Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАНИЯ ПЛОСКОСТИ ГОРИЗОНТА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАНИЯ ПЛОСКОСТИ ГОРИЗОНТА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАНИЯ ПЛОСКОСТИ ГОРИЗОНТА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: измерительная техника для высокоточного задания плоскости горизонта, определения, измерения и ориентации объекта относительно плоскости горизонта. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с жидкостью, установленный на основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси основания, отражатель, уровень, поплавок, погруженный в жидкость и связанный с корпусом посредством первого карданного шарнира, второй карданный шарнир. В устройство введен демпфер, содержащий подвижную и неподвижную части, неподвижная часть которого закреплена на корпусе, а подвижная на полом цилиндре, компенсаторы, установленные на поплавке и подвижной части демпфера; второй карданный шарнир установлен на поплавке и состоит из трех колец и полого цилиндра, первое и третье кольца шарнира снабжены статически уравновешенными относительно оси качания грузами, расположенными на разной высоте; перекрестие закреплено на торце полого цилиндра, на другом конце которого, со стороны оснований, закреплен отражатель. Отражатель может быть выполнен в виде плоского зеркала или куба. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2097698
Класс(ы) патента: G01C15/14
Номер заявки: 95110817/28
Дата подачи заявки: 26.06.1995
Дата публикации: 27.11.1997
Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа "Красногорский завод им.С.А.Зверева"
Автор(ы): Ражев С.И.; Мейтин В.А.
Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа "Красногорский завод им.С.А.Зверева"
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам для высокоточного задания плоскости горизонта, и с применением автоколлимационного устройства может быть использовано для определения, измерения и ориентации объекта относительно плоскостей горизонта.
Известна конструкция маятникого датчика горизонта, содержащая корпус, маятник, жестко скрепленные с ним зеркало, карданный шарнир, демпфирующее устройство. Причиной, препятствующей получению высокой точности задания плоскости горизонта, является отсутствие возможности компенсации угла рассогласования между нормалью плоского зеркала и истинной вертикалью (силой тяжести, приложенной к плоскому зеркалу) до нескольких угловых секунд, а также отсутствие защиты от вибрационного фона [1]
Наиболее близким по технической сущности является устройство для задания плоскости горизонта, содержащее контейнер, заполненный жидкостью и установленный на вращающемся основании, плоское зеркало, поплавок, соединенный с корпусом через карданный шарнир, уровень, установленный на контейнере [2]
Причинами, препятствующими получению высокой точности задания плоскости горизонта, являются: наличие вязкой среды, в которой находится поплавок, установленный на кардановом подвесе, отсутствие возможности компенсации угла рассогласования между выталкивающей силой поплавка и нормалью плоского зеркала, отсутствие возможности уменьшить момент трения покоя в шарикоподшипниках карданового шарнира.
Задачей изобретения является создание устройства для задания плоскости горизонта. Технический результат повышение точности установки зеркала в плоскости горизонта.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для задания плоскости горизонта, содержащее корпус с жидкостью, установленный на основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси основания, отражатель, уровень, поплавок, погруженный в жидкость и связанный с корпусом через первый двухкоординатный кардановый шарнир, второй двухкоординатный кардановый шарнир, в отличие от известного устройства дополнено демпфером, содержащим подвижную и неподвижную части, компенсаторами и грузами, второй двухкоординатный кардановый шарнир выполнен из трех колец и полого цилиндра, установленных концентрично относительно вертикальной оси основания, при этом первое и второе кольца, а также третье кольцо и полый цилиндр выполнены с возможностью попарного, соосного качания во взаимоперпендикулярных плоскостях, кроме того, первое кольцо связано с поплавком, а третье кольцо связано со вторым кольцом, причем на торце полого цилиндра со стороны основания закреплен отражатель, а на противоположном торце перекрестие, первое и третье кольца снабжены грузами, статически уравновешенными относительно осей качания первого и третьего колец и закрепленными на разной высоте, неподвижная часть демпфера закреплена на корпусе, а подвижная на полом цилиндре, на подвижной части демпфера и на поплавке установлены компенсаторы. Отражатель выполнен в виде зеркального куба, а корпус снабжен четырьмя окнами, расположенными напротив вертикальных граней куба.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства с выполнением отражателя в виде плоского зеркала; на фиг. 2 принципиальная схема устройства, вид сверху; на фиг. 3 принципиальная схема устройства с выполнением отражателя в виде зеркального куба.
Устройство содержит корпус, установленный на основании 1 и выполненный в виде двух полых цилиндров 2 и 3, установленных соосно, причем полый цилиндр 3 установлен в цилиндре 2 и соединен с ним посредством кольца 4. Объем между цилиндрами 2 и 3 и кольцом 4 заполнен жидкостью 5, в которой установлен поплавок 6, соединенный с цилиндром 2 через первый двухкоординатный карданный шарнир 7, две закрепленные на поплавке 6 стойки 8, в которых на двух полуосях 9 установлен второй двухкоординатный кардановый шарнир, содержащий кольца 10, 11, 12, полый цилиндр 13, полуоси 14, 15, 16, подшипники 17, 18, 19, 20. Кольца 10, 11, 12, полый цилиндр 13 и поплавок 6 расположены соосно относительно вертикальной оси цилиндра 2, вертикальная ось которого совмещена с вертикальной осью основания 1. Корпус устройства установлен на основании 1 с возможностью вокруг вертикальной оси основания 1. Первое кольцо 10 второго двухкоординатного шарнира содержит два сквозных отверстия, геометрические оси которых лежат на одной прямой и проходят через геометрический центр первого кольца 10. В каждом из двух отверстий первого кольца 10 установлено по подшипнику 17 и 18. Первое кольцо 10 второго двухкоординатного шарнира установлено на полуосях 9 в шарикоподшипниках 17, а второе кольцо двухкоординатного шарнира в первом кольце 10 на двух полуосях 14, в подшипниках 18, с возможностью соосного качания колец 10, 11 на оси, образованной полуосями 9, 14. Третье кольцо 12 второго двухкоординатного шарнира установлено во втором кольце 11 на полуосях 15 второго кольца 11, в подшипниках 19. Геометрические оси, образованные полуосями 14 и 15 кольца 11, взаимно перпендикулярны и лежат в одной плоскости. Центр пересечения геометрических осей, образованных полуосями 14 и 15, совпадает с геометрическим центром второго кольца 11. Третье кольцо 12, так же как и первое кольцо 10, содержит два сквозных отверстия, геометрические оси которых лежат на одной прямой и проходят через геометрический центр третьего кольца 12. В каждом из двух отверстий третьего кольца 12 установлено по подшипнику 19 и 20. Полый цилиндр 13 установлен в третьем кольце 12 на полуосях 16 в подшипниках 20. Геометрические оси полуосей 16 полого цилиндра 13 лежат на одной прямой, которая проходит через ось симметрично полого цилиндра 13. Третье кольцо 12 и полый цилиндр 13 установлены с возможностью их соосного качания на геометрической оси, образованной полуосями 15 и 16. Геометрические оси, образованные полуосями 9, 14 и 15, 16, лежат в одной горизонтальной плоскости и взаимно-перпендикулярны. Первое кольцо 10 и третье кольцо 12 снабжены статически уравновешенными относительно оси качания первого кольца 10 (полуоси 9, 14) грузами 21, 22 и третьего кольца 12 (полуоси 15, 16) грузами 23, 24. Грузы 21, 22, 23, 24 установлены на разной высоте. На торце полого цилиндра 13 со стороны основания 1 закреплен отражатель 25 (двухстороннее плоское зеркало). На противоположном торце полого цилиндра 13 установлено перекрестие 26, центр которого совпадает с осью симметрии полого цилиндра 13. На цилиндре 2 закреплена неподвижная часть демпфера 27, а на полом цилиндре 13 подвижная часть демпфера 28. На подвижной части демпфера 28 установлено компенсационное устройство 29, а на стойках 8 компенсационное устройство 30. Основание 1 снабжено тремя винтами 31. На корпусе устройства установлен уровень 32. Отражатель 25 может быть выполнен в виде зеркального куба 33, а полый цилиндр 2 с четырьмя отверстиями 34, расположенными напротив боковых граней куба 33.
Устройство работает следующим образом.
Винтами 31 основания 1 по уровню 32 выставляют вертикальную ось полого цилиндра 2 в вертикальное положение. Под действием выталкивающей силы, находящейся в жидкости 5, поплавок 6 (грубо), а полый цилиндр 13 под действием силы тяжести (точно) самоустанавливают отражающие поверхности двухстороннего плоского зеркала 25 параллельно плоскости горизонта (направление нормали отражающей поверхности зеркала 25 совпадает с вертикальной осью полого цилиндра 2). Угловую погрешность самоустановки отражающей поверхности плоского зеркала 25 в плоскость горизонта определяют с помощью двухкоординатного автоколлиматора по автоколлимации от отражающей поверхности зеркала 25. Автоколлимацию по поверхности зеркала 25 снимают по двум взаимноперпендикулярным направлениям шкалы автоколлиматора AxI и AyI. Разворачивают корпус устройства вокруг вертикальной оси основания 1 на 180o. При развороте корпуса устройства на кольцах 10 и 12 под действием центробежных сил возникает маятниковый момент, образованный за счет разности моментов масс грузов 21 и 22, 23 и 24 относительно оси качания каждого из колец 10, 12. При этом недемпфируемые кольца 10 и 12 совершат более продолжительные колебания, чем демпфируемый полый цилиндр 13. Таким образом уменьшается трение покоя шарикоподшипников 17, 18, 19, 20 и повышается чувствительность второго двухкоординатного шарнира. По автоколлиматору снимают второй отсчет Ax2 и Ay2. Положение плоскости горизонта определяют по среднему значению от полученных отсчетов по автоколлиматору.

Устранение угла рассогласования между нормалью двухстороннего плоского зеркала 25 и истинной вертикалью производят с помощью компенсационных устройств 29, 30, что позволяет повысить точность работы с устройством за счет уменьшения систематической погрешности устройства. Компенсационное устройство 30 компенсирует угол между выталкивающей силой поплавка 6 и вертикальной осью поплавка 6 до десятков угловых секунд, контроль осуществляется по перекрестию 26 при вращении корпуса устройства на 360o вокруг вертикальной оси основания 1. Компенсационное устройство 29 компенсирует угол между направлением нормали двухстороннего плоского зеркала 25 и направлением силы тяжести, приложенной к полому цилиндру 13, до нескольких угловых секунд; контроль осуществляется автоколлиматором по автоколлимации от зеркала 25.
При наклоне корпуса устройства на некоторый угол, порядка нескольких угловых минут, поплавок 6 и полый цилиндр 13 будут стремиться сохранить неизменным свое первоначальное положение относительно выталкивающей силы и силы тяжести. Взаимное положение поплавка 6 и полого цилиндра 13 сохраняется. Работа с устройством, в котором отражатель выполнен в виде зеркального куба 33, аналогична вышеизложенной. Устройство с зеркальным кубом 33 будет задавать прямоугольную систему координат, две оси которой будут лежать в плоскости горизонта, а третья ось будет совпадать с направлением истинной вертикали.
Наличие жидкости 5 и поплавка 6, погруженного в нее, повышает виброзащищенность устройства, кроме того, повышение чувствительности двойного двухкоординатного шарнира за счет более продолжительных колебаний колец 10, 12, чем полого цилиндра 13, которые вызваны грузами 21-24, при вращении корпуса устройства вокруг вертикальной оси основания 1, а также введение компенсации угла рассогласования между выталкивающей силой поплавка и геометрической осью поплавка, между силой тяжести, приложенной к полому цилиндру и нормалью плоского зеркала все это позволяет повысить точность устройства, а также улучшить удобства работы с ним.
Использование в устройстве в качестве отражателя зеркального куба 33 позволяет расширить функциональные возможности устройства от задания плоскости горизонта до высокоточного формирования базовой прямоугольной системы координат горизонтальными и вертикальными отражающими гранями зеркального куба.
Формула изобретения: 1. Устройство для задания плоскости горизонта, содержащее корпус с жидкостью, установленный на основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, отражатель, поплавок, погруженный в жидкость и связанный с корпусом через первый двухкоординатный кардановый шарнир, второй двухкоординатный кардановый шарнир, уровень и компенсаторы, отличающееся тем, что оно дополнено демпфером, содержащим подвижную и неподвижную части, и грузами, причем поплавок и корпус установлены соосно с вертикальной осью основания, а второй двухкоординатный кардановый шарнир выполнен из трех колец и полого цилиндра, установленных соосно с вертикальной осью основания, при этом первое и второе кольца, а также третье кольцо и полый цилиндр выполнены с возможностью попарного соосного качания во взаимно перпендикулярных плоскостях, первое кольцо связано с поплавком, а третье кольцо с вторым кольцом, причем на торце полого цилиндра со стороны основания закреплен отражатель, а на противоположном торце перекрестие, грузы установлены на первом и третьем кольцах, статически уравновешены относительно осей качания первого и третьего колец и закреплены на разной высоте, неподвижная часть демпфера закреплена на корпусе, а подвижная на полом цилиндре, на подвижной части демпфера и на поплавке установлены компенсаторы.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражатель выполнен в виде зеркального куба, а корпус снабжен четырьмя окнами, расположенными напротив вертикальных граней куба.