лазерная измерительная система

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 в ее состав включены два конструктивных узла и рельс с призматическими направляющими, на первом рейтере которого закреплен лазерный блок, установленный с обеспечением распространения световых пучков в горизонтальной плоскости, в состав первого конструктивного узла измерительной системы включены дефлектор, оптически связанный с лазерным блоком и установленный на втором рейтере с обеспечением перпендикулярности плоскостей распространения отраженных и падающих на дефлектор световых пучков, отражатель, оптически связанный с дефлектором и закрепленный в кронштейне вертикально установленной на третьем рейтере цилиндрической колонки с обеспечением параллельности плоскостей распространения отраженных и падающих на отражатель световых пучков, и установленный на направляющих рельса штангенрейсмас, измерительная ножка которого приведена в соприкосновение с поверхностью установочной площадки третьего рейтера, в состав второго конструктивного узла измерительной системы включены штатив с цилиндрической колонкой, выполненной по форме скобы, несущее кольцо, жестко связанное с верхним торцом цилиндрической колонки с обеспечением соосности с основанием штатива, три опорных шарика равного диаметра, закрепленных на верхней поверхности несущего кольца, муфта, выполненная по форме усеченной полусферы и размещенная сферической поверхностью на опорных шариках, вертикально ориентированный стержень с дополнительным грузом, соединенный с муфтой со стороны ее малого основания, координатный столик, соединенный с муфтой со стороны ее большого основания, и уголковый отражатель, оптически связанный с отражателем первого конструктивного узла и закрепленный на координатном столике с обеспечением совмещения плоскостей распространения отраженных и падающих на уголковый отражатель световых пучков.

Описание изобретения к патенту

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 поверки", 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 в состав лазерной измерительной системы, содержащей 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, включены два конструктивных узла и рельс с призматическими направляющими, на первом рейтере которого закреплен лазерный блок, установленный с обеспечением распространения световых пучков в горизонтальной плоскости. В состав первого конструктивного узла измерительной системы включены дефлектор, оптически связанный с лазерным блоком и установленный на втором рейтере с обеспечением перпендикулярности плоскостей распространения отраженных и падающих на дефлектор световых пучков, отражатель, оптически связанный с дефлектором и закрепленный в кронштейне вертикально установленной на третьем рейтере цилиндрической колонки с обеспечением параллельности плоскостей распространения отраженных и падающих на отражатель световых пучков, и установленный на направляющих рельса штангенрейсмас, измерительная ножка которого приведена в соприкосновение с поверхностью установочной площадки третьего рейтера. В состав второго конструктивного узла измерительной системы включены штатив с цилиндрической колонкой, выполненной по форме скобы, несущее кольцо, жестко связанное с верхним торцом цилиндрической колонки с обеспечением соосности с основанием штатива, три опорных шарика равного диаметра, закрепленных на верхней поверхности несущего кольца, муфта, выполненная по форме усеченной полусферы и размещенная сферической поверхностью на опорных шариках, вертикально ориентированный стержень с дополнительным грузом, соединенный с муфтой со стороны ее малого основания, координатный столик, соединенный с муфтой со стороны ее большого основания, и уголковый отражатель, оптически связанный с отражателем первого конструктивного узла и закрепленный на координатном столике с обеспечением совмещения плоскостей распространения отраженных и падающих на уголковый отражатель световых пучков.

Сущность изобретения характеризуется следующими графическими материалами. На фиг.1 изображена схема размещения лазерной измерительной системы относительно рабочей площадки регулировочного стенда, на фиг.2 приведена схема установки лазерного блока, на фиг.3 показан первый конструктивный узел, на фиг.4 приведена схема взаимного расположения первого и второго конструктивных узлов, на фиг.5 приведен ход световых лучей в лазерной измерительной системе.

Калибруемая рабочая площадка представляет собой комплект стандартных металлических плит 1-4, снабженных регулировочными домкратами 5. В состав лазерной измерительной системы включены рельс 6 с призматическими направляющими 7, лазерный блок 8, на котором смонтировано устройство 9 формирования двух параллельных световых пучков J₀₁ и J₀₂, и два конструктивных узла 10 и 11 (фиг.1).

Лазерный блок установлен на первом рейтере 12 и посредством кабеля 13 подключен к блоку питания 14 со стрелочным прибором 15 определения режима работы лазера (фиг.2).

В состав первого конструктивного узла измерительной системы включены дефлектор 16, установленный на втором рейтере 17, отражатель 18, закрепленный в кронштейне 19 цилиндрической колонки 20, вертикально установленной на третьем рейтере 21, а также штангенрейсмас 22 (фиг.3).

В состав второго конструктивного узла измерительной системы включены штатив 23 с цилиндрической колонкой 24, выполненной по форме скобы, три опорных шарика 25 равного диаметра, закрепленных на верхней поверхности несущего кольца 26, муфта 27, вертикально ориентированный стержень 28 с дополнительным грузом 29 и координатный столик 30 с уголковым отражателем 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(L ₁×L₂) рабочей площадки и назначения регулировочного стенда.

Рельс 6 с призматическими направляющими 7 размещают перед плитой 1 и ориентируют его вдоль оси "Z" (фиг.1). Посредством, например, микрометрического уровня плоскость, прилегающую к направляющим 7, совмещают с горизонтальной плоскостью "XZ". Лазерный блок 8 кабелем 13 подключают к блоку 14 питания и устанавливают на первый рейтер 12 рельса 6 (фиг.2). При этом соответствующей ориентацией лазерного блока 8 относительно рейтера 12 обеспечивают распространение двух параллельных световых пучков J₀₁ и J₀₂, формируемых устройством 9, в горизонтальной плоскости Q ₁ (фиг.5).

При компоновке первого конструктивного узла 10 обеспечивают, во-первых, оптическую связь дефлектора 16 с лазерным блоком 8 и перпендикулярность плоскостей Q ₂ и Q₁ распространения отраженных и падающих на дефлектор 19 световых пучков J₁₁ (J₁₂) и J₀₁(J ₀₂), во-вторых, оптическую связь отражателя 18 с дефлектором 16 и параллельность плоскостей Q₃ и Q ₂ распространения отраженных и падающих на отражатель 18 световых пучков J₂₁(J₂₂ ) и J₁₁(J₁₂) (фиг.5).

При компоновке второго конструктивного узла 11 несущее кольцо 25 жестко закрепляют к верхнему торцу цилиндрической колонки 24 с обеспечением соосности с основанием 23 штатива. Муфту 27, выполненную по форме усеченной полусферы, сферической поверхностью размещают на опорных шариках 25. Стержень 28 соединяют с муфтой 27 со стороны ее малого, а координатный столик 30 - со стороны ее большого основания (фиг.4).

Конструктивный узел 11 устанавливают на первую проверяемую точку поверхности рабочей площадки и приступают к проведению юстировки измерительной системы. Смещением первого конструктивного узла 10 вдоль оси "Z" оптически связывают отражатель 18 с уголковым отражателем 31. Поворотом дополнительного груза 29 вокруг оси "Y" (грубая настройка), а затем посредством регулировочных винтов координатного столика 30 (точная настройка) добиваются совмещения сформированных уголковым отражателем 31 световых пучков J₃₁ и J ₃₂ с плоскостью O₃. Изменяя наклон уголкового отражателя 31 соответствующими регулировочными винтами координатного столика 30, световые пучки J₃₁ и J₃₂ выставляют параллельными оси "X". Последнюю операцию производят один раз за время проведения калибровки, т.к. за счет наличия сферического подвижного соединения муфты 27 с опорными шариками 25 конструкция узла 11 позволяет поддерживать постоянной пространственную ориентацию уголкового отражателя 31 при отклонениях поверхности рабочей площадки от горизонтальной плоскости "XZ".

Регулируя высоту третьего рейтера 21, изменяют расстояние h_X между дефлектором 16 и отражателем 18 на величину ± h_X до значения h₁ , при котором световые пучки J₃₁ и J ₃₂ попарно совмещаются со световыми пучками J ₂₂ и J₂₁ (фиг.5). При этом совмещаются также световые пучки J₄₁ и J ₄₂ (J₅₁ и J₅₂ ) со световыми пучками J₁₂ и J ₁₁ (J₀₂ и J₀₁ ) соответственно. При точном попадании световых пучков J ₅₁ и J₅₂ в выходные отверстия устройства 9 возникает оптическая обратная связь, возмущающе воздействующая на стабилизацию лазерного блока 8. О совмещении указанных световых пучков судят по колебаниям стрелки прибора 15 блока питания 14.

На направляющие 7 рельса 6 устанавливают штангенрейсмас 22 и приводят его измерительную ножку в соприкосновение с поверхностью установочной площадки третьего рейсмаса 21. Отсчет, произведенный по шкале штангенрейсмаса 21, принимают за результат измерения в первой проверяемой точке поверхности рабочей площадки.

Второй конструктивный узел 11 поочередно устанавливают на проверяемые точки данного продольного сечения поверхности рабочей площадки. Для каждой проверяемой точки аналогичным способом проводят юстировку измерительной системы и отсчет по шкале штангенрейсмаса 21. Затем смещениями второго конструктивного узла вдоль оси "Z" поочередно совмещают плоскость O₂ с очередными продольными сечениями поверхности рабочей площадки и производят аналогичные измерения.

По результатам измерений определяют соответствие метрологических характеристик (прямолинейность, плоскостность, горизонтальность) калибруемой рабочей площадки требованиям нормативных документов и, в случае необходимости, посредством 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.