Лазерная измерительная система

Классификация по МПК: G01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2347185
Дата публикации: 
Пятница, Февраль 20, 2009
Начало действия патента: 
Четверг, Май 19, 2005

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автомобильной промышленности для калибровки площадок регулировочных стендов. Измерительная система содержит блок питания со стрелочным прибором определения режима работы лазера, лазерный блок, подключенный к блоку питания, и устройство формирования двух параллельных световых пучков, смонтированное на лазерном блоке, выполнена в виде трех конструктивных узлов. В состав первого узла включены рельс с призматическими направляющими, лазерный блок, установленный на первом рейтере рельса. В состав второго узла включены второй рейтер и дефлектор. В состав третьего узла включены штатив с магнитным основанием, первый вертикально ориентированный стержень, выполненный по форме скобы, базовый элемент сферического подвижного соединения, три опорных шарика равного диаметра, рабочий элемент сферического подвижного соединения, второй вертикально ориентированный стержень, координатный столик, закрепленный на нижнем торце стержня, и уголковый отражатель, оптически связанный с дефлектором второго узла. Технический результат - расширение диапазона измерений. 5 ил.


Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автомобильной промышленности для калибровки рабочих площадок регулировочных стендов, предназначенных для проверки технического состояния автотранспортных средств.

Известна лазерная измерительная система, содержащая блок питания со стрелочным прибором определения режима работы лазера, лазерный блок, подключенный к блоку питания и установленный на неподвижной части измеряемого объекта, устройство формирования двух параллельных световых пучков, жестко закрепленное на лазерном блоке, бескабельный оптический датчик, установленный на подвижной части измеряемого объекта, фотоприемник, оптически связанный с датчиком, и обрабатывающий блок (Лазерная измерительная система LMS 100. Инструкция по эксплуатации. Предприятие "Карл Цейсс Йена", ГДР, 1986 г.).

Известная система характеризуется высокой разрешающей способностью. Однако диапазон измерений, составляющий ±0,5 мм, не позволяет использовать ее для калибровки рабочих площадок регулировочных стендов. Например, для стендов регулировки головного света фар автотранспортных средств отклонение от прямолинейности рабочих площадок может достигать 3 мм на 1 м (ГОСТ P 51709-2001 "Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки", п.5.3.3.1.).

Кроме того, известная система используется лишь в случаях наличия у калибруемого объекта некоторой направляющей, например при монтаже, юстировке и метрологической приемке станков или координатных измерительных машин.

Задачей изобретения является расширение диапазона измерений.

Решение поставленной задачи заключается в том, что лазерная измерительная система, содержащая блок питания со стрелочным прибором определения режима работы лазера, лазерный блок, подключенный к блоку питания, и устройство формирования двух параллельных световых пучков, смонтированное на лазерном блоке, выполнена в виде трех конструктивных узлов. В состав первого конструктивного узла включены рельс с призматическими направляющими, лазерный блок, установленный на первом рейтере рельса с обеспечением распространения световых пучков в вертикальной плоскости, и закрепленный в штативе для измерительных головок индикатор часового типа, измерительный наконечник которого ориентирован вертикально и соприкасается с лазерным блоком. В состав второго конструктивного узла включены второй рейтер и дефлектор, оптически связанный с лазерным блоком и установленный на втором рейтере с обеспечением перпендикулярности плоскостей распространения отраженных и падающих на дефлектор световых пучков. В состав третьего конструктивного узла включены штатив с магнитным основанием, первый вертикально ориентированный стержень, выполненный по форме скобы, нижний торец которого закреплен на цилиндрической колонке штатива, базовый элемент сферического подвижного соединения, выполненный по форме кольца, закрепленного на верхнем торце первого стержня с обеспечением соосности с основанием штатива, три опорных шарика равного диаметра, закрепленных на внутренней поверхности базового элемента, рабочий элемент сферического подвижного соединения, выполненный по форме усеченной полусферы и размещенный сферической поверхностью на опорных шариках, второй вертикально ориентированный стержень, верхним торцом соединенный с рабочим элементом со стороны его малого основания, координатный столик, закрепленный на нижнем торце стержня, и уголковый отражатель, оптически связанный с дефлектором второго конструктивного узла и закрепленный на координатном столике с обеспечением совмещения плоскостей распространения отраженных и падающих на уголковый отражатель световых пучков.

На фиг.1 изображена схема размещения конструктивных узлов измерительной системы относительно рабочей площадки регулировочного стенда, на фиг.2 показаны первый и второй конструктивные узлы, на фиг.3 - первый и третий конструктивные узлы системы, на фиг.4 приведена конструкция базового элемента сферического подвижного соединения в третьем конструктивном узле, на фиг.5 поясняется ход световых лучей в измерительной системе.

Калибруемая рабочая площадка представляет собой комплект стандартных металлических плит 1-4, снабженных регулировочными домкратами 5. Лазерная измерительная система выполнена в виде трех конструктивных узлов 6, 7 и 8 (фиг.1).

В состав первого конструктивного узла включены рельс 9 с призматическими направляющими, первый рейтер 10, устройство 11 формирования двух параллельных световых пучков J01 и J02, смонтированное на лазерном блоке 12, подключенном посредством кабеля 13 к блоку питания 14 со стрелочным прибором 15 определения режима работы лазера, и закрепленный на штативе 16 для измерительных головок индикатор 17 часового типа. В состав второго конструктивного узла включены второй рейтер 18 и дефлектор 19 (фиг.2).

В состав третьего конструктивного узла включены штатив 20 с цилиндрической колонкой 21, первый вертикально ориентированный стержень 22, выполненный по форме скобы, базовый элемент 23 сферического подвижного соединения, выполненный по форме кольца, рабочий элемент 24 сферического подвижного соединения, выполненный по форме усеченной полусферы, второй вертикально ориентированный стержень 25, координатный столик 26 и уголковый отражатель 27 (фиг.3). На внутренней поверхности базового элемента закреплены три опорных шарика 28, 29 и 30 равного диаметра и предусмотрено отверстие для крепежного болта 31 (фиг.4).

Работа измерительной системы заключается в следующем.

Соответствие метрологических характеристик (прямолинейность, горизонтальность, плоскостность) рабочей площадки регулировочного стенда требованиям нормативных документов определяют по перепадам высот проверяемых точек поверхности комплекта стандартных металлических плит 1-4, расстояния между которыми вдоль продольного и вдоль поперечного направлений задаются в методиках калибровки в зависимости от габаритов 4(L1×L2) рабочей площадки и назначения регулировочного стенда.

Рельс 9 с призматическими направляющими первого конструктивного узла 6 измерительной системы размещают перед плитой 1 и ориентируют его вдоль оси Z (фиг.1). Посредством, например, микрометрического уровня плоскость, прилегающую к направляющим рельса 9, совмещают с горизонтальной плоскостью XZ. Лазерный блок 12 кабелем 13 подключают к блоку 14 питания и устанавливают на первый рейтер 10 рельса 9 (фиг.2). При этом обеспечивают распространение двух параллельных световых пучков J01 и J02, формируемых устройством 11, в вертикальной плоскости Q1 (фиг.5). В штативе 16 для измерительных головок закрепляют индикатор 17 часового типа, вертикально ориентированный измерительный наконечник которого приводят в соприкосновение с устройством 11 или с лазерным блоком 12 (фиг.1-2).

На втором рейтере 18 размещают дефлектор 19 второго конструктивного узла 7. При компоновке узла 7 обеспечивают оптическую связь с лазерным блоком 12 и перпендикулярность плоскостей Q2 и Q1 распространения отраженных и падающих на дефлектор 19 световых пучков J11 (J12) и J01 (J02) (фиг.5).

При компоновке третьего конструктивного узла 8 нижний торец первого вертикально ориентированного стержня 22, выполненного по форме скобы, закрепляют на цилиндрической колонке 21 штатива 20. Базовый элемент 23 сферического подвижного соединения посредством крепежного болта 31 закрепляют к верхнему торцу стержня 22 с обеспечением соосности с основанием штатива 20. Рабочий элемент 24 сферического подвижного соединения, выполненный по форме усеченной полусферы, сферической поверхностью размещают на опорных шариках 28-30. Второй вертикально ориентированный стержень 25 соединяют с рабочим элементом 24 со стороны малого основания последнего. К нижнему торцу стержня 25 крепят координатный столик 26 с уголковым отражателем 27 (фиг.3-4). При этом уголковый отражатель 27 закрепляют на координатном столике 26 с обеспечением возможности совмещения плоскостей распространения отраженных и падающих на уголковый отражатель 27 световых пучков J21 (J22) и J11 (J12) (фиг.5).

Конструктивный узел 8 устанавливают на первую проверяемую точку поверхности рабочей площадки и приступают к проведению юстировки измерительной системы: смещением второго конструктивного узла 7 вдоль оси Z оптически связывают уголковый отражатель 27 с отражателем 19, поворотом штатива 20 вокруг оси Y (грубая настройка), а затем посредством регулировочных винтов координатного столика 26 (точная настройка) добиваются совмещения сформированных уголковым отражателем 27 световых пучков J21 и J22 с плоскостью Q2, а изменением наклона уголкового отражателя 27 регулировочными винтами координатного столика 26 световые пучки J21 и J22 выставляют параллельными оси X. Последнюю операцию производят один раз за время проведения калибровки, т.к. за счет наличия сферического подвижного соединения конструкция узла 8 позволяет поддерживать постоянной пространственную ориентацию уголкового отражателя 27 при отклонениях поверхности рабочей площадки от горизонтальной плоскости XZ.

Вращением регулировочной гайки первого рейтера 10 изменяют его высоту Hx на величину ±δhХ до значения, при котором световые пучки J11 и J12 (J01 и J02) попарно совмещаются со световыми пучками J22 и J21 (J32 и J31) (фиг.5). При точном попадании световых пучков J31 и J32 в выходные отверстия устройства 12 возникает оптическая обратная связь, возмущающе воздействующая на стабилизацию лазерного блока 12. О совмещении указанных световых пучков судят по колебаниям стрелки прибора 15 блока питания 14. Затем, поднимая или опуская кронштейн штатива 16, устанавливают малую стрелку индикатора 17 на середину шкалы. Установленный результат показаний индикатора 17 и отсчитываемый по его малой и большой шкалам принимается за результат измерения в первой проверяемой точке поверхности рабочей площадки.

Смещая третий конструктивный узел 8 вдоль оси X, основание штатива 20 поочередно устанавливают на проверяемые точки данного продольного сечения поверхности рабочей площадки. Для каждой проверяемой точки совмещают световые пучки J21 и J22 с плоскостью Q2, изменяют его высоту Hx первого рейтера 10 до значения, при котором световые пучки J11 и J12 (J01 и J02) попарно совмещаются со световыми пучками J22 и J21 (J32 и J31), и производят отсчет по шкалам индикатора 17. Затем, смещая второй конструктивный узел 8 вдоль оси Z, аналогичным образом производят измерения в проверяемых точках очередных продольных сечений поверхности рабочей площадки.

По результатам измерений определяют соответствие метрологических характеристик (прямолинейность, плоскостность, горизонтальность) калибруемой рабочей площадки требованиям нормативных документов и, в случае необходимости, посредством регулировочных домкратов 5 сглаживают неровности рабочей площадки и производят повторную калибровку ее поверхности.

Предлагаемая измерительная система по сравнению с прототипом отличается более широким диапазоном измерений и может использоваться в тех случаях, когда с достаточной точностью должны быть определены позиции измеряемого объекта, не содержащего подвижных частей, используемых в прототипе в качестве направляющих.

Формула изобретения

Лазерная измерительная система, содержащая блок питания со стрелочным прибором определения режима работы лазера, лазерный блок, подключенный к блоку питания, и устройство формирования двух параллельных световых пучков, смонтированное на лазерном блоке, отличающаяся тем, что она выполнена в виде трех конструктивных узлов, в состав первого конструктивного узла включены рельс с призматическими направляющими, лазерный блок, установленный на первом рейтере рельса с обеспечением распространения световых пучков в вертикальной плоскости, и закрепленный в штативе для измерительных головок индикатор часового типа, измерительный наконечник которого ориентирован вертикально и соприкасается с лазерным блоком, в состав второго конструктивного узла включены второй рейтер и дефлектор, оптически связанный с лазерным блоком и установленный на втором рейтере с обеспечением перпендикулярности плоскостей распространения отраженных и падающих на дефлектор световых пучков, в состав третьего конструктивного узла включены штатив с магнитным основанием, первый вертикально ориентированный стержень, выполненный по форме скобы, нижний торец которого закреплен на цилиндрической колонке штатива, базовый элемент сферического подвижного соединения, выполненный по форме кольца, закрепленного на верхнем торце первого стержня с обеспечением соосности с основанием штатива, три опорных шарика равного диаметра, закрепленных на внутренней поверхности базового элемента, рабочий элемент сферического подвижного соединения, выполненный по форме усеченной полусферы и размещенный сферической поверхностью на опорных шариках, второй вертикально ориентированный стержень, верхним торцом соединенный с рабочим элементом со стороны его малого основания, координатный столик, закрепленный на нижнем торце стержня, и уголковый отражатель, оптически связанный с дефлектором второго конструктивного узла и закрепленный на координатном столике с обеспечением совмещения плоскостей распространения отраженных и падающих на уголковый отражатель световых пучков.