Лазерный нивелир - что это, их виды и где применяются

Лазерный нивелир – это оптический, электронный или механический инструмент, проецирующий на поверхность точки, линии и плоскости, горизонтальной, вертикальной или наклонной ориентации. Предназначен для строительных работ как наружных так и внутренних по измерению и разметке поверхностей с высокой точностью. Очень часто применяется геодезистами.

Впервые лазерная технология проектирования горизонтальной плоскости и линий на расстояния была применена еще в Советском Союзе в семидесятые годы прошлого века. Помимо использования лазерного указателя направления (ЛУН-3) для проведения подземных капитальных горных выработок в подземной геодезии (маркшейдерском деле), для контроля вертикальной планировки и ровности покрытия выпускался почти одноименный его назначению прибор СКП-1 (система контроля планировки).

Опытный образец первого лазерного нивелира ЛН-56 сменил уже серийно выпускаемый визир ЛВ-5. В этих приборах в то время еще использовался газовый лазер. В настоящий момент в современных приборах применяют полупроводниковые светодиоды, излучение из которых через оптическую систему (линзы, призмы) попадает или на поверхности, или на приемники сигналов.

Особенности лазерных нивелиров

Рассматривая лазерный прибор, как геометрическую измерительную структуру, и сравнивая ее части с устройством оптического нивелира, следует отметить такие особенности:

• отсутствие в разных моделях зрительной трубы с оптической системой, при этом устройство наведения можно считать присутствует только за счет каких-то визиров на корпусе или кругового распространения излучения (360º);
• система ориентирования присутствует на корпусе в виде круглого уровня и автоматического компенсатора визирного луча;
• полное отсутствие отсчетной системы измерений, но существует возможность фиксации горизонтальной линии по инфракрасным лучам на высоте установки инструмента;
• визирные лучи, состоящие из пучка параллельных инфракрасных линий, в лучшем случае дают видимую точку величиной от пяти миллиметров, а среднее ее положение определяется визуально, с помощью палетки или визирной марки.

Очевидно, что из-за своих конструктивных особенностей, многие лазерные нивелиры не могут быть использованы при выполнении точных геодезических работ, передаче высотных отметок на пунктах геодезического обоснования. Они получили свою нишу применения в прикладной геодезии.

Виды лазерных нивелиров

С развитием в последнее пятнадцать лет значительных темпов современного градостроительства, в строительной отрасли возникла потребность в геодезических инструментах упрощенного типа с относительно качественными техническими и геометрическими характеристиками.  Частично такую потребность, особенно у линейных инженерно-технических работников и квалифицированных специалистов, стали удовлетворять простые в обращении лазерные нивелиры.

Эти приборы представляют собой оптико-электронные инструменты со светодиодным точечным излучателем. Применив механизм вращения для излучателя, отдельные виды нивелиров способны выдавать горизонтальную плоскость. Другие в статическом положении за счет излучения в различных направлениях дают возможность выполнять и построения, и измерения для решения геометрических задач. Отсюда можно выделить такие типы нивелиров:

• построители линий;
• построители плоскостей;
• универсальные комбинированные построители, объединяющие в себе построение линий в разнообразных направлениях (вверх, вниз, горизонтально в разные стороны).

Построители линий

В зависимости от того какие линии проецирует оптический квантовый генератор построители линий делятся на следующие приборы:

• вертикального проектирования;
• лазерные указатели направлений;
• трубные лазерные указатели.

Приборы вертикального проектирования (ПВП) могут передавать лазерные лучи как в вертикальное направление вверх (зенит), так и в отвесную линию вниз (надир). Этот инструмент одни из тех редких лазерных нивелиров, используемых именно геодезистами на строительной площадке. Достаточно хорошая точность передачи планового положения пунктов геодезической разбивочной сети с нулевого горизонта на верхние ярусы (предельное отклонение до трех миллиметров) позволяет геодезистам применять его на определенной стадии строительства.

Лазерные указатели направлений бывают разного исполнения. Защищенные приборы от влаги, пыли и в безопасном исполнении для подземного шахтного строительства применяются для задания направления горным выработкам под землей. Хорошо зарекомендовали себя при скоростных проходческих работах проведения горизонтальных и наклонных подземных выработок.

При использовании во время строительства наклонных поверхностей опорных конструкций, съездов автомобильных паркингов, пандусов применяются более простые конструкции таких приборов.

Трубные лазерные указатели направления применяются при прокладке магистральных трубопроводов. Они позволяют задавать направление осям трубопроводов с продольным наклоном таких сетей до 15º и дистанционным управлением.

Построители плоскостей

В зависимости от конструктивных особенностей все современные построители плоскостей делятся на два типа:

• «ротационные», с вращающимся механизмом оптического квантового генератора вокруг своей оси;
• «статические», с неподвижным излучателем светового потока находящимся в статическом положении.

Ротационные нивелиры имеют хорошие качественные характеристики при построении горизонтальных плоскостей на расстояниях до 200 м. В комплекте с прибором применяются рейки с приемниками излучения, которые имеют опции подачи звукового сигнала при точном попадании точки съемки на заданный уровень.  Оптимальной точности ротационные построители плоскостей достигают на не значительных расстояниях с применением оптических нивелиров на переходных (реперных) точках. Такой комбинированный способ измерений применяется, например, при эксплуатации промышленных бетоноукладчиков снабженных встроенными ротационными лазерами.

Такие машины используются для выравнивания поверхностей бетона и фибробетона при строительстве оснований и покрытий для промышленных, логистических объектов и аэродромов. Переходные точки обычно устраиваются на направляющих элементах, жестко установленных перед заливкой бетонных смесей. А уже от них по высоте инфракрасного луча ротационного нивелира происходит выравнивание всей поверхности покрытия. Об этом будет периодически сигнализировать звуковой сигнал фотоприемника, находящийся в этот момент на проектной отметке.

Статические построители плоскостей обычно способны выстраивать и горизонтальные, и вертикальные видимые линии. Оптический квантовый генератор в таких приборах неподвижен. Они могут крепиться на штатив, вертикальные поверхности и просто выставляться на горизонтальных основаниях. Обычно просты в обращении и наглядны при производстве построений. Не высокая точность позволяет использовать их в помещениях только при малых расстояниях. Не большие габариты и легкий вес придают удобства в работе. А хрупкость конструкций, требует аккуратного и бережного отношения к ним.

Наличие таких инструментов дает возможность очень разнообразного их применения в пределах строящихся зданий и сооружений. Перечень всех выполняемых работ, при которых они используются, может быть многочисленным. Практически любые разбивочные и проверочные операции по соблюдению геометрии строительства при монтажных, отделочных и других видах работ требуют регулярного использования лазерных нивелиров.

Комбинированные лазерные построители

К таким универсальным приборам можно отнести лазерный построитель плоскостей PLS5. Этот инструмент также применялся геодезистами в высотном и монолитном строительстве ввиду своих высоких качественных характеристик. В нем используется светодиод 2 класса, дающий возможность построения трех горизонтальных и двух вертикальных лучей (вверх и вниз). Именно за счет такого количества разных направлений в построениях можно считать его универсальным, позволяющим решать многие геометрические задачи на строительной площадке.

Диапазон действия инструмента предусмотрен до 76 метров длины (высоты). Точность построения (предельное отклонение) достигает пределов ±3мм на расстоянии 30 метров. В конструкции использован маятниковый компенсатор с диапазоном работы ±8º. Существует возможность магнитного крепления. Предусматривается использование визирных марок с целью перенесения визирного луча на поверхности.

 На примере построителя плоскостей PLS5 показана универсальность и возможности использовании таких приборов в разных направлениях, а именно:

• при вертикальном проектировании точек на строительные конструкции;
• при передаче планового положения геодезических пунктов обоснования на верхние этажи;
• при разбивочных работах на строительных горизонтах;
• при геодезическом контроле плоскостности всевозможных поверхностей и других работах.

Поверки геометрических условий приборов

В лазерных нивелирах при подготовке к работе выполняют соответствующие поверки необходимых геометрических условий их элементов и частей. К ним относятся:

• поверка уровня;
• поверка точности прибора, а именно горизонтальности положения визирного инфракрасного луча;
• поверка вертикальности, проверяющая вертикальность визирных лучей, направленных в зенит и надир;
• поверка компенсатора.