RU2037775C1

RU2037775C1 - Device to take reading in goniometer

Info

Publication number: RU2037775C1
Authority: RU
Inventors: Петр Тимофеевич Добрынин; Тимофей Петрович Старцев
Original assignee: Петр Тимофеевич Добрынин; Тимофей Петрович Старцев
Priority date: 1992-03-25
Filing date: 1992-03-25
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device to take reading in goniometer has dial, reading microscope and projection systems composed of two lenses and two rectangular prisms placed on opposite sides of dial. Projection systems in this case are located along chord of pitch circle coupling sections of dial positioned in vertexes of regular n-sided polygons. Total number of projection systems is by one unit smaller than number of sides of n-sided polygon with n greater or smaller than 4. Apart from this one of projection systems can have following design additions: focuses of lenses are matched with diaphragm arranged between them and element inverting image and unit of summing up light fluxes are inserted. EFFECT: improved operational stability. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому геодезическому приборостроению и может быть использовано в отсчетных системах угломерных приборов. The invention relates to optical geodetic instrument engineering and can be used in readout systems of goniometric devices.

Известно, что для уменьшения влияния ошибок делений лимба на измеряемое направление используют отсчеты по 2-6 участкам лимба. Однако широкое применение в теодолитах и гониометрах получили оптические отсчетные устройства с введением в поле зрения одного микроскопа только двух диаметрально противоположных участков лимба [1] Хотя при этом и происходит компенсация децентровки лимба, число штрихов при отсчетах используется минимальное. It is known that, in order to reduce the influence of limb division errors on the measured direction, samples from 2-6 limb sections are used. However, optical readout devices have been widely used in theodolites and goniometers with the introduction of only two diametrically opposite sections of the limb into the field of view of a single microscope [1] Although this compensates for the decentration of the limb, the number of strokes in the readings is minimal.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для отсчитывания при трем участкам лимба [2] Оно содержит микроскоп и две проекционные системы, расположенные по разные стороны лимба, причем каждая из проекционных систем содержит два объектива и две прямоугольные призмы, обращенные преломляющими гранями к объективу и лимбу, а также прямоугольные призмы (одну из них с крышей) между объективами. При этом проекционные системы оптически согласованы друг с другом и со штрихами лимба, расположенными между ними и на их общем входе и выходе. The closest in technical essence and the achieved effect is a device for counting at three sections of the limb [2] It contains a microscope and two projection systems located on opposite sides of the limb, each of the projection systems containing two lenses and two rectangular prisms, facing the refracting faces to the lens and the limb, as well as rectangular prisms (one of them with a roof) between the lenses. At the same time, projection systems are optically consistent with each other and with the limb strokes located between them and at their common entrance and exit.

Применение в этой системе призмы с крышей снижает качество изображения штрихов лимба и, следовательно, точность отсчитывания. Кроме того, устройство имеет габариты, превышающие диаметр лимба в два раза, а применяемое при отсчете биссектирование примерно в три раза снижает точность отсчета по сравнению с коинцидентным совмещением штрихов, используемым при использовании только двух диаметрально противоположных штрихов лимба. The use of a prism with a roof in this system reduces the image quality of the strokes of the limb and, consequently, the accuracy of reading. In addition, the device has dimensions that are twice as large as the diameter of the limb, and the bisection used in counting by about three times reduces the accuracy of the count compared to the co-incident alignment of strokes used when using only two diametrically opposite strokes of the limb.

Целью изобретения является повышение точности отсчитывания, а также уменьшение габаритов устройства. The aim of the invention is to improve the accuracy of reading, as well as reducing the dimensions of the device.

Цель достигается тем, что усовершенствуется устройство для снятия отсчетов по лимбу угломерного прибора, содержащее отсчетный микроскоп регистрирующего устройства и проекционные системы, оптически сопряженные с микроскопом и штрихами лимба, размещенные по разные стороны лимба и содержащие по два объектива с одинаковыми фокусными расстояниями и по две прямоугольные призмы, обращенные преломляющими гранями к объективам и лимбу. The goal is achieved by improving the device for taking readings on the dial of a goniometric device, containing a reading microscope of the recording device and projection systems optically coupled with a microscope and strokes of the dial, placed on different sides of the dial and containing two lenses with the same focal lengths and two rectangular prisms facing refracting faces to the lens and limb.

Отличительными признаками устройства является то, что проекционные системы расположены по хордам делительной окружности, соединяющим участки лимба, находящиеся в вершинах правильных n-угольников, причем общее число проекционных систем на единицу меньше числа сторон n-угольника, а n≥4. Distinctive features of the device is that the projection systems are arranged along the chords of the pitch circle connecting the limb sections located at the vertices of the regular n-gons, and the total number of projection systems is one less than the number of sides of the n-gon, and n≥4.

По меньшей мере в одной из проекционных систем фокусы двух объективов могут быть совмещены с дополнительной диафрагмой, установленной между ними. In at least one of the projection systems, the foci of two lenses can be combined with an additional aperture mounted between them.

При четном числе n в проекционной системе с номером n/2 могут быть дополнительно введено оборачивание изображения, а отсчетный микроскоп установлен у выхода последней проекционной системы. При четном n в проекционной системе с номером n/2 может быть дополнительно введен призменный блок сложения световых потоков от двух ветвей проекционных систем, а отсчетный микроскоп установлен у выхода призменного блока сложения световых потоков. With an even number n in the projection system with n / 2, image wrapping can be additionally introduced, and a reference microscope is installed at the exit of the last projection system. For even n, a prism unit for adding light fluxes from two branches of projection systems can be additionally introduced in the projection system with n / 2, and a reference microscope is installed at the exit of the prism unit for adding light fluxes.

На фиг. 1 приведена схема устройства с n 4; на фиг. 2 то же, с n 5; на фиг. 3 то же, с n 6; на фиг. 4 то же, с n 7; на фиг. 5 то же, с n 8. In FIG. 1 shows a diagram of a device with n 4; in FIG. 2 the same, with n 5; in FIG. 3 the same, with n 6; in FIG. 4 the same, with n 7; in FIG. 5 is the same, with n 8.

Устройство содержит источник 1 света, регистрирующее устройство 2 с отсчетным микроскопом, оборачивающую систему 3, диафрагму 4, блок 5 сложения световых потоков, прямоугольные призмы 6, объективы 7 проекционных систем, делительную окружность 8 лимба, стеклянный лимб 9. The device contains a light source 1, a recording device 2 with a reference microscope, a wrapping system 3, a diaphragm 4, a light flux addition unit 5, rectangular prisms 6, projection system lenses 7, a pitch circle 8 of a limb, a glass limb 9.

Излучение (фиг.1) источника 1 света проходит лимб 9 в районе делительной окружности 8, далее попадает в первую проекционную систему из призмы 6(1), объективы 7(1) и 7(2), призмы 6(2), далее через делительную окружность лимба попадает во вторую проекционную систему и снова на делительную окружность лимба и, пройдя n-1 проекционную систему, после n-го прохода через делительную окружность попадает в регистрирующее устройство с отсчетным микроскопом 2. The radiation (Fig. 1) of the light source 1 passes through the limb 9 in the region of the pitch circle 8, then falls into the first projection system from the prism 6 (1), lenses 7 (1) and 7 (2), prism 6 (2), then through the dividing circle of the limb falls into the second projection system and again on the dividing circle of the limb and, after passing the n-1 projection system, after the n-th passage through the dividing circle, it enters a recording device with a reading microscope 2.

На фиг. 3-5 призмы 6 и объективы 7 для упрощения не показаны. На фиг. 3 в проекционной системе с номером n/2 3 излучение проходит дополнительную оборачивающую систему 3; на фиг. 4 в проекционной системе с номером n/2 + 0,5 4 излучение проходит диафрагму 4. In FIG. 3-5 prisms 6 and lenses 7 are not shown for simplicity. In FIG. 3 in the projection system with the number n / 2 3 the radiation passes an additional wrapping system 3; in FIG. 4 in the projection system with the number n / 2 + 0.5 4 the radiation passes through the diaphragm 4.

Фиг.5 показывает вариант исполнения, в котором используется излучение от двух источников 1(1) и 1(2). Возможный вариант с одним источником 1 и системой направления света в два входа на чертеже не показан. При этом в проекционной системе с номером n/2 4 установлен призменный блок 5 сложения световых потоков от двух ветвей проекционной системы, освещаемых источниками 1(1) и 1(2), откуда оба потока излучения направляются в регистрирующее устройство с отсчетным микроскопом 2. Возможны и другие варианты исполнения, соответствующие формуле изобретения, не приведенные на чертежах. 5 shows an embodiment in which radiation from two sources 1 (1) and 1 (2) is used. A possible option with one source 1 and a system of directing light into two inputs is not shown in the drawing. At the same time, a prism unit 5 for adding light fluxes from two branches of the projection system illuminated by sources 1 (1) and 1 (2) is installed in the projection system n / 2 4, from where both radiation fluxes are sent to a recording device with a reading microscope 2. Possible and other embodiments corresponding to the claims, not shown in the drawings.

Устройство для снятия отсчетов по лимбу угломерного прибора работает следующим образом. A device for taking readings on the dial of the goniometer works as follows.

В варианте, изображенном на фиг. 2, наблюдается n=5 участков штрихов лимба, равномерно расположенных по делительной окружности. Эти участки соединяются n-1 4 проекционными системами, две из которых расположены по одну сторону лимба (первая и третья) и две по другую (вторая и четвертая). Изображения штрихов первого участка лимба со сдвигом либо по радиусу делений, либо по касательной к делительной окружности. Следующая проекционная система переносит изображения первого и второго участков штрихов лимба в плоскость третьего участка штрихов лимба. Важной особенностью является то, что все изображения штрихов получаются параллельными друг другу и при поворотах устройства или лимба движутся в одну сторону. In the embodiment depicted in FIG. 2, there are n = 5 sections of the strokes of the limb, evenly spaced along the pitch circle. These sections are connected by n-1 4 projection systems, two of which are located on one side of the limb (first and third) and two on the other (second and fourth). Images of strokes of the first portion of the limb with a shift either along the radius of the divisions or along the tangent to the dividing circle. The next projection system transfers the images of the first and second sections of the strokes of the limb into the plane of the third section of strokes of the limb. An important feature is that all the strokes are obtained parallel to each other and when turning the device or limb move in one direction.

Описанная передача изображений штрихов с прибавлением после каждой проекционной системы новых штрихов от очередных участков лимба позволяет обеспечить наблюдение n участков штрихов в регистрирующем устройстве с отсчетным микроскопом 2. Если в регистрирующем устройстве применяются ПЗС-матрицы или ПЗС-линейки, то в результате использования отсчетов по n участкам возможно значительное снижение ошибок нанесения штрихов на лимб. The described transmission of strokes with the addition of new strokes after each projection system from the next sections of the limb makes it possible to observe n sections of strokes in a recording device with a reference microscope 2. If a CCD or CCD array is used in the recording device, then as a result of using samples of n areas can significantly reduce the errors of strokes on the limb.

На фиг.3 изображено устройство для снятия отсчетов по лимбу угломерного прибора, в котором проекционные системы дополнены оборачивающей системой 3, установленной в n/2 3 проекционной системы. В этом случае три первых и три последних штриха движутся совместно, но в разные стороны. В регистрирующем устройстве расстояние между штрихами при поворотах устройства или лимба удваивается. Figure 3 shows a device for taking readings on the dial of a goniometric device in which projection systems are supplemented by a wrapping system 3 installed in n / 2 3 of the projection system. In this case, the first three and last three strokes move together, but in different directions. In the recording device, the distance between the strokes is doubled when the device or dial is rotated.

На фиг.4 изображено устройство, в одной из проекционных систем которого установлена диафрагма 4, на которой совмещены фокусы предыдущего и последующего объективов (по ходу излучения). За счет этого в устройстве создается телецентрический ход лучей и обеспечивается снижение влияния расфокусировок, например, из-за биений лимба относительно плоскости, ортогональной оси вращения. Figure 4 shows a device in one of the projection systems of which a diaphragm 4 is installed, on which the foci of the previous and subsequent lenses are combined (along the radiation path). Due to this, a telecentric path of rays is created in the device and the influence of defocusing is reduced, for example, due to beating of the limb relative to a plane orthogonal to the axis of rotation.

На фиг. 5 в проекционную систему с номером n/2 4 введен дополнительный призменный блок 5 сложения световых потоков. Световые потоки от источника 1(1) через первую, вторую и третью проекционные системы и от источника 1(2) через седьмую, шестую и пятую проекционные системы, а также через призмы и объективы четвертой системы и через блок 5 сложения попадают в регистрирующее устройство с отсчетным микроскопом 2. При этом четыре первых и четырех вторых участка лимба создают общие изображения штрихов, которые в зависимости от конструкции блока 5 движутся либо в одну сторону, либо в противоположные стороны. В регистрирующем устройстве получается отсчет, создаваемый восемью участками штрихов. In FIG. 5, an additional prism unit 5 for adding light fluxes was introduced into the projection system with n / 2 4. Luminous fluxes from source 1 (1) through the first, second, and third projection systems and from source 1 (2) through the seventh, sixth, and fifth projection systems, as well as through prisms and lenses of the fourth system and through addition unit 5, enter the recording device with reading microscope 2. In this case, the first four and four second sections of the limb create common images of strokes, which, depending on the design of block 5, move either in one direction or in opposite directions. In the recording device, a count is created created by eight sections of strokes.

Аналогично могут быть выполнены и варианты с другим числом используемых участков штрихов лимба. Предел увеличения числа используемых участков штрихов определяется в основном потерями света при прохождении оптических деталей устройства. Similarly, variants with a different number of used limb strokes can be performed. The limit of increasing the number of strokes used is determined mainly by the loss of light when passing through the optical parts of the device.

Технико-экономическое преимущество данного устройства проявляется при использовании его в высокоточных датчиках углов поворотов за счет уменьшения числа повторных измерений для получения заданной среднеквадратической ошибки измеряемого угла. The technical and economic advantage of this device is manifested when it is used in high-precision angle sensors due to the reduction in the number of repeated measurements to obtain a given mean square error of the measured angle.

Claims

1. A DEVICE FOR TAKING A REPORT IN AN ALGOROMIC DEVICE, containing a dial with a dividing circle, a reading microscope of a recording device and projection systems consisting of two lenses and two rectangular prisms, the refracting faces of the prisms facing the lenses and the limb, and the adjacent projection systems located on different the sides of the limb and are optically coupled to each other and to the common portion of the limb divisions, characterized in that the projection systems are arranged along the chords of the pitch circle connecting the limb sections, located at the vertices of regular n-gons, and the total number of projection systems is one less than the number of sides of n-gons, and n ≥ 4.

2. The device according to claim 1, characterized in that in at least one of the projection systems, the foci of the two lenses are combined with an additional diaphragm installed between them.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that for an even number n in the projection system with number n / 2, an element wrapping the image is additionally introduced, and a reference microscope is installed at the exit of the last projection system.

4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that for an even number n in the projection system with number n / 2, a prism unit for adding light flux from two branches of projection systems is additionally introduced, and a reference microscope is installed at the exit of the prism unit for adding light flux .