені за допомогою ЦН. При дослідженні ЦН на всьому діапазоні відстаней його роботи необхідно, щоб на площадці БФП формувалися зображення зразків штрихів від мінімальної їхньої ширини до максимальної, при яких прилад здатний взяти відлік. Для цього виконується програмне масштабування зображення рейки на дисплеї ЦМ 12 (фіг. 2). При цьому слід врахувати, що вимірювання проводяться без перефокусування ЦН, що не дозволяє дослідити вплив ходу фокусуючого компонента нівеліра на положення візирної лінії. Повірка (калібрування) системи "цифровий нівелір-штрих-кодова рейка" виконується за тією же методикою, що й повірка ЦН з тією лише різницею, що в якості візирної марки використовується не зображення штрих-кодової рейки, сформоване еталонним сигналом, а оцифроване (скановане) зображення "робочої" рейки (пари рейок). Використовуючи ЦМ в якості візирної марки можна досліджувати і деякі систематичні похибки ЦН, задаючи різні режими відображення штрих-кодової рейки: коливання зображення рейки (турбулентність), недостатня або надмірна освітленість, часткове перекриття. 2 UA 115255 U 5 10 15 20 25 Таким чином, запропонований пристрій дозволить в лабораторних умовах визначати основні метрологічні характеристики цифрових нівелірних систем на всьому діапазоні відстаней їх роботи, проводити деякі дослідження систематичних похибок, що властиві ЦН, а при використанні в якості візирної цілі цифрового зображення "робочої" рейки, і повірку (калібрування) системи "цифровий нівелір - штрих-кодова рейка". Джерела інформації: 1. Тревого І.С. Геодезичні прилади. Практикум: навчальний посібник /І.С. Тревого, Т.Г. Шевченко, О.І. Мороз. - 3-тє вид., перероб. та доп. -Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2012. - 240 с. 2. ГСИ Р 50.2.023-2002. Нивелиры. Методика поверки. - Введ. 2002-12-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. 3. МПУ 164/01-2003. Инструкция. Нивелиры, теодолиты, тахеометры (угломерная часть). Методика поверки. - Введ. 2003-05-23. - Киев.: ГП "Укрметртестстандарт", 2003. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для повірки цифрового нівеліра, що містить автоколіматор з механізмом приведення його у горизонтальне положення і аналізатором зображення, джерело світла для підсвічування сітки ниток цифрового нівеліра, основу для встановлення контрольованого приладу і автоколіматора, який відрізняється тим, що містить цифровий монітор з рухомим зображенням штрих-кодового індексу (рейки), який встановлений у фокальній площині автоколіматора, блок зображень штрих-кодових індексів (рейок), програмний блок, блоки управління та обробки інформації, при цьому утворюються два оптичні канали з взаємно перпендикулярними оптичними осями: перший - для повірки оптико-електронного каналу цифрового нівеліра, що містить цифровий монітор, на який подаються зображення штрих-кодових рейок (індексів) і другий для повірки оптичного каналу, що містить аналізатор зображення, на який проектується сітка ниток цифрового нівеліра. 3 UA 115255 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4