Виды лазерных нивелиров и их использование

 

 

 

 

Министерство образования и науки

Российской Федерации

 

 

ФГБОУ ВПО «АлтГТУ им. И. И. Ползунова»

 

 

 

 

 

Кафедра  «ОФиИГ»

 

 

   

 

 

 

 

 

Реферат на тему: 
Виды лазерных нивелиров и их использование

         

 

Выполнил: 
студент группы ПГС-01                                                              Плетнева О.В.                           

Проверила 
доцент:                                   Хлебородова Л.И.

 

 

Работа принята с оценкой ___________________________

 

 

 

 

 

 

Барнаул 2014г.

 

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

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

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.

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.

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.

 

Уровни с электронным выравниванием

 

Рисунок 4.1.3 - Leica Roteo 35G

 

Это самый сложный и дорогой тип лазерных нивелиров с богатым функционалом. Выравнивание лучей происходит за счет сервомоторов, команду которым подает  специальная электроника, следящая за положением прибора. Когда выравнивание закончено прибор, также подает сигнал.  

 

 

 

Лазерные нивелиры с комбинированным типом выравнивания

В горизонтальной плоскости лучи такого прибора выравниваются с помощью маятниковой или электронной системы, а при установке лазерного нивелира по вертикали, по пузырьковому уровню.

 

4.2 По количеству плоскостей проецирования

По количеству плоскостей, на которые может проецироваться луч, лазерные нивелиры подразделяются на работающие: в одной плоскости, в двух (X, Y) и самые дорогие модели, в трех (X,Y,Z) плоскостях. Конечно, чем с большими плоскостями «умеет» работать прибор, тем он удобнее, так как не надо перестраивать прибора на другие работы.

4.3 По  типу излучателей

Точечные лазерные уровни

Самые простые лазерные уровни оснащаются точечным излучателем, работающему по принципу лазерной указки. Они проецируют на поверхность одну или несколько точек.

Линейные (статические или позиционные) лазерные нивелиры

В этих приборах, лазерные лучи проходят через взаимно перпендикулярно расположенные призмы, проецируя, таким образом, на плоскости две пересекающиеся линии в форме «+», причем, в зависимости от модели, угол развертки, а значит и длина линий, могут отличаться. Линейные лазерные нивелиры могут проецировать от 2 до 8 линий одновременно, что очень удобно при монтаже сложных объектов, сразу в «несколько рук». В последнее время, в позиционные лазерные нивелиры стали добавлять еще и лазерный отвес, который проецирует две точки одну на пол, другую на потолок, находящиеся  на одной линии.

Ротационные лазерные нивелиры

Лазерные построители этого типа проецируют на плоскость точку, которая вращается вокруг оси прибора с высокой скоростью (до 600 об/мин.), создавая, таким образом, зрительно видимую линию с разверткой в 360°.  В отличие от линейных нивелиров, в которых часть луча лазера рассеивается в призме, в ротационном, луч наоборот фокусируется в линзе. Это позволяет работать с ним на больших расстояниях. Так же в ротационном нивелире может присутствовать лазерный отвес.

Чтобы принять луч на расстоянии нескольких сотен метров используют специальный приёмник лазерного луча. Такой приёмник позволяет точно поймать лазерный луч, даже если он не виден человеческому глазу. 

Рисунок 4.3.1 – Приемник лазерного луча

 

 

 

5. Работа с  лазерным нивелиром

5.1 Подготовка  к работе

Вообще о том, как привести лазерный нивелир к рабочему состоянию стараются не умалчивать производители устройств, подробно описывая этот начальный этап в инструкции, которую любезно прилагают в комплекте поставки. В двух словах, Вы не сможете начать работу с нивелиром, если не установите в его отсек батарейки или не зарядите аккумулятор (в зависимости от модели). Только после этого можно нажать на корпусе прибора кнопку, которая отвечает за его включение, а какую именно, можно узнать из руководства к вашему нивелиру. Если устройство работает, и Вы увидели лазерные лучи, можно переходить к дальнейшим манипуляциям с ним.

5.2 Установка  нивелира

Лазерные нивелиры предполагают несколько вариантов установки: на пол, на стену, на штатив и даже на потолок. Во всяком случае, чтобы подобрать оптимальное местоположение нивелира для выполнения работ вам придется немного поэкспериментировать с этим. Иногда, когда необходимо получить лазерный луч под определенным углом, а штатива нет под рукой, в ход идет буквально всё, например, книги из домашней библиотеки. Не стесняйтесь делать этого, но только если Вы не сотрудник компании, делающей ремонт. При использовании прибора за пределами помещений необходимо посмотреть инструкцию по эксплуатации нивелира и узнать, является ли тот защищенным от внешних воздействий вроде дождя и пыли, а также каков диапазон заявленных для него рабочих температур.

Рисунок 5.2.1 – Установка прибора в рабочее положение

Если вам предстоит использование нивелира для выравнивания стен, потолка, пола и других предметов, то при установке следует контролировать горизонтальность прибора, например, при помощи встроенного пузырькового уровня или с помощью отдельного строительного. В противном случае, вам все равно придется делать это, так как у встроенной системы автоматической калибровки есть определенный лимит на горизонтальность установки нивелира.

5.3 Настройка  нивелира

Конкретно для вашей модели в инструкции для лазерного нивелира достаточно подробно описан принцип его настройки. Однако для всех устройств он примерно одинаковый. У любого призменного нивелира есть возможность выбрать проецируемый луч: только горизонтальный, только вертикальный, оба сразу, а также функции включения и выключения лазерных точек и точек отвеса, если, конечно, эта функция есть в нем. В устройствах ротационного типа существуют ещё такие настройки, как частота вращения лазерного луча и выбор угла сканирования. При работе с прибором специалисты сайта www.nivelir.biz рекомендуют настраивать прибор под род работ, в которых он используется. Например, если Вы проверяете вертикальность дверного проема, то оставьте включенной только соответствующую лазерную ось, отключив все остальное, так как это поможет уменьшить энергопотребление прибора и продлить продолжительность автономной работы.

5.4 Детектор вам  в помощь

Вам нужно проверить горизонтальность пола в спортивном зале, а быть может точность установки опалубки на большой стройплощадке? Тогда без детектора лазерных лучей вероятно не обойтись. Этот небольшой портативный прибор позволяет обнаруживать невидимые невооруженным глазом лучи, излучаемые лазерным нивелиром, если тот установлен на достаточно большом расстоянии от объекта, который необходимо проконтролировать. Обычно для работы с детектором в каждом нивелире есть специальный импульсный режим. Запустите его перед началом работы.

5.5 Точно в  цель

Почти все лазерные нивелиры комплектуются таким аксессуаром, как мишень (пластиковая пластинка, на которой нарисовано примерно то же самое, во что мы целимся при стрельбе в тире). Мишень для лазерного нивелира выполняет примерно такие же функции, только вместо пуль "стреляют" в неё лазерным лучом. Представьте, если вам нужно сделать отверстие в стене на несколько сантиметров выше, чем на противоположной, а расстояние между ними составляет метров 50. Попасть лазером в точку, нарисованную маркером на стене будет сложно, а вот в специальную мишень, по словам бывалых мастеров, сможет даже не самый меткий стрелок. Некоторые модели комплектуются оптическим визиром. Используя его, Вы точно не промахнетесь даже с расстояния 100 и более метров.

6. Практические  примеры использования лазерных  нивелиров

Выравнивание стен

 Пожалуй самый показательный пример использования лазерных нивелиров и то, что линейки и пузырьковые уровни — прошлый век. Чтобы проконтролировать настолько ваша стена (пол, потолок или любая другая поверхность) ровная, направьте луч от нивелира вдоль неё. При использовании лазерного нивелира для таких задач потребуются контрольные метки, расставленные в нескольких местах на стене или одна линейка. Посмотрите, насколько стена невертикальная в каждой контрольной точке и какое количество материала вам придется накладывать, чтобы выровнять её.

Рисунок 6.1 - Технология используемая для выравнивания стен.

Отделка кафельной плиткой

Следующий урок касается того, как пользоваться лазерным нивелиром при отделке керамической плиткой стен, потолка или пола. Для этого лучше всего использовать прибор, умеющий проецировать перекрестные лазерные лучи по вертикальной и горизонтальной плоскостям. Направляйте это перекрестие в центр будущих плиточных швов, чтобы, ориентируясь по этим линиям, выровнять плитку как следует.

Рисунок 6.2 – Технология использования нивелира для выкладывания кафеля.

Оклейка обоев

  Даже в этом, казалось бы, совсем несложном декоративном ремонте применение нивелира окажется очень полезным. Вертикальная линия лазерного нивелира, отбрасываемая на поверхность стены, может быть использована для выравнивания обоев по вертикали, а горизонтальная, например, для ровного приклеивания бордюров.

Рисунок 6.3 - Крепление бордюров на стене при помощи нивелира.

 

Установка мебели

  Внешний вид идеально ровных стен в вашей квартире может омрачить неровно подвешенный шкаф или другая встраиваемая мебель. Конечно, для того, чтобы устранить это кто-то обойдется линейкой и пузырьковым уровнем, но, как показывает практика, использование нивелира в этих целях значительно упрощает процесс точной установки мебели. Тоже самое можно сказать и про крепление гардины для занавесок. Как ни крути, но при работе с лазерным нивелиром этот процесс становится на порядок быстрее и проще.

Перепланировка помещений

  Принцип работы нивелира превратил процесс ровной установки перегородок и стен в занятие не такое уж и сложное, каким оно было до появления этих устройств на свет. Чтобы начать работу по установке перегородки, расположите лазерный нивелир так, чтобы луч, который он проецирует на стены, полоток и пол, являлся отметкой для будущей стены.

Рисунок 6.4 - Перепланировка помещения при помощи нивелира.

Построение наклонных плоскостей

  Когда дизайнерские мечты выходят за грани прямоугольников, вертикальных и горизонтальных линий, отдавая предпочтение наклонным плоскостям, лазерный нивелир превращается в весьма полезный инструмент для реализации таких проектов в жизнь. Если Вы уже ознакомились с инструкцией своего лазерного нивелира, то наверняка заметили в ней возможность блокировки системы автоматического выравнивания, а быть может функцию, позволяющую автоматически изменить наклон луча. Например, чтобы получить наклонную лазерную линию, можно заблокировать компенсатор наклона, а затем установить устройство, скажем, на штативе под нужным вам углом.

Рисунок 6.5 -  Работа с нивелиром по построению наклонных плоскостей.

Измерения нивелиром

  Конечно, сам нивелир не может измерить высоту потолка или расстояние между стен, зато при правильном использовании он является отличным помощником в этом. К примеру, как бы Вы поступили, если необходимо с точностью до миллиметров измерить высоту потолка, если стены в помещении не строго вертикальны? Можно использовать лазерный дальномер, но если его нет под рукой, а есть нивелир, проецирующий линию отвеса, то измерить высоту потолка не составит труда. Искомую величину можно получить, измерив при помощи линейки или рулетки, расстояние между точкой, которую нивелир проецирует на потолок и той, которая отображается на полу. Правда для этого потребуется устройство, умеющее отображать лазерный отвес.

 

 

Список литературы

1. 1 Инженерная геодезия и геоинформатика: Учебник для вузов / Под ред. С.И. Матвеева.— М.: Академический Проект; Фонд ≪Мир≫, 2012. — 484 с.
2. http://rstroy.com.ru/nivelir
3. http://www.nivelir.biz
4. http://www.vd-vd.ru

 

 

 

 

 

 

Размещен на Allbest.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

						270102.00.000	Лист
Изм	Кол.уч	Лист	№док	Подпись	Дата