В последние годы для определения отметок точек при инженерно-геодезических работах в промышленном и гражданском строительстве все больше начинают применять лазерные нивелиры. В отличие от обычных нивелиров, применяемых для определения отметок точек путем прокладки нивелирных ходов, лазерные нивелиры для подобных целей практически не применяются. Они несколько дороже обычных и требуют источников питания для лазера и фоторегистрирующего устройства, а также соблюдения дополнительных мер по технике безопасности при работе с ними. По этим причинам их в основном используют при выполнении строительно-монтажных работ внутри зданий, для задания опорной плоскости при укладке полов, установке и выравнивании стен и перегородок, контроле отметок фундамента здания, установке бетонных блоков или для нивелирования площадей, вертикальной планировки, автоматизации геодезического контроля при движении строительных машин и механизмов во время работы, прокладке дренажных и канализационных систем.
С помощью лазерных нивелиров также выполняют контроль качества дорог, когда требуется осуществлять контроль ровности покрытия при выемке и перемещении грунта, забивке свай, строительстве аэродромов и т.д. Если сравнивать с традиционными технологиями, лазерные нивелиры позволяют максимально увеличить производительность труда, исключить необходимость перепроверки и сократить время, затрачиваемое на выполнение работ.
1. Что такое нивелир
Нивелир — (от фр. niveau — уровень, нивелир) — геодезический инструмент для нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками земной поверхности относительно условного уровня т.е определение превышения.
Нивелиры различают по следующим принципам действия (видам выполняемых измерений) на:
1. Тригонометрические — принцип действия основан на измерении наклонения визирных линий с одной точки на другую
2. Геометрические — измерение производится рейками и нивелиром
3. Гидростатические — действие основано на свойстве жидкости сообщающихся сосудов всегда находиться на одном уровне, независимо от высоты точек, на которых установлены эти сосуды
4. Барометрические — измерения производятся при помощи барометра
5. Радиолакационные — работа основана на измерении радиовысотомеров и эхолотов, установленных как на воздушных, так и на водных судах, автоматически вычерчивающих профиль проходимого пути
6. Оптические
7. Лазерные
Лазерное сканирование
... Технические характеристики сканера. Точность определения положения точки 4 мм на 50 м Точность измерения расстояния, мм Угловая точность (по вертикали/ /горизонтали), микрорадиан Тип лазера Импульсный лазерный сканер с двухосевым ...
Наиболее точными считаются оптические и лазерные нивелиры. Поэтому они получили большее распространение при разработке цифровых нивелиров. Главное преимущество таких электронных приборов это практически полностью автоматизированный процесс измерения, обработки и хранения результатов, возможность быстрого редактирования отчетов по полученным данным с цифрового нивелира на компьютере. Также использование электронных устройств снижает погрешность измерения, за счет устранения человеческого фактора.
2. История лазерных нивелиров
Конструкции первых лазерных нивелиров были достаточно просты, так как представляли собой стандартный нивелир с закрепленным на нем газовым лазером. Зрительная труба нивелира использовалась в качестве коллиматора.
Рисунок 2.1 — Оптическая схема нивелира Ni-007 с лазерной насадкой
1 – гелиево-неоновый лазер; 2 – пучок лазерного излучения; 3 – нивелир Ni-007
При нивелировании поверхности высокая производительность достигается использованием лазерных приборов со сканирующими излучателями. Впервые такой лазерный нивелир был предложен Студебеккером (США) в 1964 г.
Рисунок 2.2 — Лазерный нивелир для задания световой плоскости
1 – пентапризма; 2 – цилиндрические уровни; 3 – электродвигатель с полым валом; 4 – корпус прибора; 5 – полая обойма; 6 – трипка, с помощью которой можно изменять высоту световой плоскости; 7 – коллиматор; 8 – трегер; 9 – подъемные винты горизонтирующего устройства; 10 – головка штатива; 11 – лазер
Конструкции первых лазерных нивелиров были достаточно просты, так как представляли собой стандартный нивелир с закрепленным на нем газовым лазером. Зрительная труба нивелира использовалась в качестве коллиматора.
В СССР с70-х годов прошлого столетия на протяжении нескольких лет серийно выпускался лазерный нивелир, который широко использовался в автоматизированной системе контроля вертикальной планировки СКП-1. В этом приборе в качестве излучателя использовался гелиево-неоновый лазер.
3. Лазерный нивелир
Лазерный нивелир разработан специально для проведения строительно-монтажных работ как снаружи, так и внутри помещений. Основным принципом их работы является построение горизонтальной и вертикальной лазерных плоскостей. Лазерные нивелиры подразделяются на два типа ротационные лазерные нивелиры и построители плоскостей. В ротационных нивелирах плоскости задаются путем вращения пучка лазера вокруг оси вращения, а построитель плоскостей задает плоскости путем рассеивания пучка через линзу.
Лазерные нивелиры служат для нивелирования вне и внутри помещений при строительстве. Особенностью лазерных нивелиров является образование видимой лазерной плоскости. Точность измерения лазерных нивелиров повышается за счет использования лазерных приемников.
В свою очередь, лазерный нивелир идеален для измерения точек на одинаковой высоте. В комплекте с призмой и приспособлением для крепления – применяется для кругового нивелирования бордюров, облицовки стен и подвесных потолочных покрытий.
Лазерный построитель плоскостей – это геодезический прибор для разметки в помещениях. Лазерные построители активно применяются при строительстве и ремонтных работах, поскольку обладают высокой степенью точности и удобны в обращении.
Считается, что лазерный построитель плоскостей – это разновидность лазерного нивелира. Но существует несколько существенных различий между ними. Одно из них – масштаб работы. Если нивелиры идеальны для работы с горизонтальными и вертикальными плоскостями, то лазерные построители плоскостей позволяют строить две-три плоскости, что значительно удобнее.
Воздушные лазерные системы в городском кадастре
... принципов построения, функционирования и основных характеристик воздушных лазерных средств. привести основные преимущества и недостатки воздушных лазерных систем. Объектом исследования являются системы воздушного лазерного ... анализ информационных материалов по областям применения, принципам построения и функционирования воздушных лазерных систем, применяемых для топографо-геодезического обеспечения ...
Сферы применения лазерного построителя плоскостей разбивочные, монтажные, отделочные работы, а также вертикальное или горизонтальное разделение площади. С его помощью можно за короткий промежуток времени осуществить точную разметку.
Большинство лазерных нивелиров снабжено компенсаторами, позволяющими автоматически удерживать пучок лазерного излучения горизонтально или с заданным уклоном. Установка в горизонтальное положение производится при помощи электронных и жидкостных уровней или автоматической системы самонивелирования.
Для обеспечения стабильности положения в пространстве лазерной плоскости при работе в конструкции некоторых моделей лазерных нивелиров устанавливается система стабилизации положения лазерного пучка, аналог которой ранее использовался в профессиональной видеоаппаратуре. Такое конструктивное решение позволяет автоматически корректировать вибрации, возникающие на строительной площадке во время работы тяжелой техники.
Для фиксации лазерной плоскости (лазерного пучка) можно использовать как обычные нивелирные рейки, так и рейки, оснащенные специальным приемником излучения. Более простые типы лазерных нивелиров снабжены только цилиндрическим уровнем, скрепленным с лазером и коллимирующей оптической системой.
У некоторых лазерных нивелиров высота излучателя может меняться путем вертикального смещения прибора относительно головки штатива. В современных лазерных нивелирах в основном используются полупроводниковые лазеры, пучок излучения от которых формируют с помощью оптической системы слабо расходящимся (практически параллельным) либо трансформируют с помощью цилиндрической линзы в виде веера. Чтобы создать световую плоскость либо световой сектор, лазерный пучок развертывают с помощью сканирующей головки, выполненной в виде зеркального гальванометра или вращающейся призмы (зеркала), установленных на валу электродвигателя.
Рисунок 3.1 — Устройства для развертки лазерного пучка:
- а) с помощью гальванометра;
- б) с помощью вращающейся многогранной призмы;
- в) с помощью вращающегося зеркала, установленного на валу электродвигателя
В некоторых лазерных нивелирах пучок лазерного расщепляют на два пучка, один из которых развертывают в виде плоскости, а другой направляют вертикально. Также созданы лазерные приборы, которые позволяют создавать отвесную световую плоскость.
Рисунок 3.2 — Оптическая схема развертки с двумя сканирующими пучками:
1 и 3 – пучки лазерного излучения, составляющие с горизонтальной плоскостью углы «+» и «–» или с вертикалью углы 90° + ε и 90° – ε; 2 – горизонтальная линия; 4 – сканирующая головка; 5 – лазер с коллимирующей оптической системой
Как уже отмечалось, в лазерных нивелирах могут также использовать две световые плоскости, создаваемые двумя сканирующими пучками лазерного излучения.
Лазерное излучение (2)
... Особенностями лазерных излучений являются монохроматичность излучения (строго одной длины), когерентность излучения (все источники излучения испускают электромагнитные волны в одной фазе), острая направленность луча (малое расхождение). Эти свойства позволяют с помощью ...
Рисунок 3.3 — Лазерный нивелир, задающий два лазерных пучка, образующих равносигнальную зону.
В нем лазерный пучок от лазера попадает на сканирующий узел, осуществляющий не только развертку пучка с определенной угловой скоростью, но и расщепление его на два пучка. Один из световых пучков составляет с горизонтальной плоскостью угол «-ε», а другой «+ε», благодаря чему достигается возможность создания равносигнальной зоны, так как при сканировании лазерные пучки частично перекрывают друг друга.
В современных лазерных нивелирах в основном используются полупроводниковые лазеры, пучок излучения от которых формируют с помощью оптической системы слабо расходящимся (практически параллельным).
Производимые на сегодняшний день лазерные нивелиры в зависимости от функциональных возможностей и мощности излучения (дальности действия) можно условно разделить на приборы для внутренних работ и приборы для внешних работ. Лазерные нивелиры для внешних работ снабжены более мощными лазерными излучателями, задающими горизонтальную линию или плоскость. Некоторые конструкции предусматривают возможность задания наклонного направления или плоскости, что удобно при выносе проекта в натуру.
Эти приборы отличаются повышенным радиусом действия и увеличенной скоростью вращения луча с возможностью ее изменения. Они позволяют задавать уклон в одной или двух плоскостях и применяются при производстве земляных работ при пересеченном рельефе местности. Большинство лазерных нивелиров, предназначенных для внутренних работ, могут задавать как горизонтальную, так и вертикальную световые плоскости (направления).
Для расщепления пучка на два ортогональных направления установлена делительная призма. Эти приборы, как и приборы для наружных работ, снабжены компенсаторами.
4 Виды лазерных нивелиров
4.1 По типу выравнивания.
На схеме ниже показано, как подразделяются лазерные нивелиры по типу выравнивания.
Лазерные уровни и нивелиры, выравниваемые вручную
Рисунрк 4.1.1 — Лазерный уровень DeWalt DW099Р
Приборы этого типа выравниваются по встроенному в них пузырьковому уровню. Для удобства их выравнивания существуют специальные подставки, где выравнивание осуществляется винтами, при этом сам уровень можно вращать на 360° вокруг оси. Лазерным уровнем с ручным выравниванием можно производить разметку в горизонтальной, вертикальной плоскости, или вообще под любым другим углом. Приборы с ручным выравниванием, обычно относятся к низшей ценовой категории.
Лазерные уровни с маятниковым выравниванием
Рисунок 4.1.2 — GEO-Fennel PL40-4 Linner
У этого типа приборов имеется механическая система маятникового выравнивания. Лазерный излучатель прибора крепиться на маятник. После снятия защитной блокировки, маятник совершает несколько колебаний и устанавливается в рабочее положение, точно выставляя вертикаль и горизонталь, сигнализируя об этом звуковым или световым сигналом. Если его случайно сдвинуть, то он также просигнализирует, что уровень «ушел» и сам же его снова выставит. Для того, что бы быстро погасить колебания маятника, на компенсаторе установлены магниты.
