19. Wykorzystanie światła laserowego w instrumentach i pracach geodezyjnych

• niwelatory laserowe

• teodolity laserowe

• laserowe wskaźniki kierunku

• pionowniki laserowe

• wyposażenie dodatkowe i uzupełniające

1. Niwelatory laserowe.

Zasada działania niwelatora laserowego polega na utworzeniu w przestrzeni poziomej lub skierowanej pod określonym kątem wizualnie obserwowanej wiązki światła laserowego w odniesieniu, do której możliwe są bezpośrednie pomiary wysokościowe. W niwelatorze laserowym kieruje się wiązkę światła laserowego wzdłuż osi optycznej lunety celowniczej, albo oś lunety celowniczej zastępuje się osią wiązki emitowanej przez głowicę laserową. Linię łączącą środki przekrojów kołowych wiązki laserowej (środki plamek laserowych) nazywamy osią tejże wiązki.

Przyjmując jako kryterium klasyfikacyjne sposób poziomowania wiązki laserowej niwelatory laserowe możemy podzielić na:

• instrumenty z libellą niwelacyjną

• niwelatory laserowe samopoziomujące

• niwelatory laserowe z płaszczyzną laserową

W zależności od miejsca zamocowania libelli niwelatory laserowe z libellą niwelacyjną można podzielić z kolei na:

• niwelatory w których libella jest umieszczona na głowicy laserowej

• niwelatory z libellą niwelacyjną przy lunecie celowniczej instrumentu

Laserowe instrumenty samopoziomujące mają różną konstrukcję. W jednym przypadku w układ nadawczy głowicy laserowej wstawiono kompensator automatycznie ustawiający w poziomie oś celową i oś emitowanej wiązki laserowej. W innych przypadkach jest to niwelator o małych wymiarach z automatycznie ustawiającą się poziomo osią celową, który wykorzystywany jest w charakterze nasadki, zakładanej na głowicę laserową niwelatora. Zastępuje on wtedy lunetę nadawczą. Znane są również opracowania fotoelektrycznego niwelatora laserowego, w którym ustawienie w poziomym położeniu wiązki laserowej uzyskuje się za pomocą fotoelektrycznego detektora centrującego. Obok tradycyjnych rozwiązań niwelatorów z wykorzystaniem wiązki laserowej do niwelacji, skonstruowano inne nowe wersje instrumentów niwelacyjnych, które skanując wiązkę laserową w poziomej płaszczyźnie, tworzą świetlna płaszczyznę poziomą. Niwelacja jest wykonywana w odniesieniu do tej płaszczyzny, a pomiar odbywa się na znacznej powierzchni z jednoczesnym wykorzystaniem dowolnej ilości łat. Niwelatory o umownej nazwie „niwelatory laserowe z płaszczyzną laserową” mogą być wyposażone w libellę niwelacyjną do poziomowania tejże płaszczyzny, lub z samoczynnie ustawiającą się w położeniu poziomym płaszczyzną laserową za pomocą kompensatora.

2. Teodolity laserowe.

Teodolitem laserowym nazywamy taki instrument, w którym równolegle do osi lunety celowniczej lub wzdłuż tejże osi skierowano wiązkę laserową. Jako źródło promieniowania wykorzystywany jest laser gazowy helowo-neonowy, który może być zamocowany równolegle do lunety teodolitu lub w ogóle może ją zastąpić. Występują również i inne konstrukcyjne rozwiązania tego typu instrumentu. W ten sposób, zamiast klasycznej osi celowej powstaje w przestrzeni cienka, odpowiednio skierowana wiązka światła laserowego.

Uwzględniając sposób połączenia lunety celowniczej z głowicą laserową rozróżniamy teodolity laserowe:

• z lunetą celowniczą zamocowaną na głowicy laserowej

• z głowicą laserową zamocowaną w miejsce lunety teodolitu

3. Laserowe wskaźniki kierunku.

Do laserowych instrumentów geodezyjnych mogą być zaliczone również przyrządy, które otrzymały nazwę laserowych wskaźników kierunku. Pierwsze przyrządy wykonano konstrukcyjnie w postaci układów laboratoryjnych, w małym stopniu przydatnych dla prac geodezyjnych w warunkach polowych. Jednak już pierwsze doświadczenia wykazały ich zalety i przewagę nad optycznymi przyrządami geodezyjnymi a jednocześnie wskazały na celowość prowadzenia dalszych doświadczeń i opracowań instrumentów geodezyjnych wyposażonych w urządzenia laserowe.

4. Pionowniki laserowe.

Jednym z ważnych zagadnień geodezyjnych, a równocześnie najbardziej pracochłonnym i stwarzającym najwięcej trudności podczas pomiaru, jest wyznaczanie kierunku pionu w szybach górniczych, czyli tzw. pionowanie. Pionowanie obejmuje czynności pomiarowe związane z doprowadzeniem elementów konstrukcji do pozycji pionowej w czasie ich wznoszenia, jak również z określeniem odchyleń tych elementów od pionu w czasie eksploatacji obiektu. Kierunek pionu można uzyskać metodą mechaniczną lub optyczną.

Pionowniki laserowe można klasyfikować dowolnie w zależności od przyjętego kryterium klasyfikacji.

Kryteriami takimi mogą być:

• usytuowanie lasera w stosunku do samego pionownika (laser jest konstrukcyjnie związany z pionownikiem lub stanowi odrębną cześć )

• sposób kontroli pionowego ustawienia wiązki laserowej (sam pionownik pozwala na przeprowadzenie kontroli lub wymagane jest posłużenie się dodatkowym sprzętem)

• wielkość liniowa, wzdłuż której dokonuje się ustawienie wiązki laserowej w pionie (małe odległości względnie znaczne odległości )

Pionowniki laserowe różnią się względem siebie sposobem skierowania wiązki laserowej w pionowe położenie. W niektórych przyrządach wiązce laserowej nadaje się pionowe położenie za pomocą libeli rurkowej. W innych instrumentach zastosowano system, kierujący automatycznie wiązkę laserową w położenie pionowe. Konstrukcje tego rodzaju przyrządów mogą wykorzystywać albo kardanowe zawieszenie głowicy laserowej lub też optyczno-mechaniczny kompensator do automatycznego utrzymywania zadanego kierunku wiązki laserowej. Opracowano również doświadczalnie instrumenty z fotoelektryczną metodą nadania pionowego położenia wiązce laserowej, wykorzystujące zjawisko dyfrakcji światła. Ponadto zbudowano pionowniki laserowe w oparciu o zasadę autokolimacji wiązki laserowej. Coraz szerzej stosuje się nasadki pryzmatyczne, zakładane na niwelatory w celu zmiany poziomego kierunku wiązki laserowej na kierunek pionowy idący w górę lub w dół. Nasadki te mogą współpracować z niwelatorami libelowymi lub samopoziomującymi.

---