Лазерная визирная система
Владельцы патента RU 2245513:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт автоматизированных средств производства и контроля" (RU)
Изобретение относится к контрольно-монтажным средствам, в частности к системам монтажа, контроля и увязки стапелей для сборки самолетов. Лазерная визирная система содержит лазер, закрепленный в корпусе, формирователь изображений, выполненный в виде пересекающихся нитей. Корпус выполнен в виде полой призмы, снабженной с торца конусом. Вершина конуса совмещена с центром отверстий, предусмотренных в системе координатных линеек. Корпус установлен с возможностью угловых перемещений вокруг центра отверстия. Нити формирователя изображения выполнены непрозрачными и закреплены во введенных в систему рамках. Рамки установлены с возможностью перемещения независимо друг от друга в направлениях, перпендикулярных нитям. Технический результат состоит в повышении точности измерений. 3 ил.
Изобретение относится к контрольно-монтажных средствам и, в частности, к системам монтажа, контроля и увязки стапелей для сборки самолетов.
Известны лазерные центрирующие (визирные) системы, приведенные в книге Е.Т.Вагнера "Лазеры в самолетостроении", Москва, "Машиностроение", 1982 г. (стр.119-148), рис.57 и 58. Указанные системы (рис.57) содержат лазер, закрепленный в корпусе, целевой знак визуальный или фотоэлектрический, закрепленные на координатных линейках. Известная визирная система не обеспечивает необходимую точность установки и центрирования лазера и целевого знака на оси отверстий координатных линеек.
Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является "Лазерный визир", приведенное в описании к а.с. РФ №454419, кл. G 01 В 9/08. Известное техническое решение содержит лазер и оптический формирователь изображения, выполненный в виде двух круглых пересекающихся оптически прозрачных нитей.
Анализ аналогов и прототипа показал, что известные технические решения не могут обеспечить необходимую точность измерений при выполнении контрольно-монтажных работ из-за низкой точности базирования лазера и формирователя изображения, а также из-за малой контрастности световых полос, полученных в результате подсветки лазерным пучком прозрачных нитей, энергия которых размывается по известной зависимости Гаусса.
При разработке лазерной визирной системы была поставлена задача - повысить точность измерений за счет обеспечения необходимой точности базирования лазера и повышения контрастности формирователя изображения перекрестия целевого знака. Такая задача обусловлена тем, что за последние годы значительно повышены требования к точности сборки и обеспечению взаимозаменяемости узлов самолетов, монтаж оснастки которых производится с помощью лазерных визирных систем.
Указанная задача решена за счет того, что корпус, в котором закреплен лазер, выполнен в виде призмы, снабженной с торца конусом, вершина которого совмещена с центром отверстий, предусмотренных в системе координатных линеек, при этом корпус установлен с возможностью угловых перемещений вокруг центра отверстия, а нити формирователя изображения выполнены непрозрачными и закреплены во введенными в систему рамках, установленных с возможностью перемещения независимо друг от друга в направлениях, перпендикулярных нитям.
Выполнение корпуса для крепления лазера в виде полой призмы обеспечивает независимое перемещение лазера в двух взаимоперпендикулярных плоскостях, а снабжение его с торца конусом позволяет обеспечить точную установку лазера на центр отверстий координатной линейки и сохранения этого положения при выполнении угловых перемещений и наведении лазера на формирователь изображения.
Выполнение формирователя изображений в виде непрозрачных нитей, закрепленных в рамках, обеспечивает их независимое перемещение и контрастное проецирование нитей на экран или видеоприемное устройство.
На фиг.1 приведена принципиальная схема лазерной визирной системы. На фиг.2 изображена кольцевая структура лазерного пучка. На фиг.3 показана принципиальная схема формирователя изображения.
Лазерная визирная система (фиг.1) содержит лазер 1, например полупроводниковый, закрепленный в корпусе 2, который выполнен в виде полой призмы, снабженной с торца конусом, вершина которого совмещена с центром отверстий, предусмотренных в системе координатных линеек 3. Корпус 2 подвешен на пружинах 4 в кожухе 5, который имеет хвостовик 6. На одном из концов корпуса 2 установлена линза 7 со сферической аберрацией так, что ее фокус совмещен с излучающей площадкой лазера 1. Кожух 5 снабжен четырьмя винтами 8 (последние два в плоскости, перпендикулярной к чертежу, не показаны). Параллельно с координатной линейкой 3 установлена вторая координатная линейка 9, отверстия которой соосны с отверстиями первой. На координатной линейке 9 установлен формирователь изображения 10, который выполнен в виде двух непрозрачных нитей (фиг.3), закрепленных во введенных в систему рамках 11 и 12, установленных с возможностью перемещения независимо друг от друга в направлениях, перпендикулярных нитям.
В формирователе изображения 10 закреплена положительная линза 13, проецирующая изображение непрозрачных нитей на экран 14 или видеоприемное устройство 15, соединенное с графическим дисплеем 16. Рамки 11 и 12 формирователя изображения 10 соединены кинематически каждая с двумя электронными цифровыми измерителями перемещений 17 (один из которых на чертеже не показан), которые снабжены винтами перемещений.
Работа системы включает два этапа. На первом этапе выполняют настройку системы, которая содержит выставление параллельно между собой координатных линеек 3 и 9 с закрепленными на них лазером 1, в корпусе 2 с кожухом 6, и соосно с ними формирователя изображений 10, а в промежутке между координатными линейками 3 и 9 располагают объект контроля.
На втором этапе включают лазер 1, световая энергия от которого, проходя через линзу 7 со сферической аберрацией, формирует структуру лазерного пучка в виде концентрических колец (фиг.2). Далее лазерный пучок падает на формирователь изображений 10 и, пройдя через линзу 13, проецирует на экран 14 перекрестие непрозрачных нитей формирователя изображения 10 и кольцевую структуру лазерного пучка, положение которых регистрируют глазом на экране 14 или на видеоприемном устройстве 15 с графическим дисплеем 16.
Затем переставляют формирователь изображения 10 на объект контроля и измеряют его отклонения от положения координат X, У и Z лазерной визирной системы. В случае несогласования кольцевой структуры лазерного пучка с перекрестием непрозрачных нитей формирователя изображения 15 перемещают винтами рамки 11 и 12 до совмещения непрозрачных нитей с кольцевой структурой лазерного пучка. Полученные отклонения фиксируют по показаниям электронных измерителей перемещений 17.
Предлагаемая лазерная визирная система изготовлена в виде опытной партии образцов, прошла комплекс метрологических и производственных испытаний, которые показали, что ее применение обеспечивает повышение на порядок точности контрольно-монтажных работ по сравнению с известными техническими решениями.
Лазерная визирная система, содержащая лазер, закрепленный в корпусе, формирователь изображений, выполненный в виде пересекающихся нитей, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде полой призмы, снабженной с торца конусом, вершина которого совмещена с центром отверстий предусмотренных в системе координатных линеек, при этом корпус установлен с возможностью угловых перемещений вокруг центра отверстия, а нити формирователя изображения выполнены непрозрачными и закреплены во введенных в систему рамках, установленных с возможностью перемещения независимо друг от друга в направлениях, перпендикулярных нитям.
