Способ измерения и уровень для измерения отклонения двух и более точек поверхности от горизонтали, вертикали или заданного угла наклона
METHOD OF MEASURING AND LEVEL FOR MEASURING OF TWO AND MORE SURFACE POINTS DEVIATION FROM HORIZONTAL, VERTICAL OR SPECIFIED INCLINATION ANGLE

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться в строительстве, плотницком, столярном деле.
Известно изобретение (патент US 1380611), состоящее из жёсткой балки, одна из граней которой плоская и предназначена для прикладывания к проверяемой поверхности. На балке закреплена ампула, заполненная жидкостью и пузырьком газа, предназначенная для указания горизонтального положения балки. При горизонтальном положении трубки пузырёк располагается посередине ампулы. При отклонении положения балки от горизонтали пузырёк смещается либо в одну сторону, либо в другую, указывая лишь на то, что положение балки не горизонтально. Величина отклонения остаётся неизвестной.
Известно изобретение (патент US 1830009), в котором ампула жестко закреплена в обойме, способной поворачиваться в специальном отверстии балки. Угол поворота обоймы в отверстии балки отмечается по круговой шкале. Для определения угла уклона наклонной поверхности прикладывают опорную поверхность балки к поверхности и поворачивают обойму с ампулой таким образом, чтобы пузырек располагался в середине ампулы. Недостатком данной конструкции является то, что бывает достаточно сложно добиться точного горизонтального положения ампулы вращением обоймы из-за неравномерного трения между обоймой и поверхностью углубления в балке.
Общим недостатком описанных выше уровней является то, что с их помощью затруднительно определить горизонтальность, вертикальность или положение с заданным углом  наклона двух точек поверхности, между которыми располагается выступающая область, например, ребро.
Для устранения указанных недостатков предлагается способ определения отклонения точек поверхности от горизонтали, вертикали или заданного угла наклона, заключающийся в установке жёсткой балки горизонтально, вертикально или с заданным углом наклона, что контролируется с помощью специальных устройств, закреплённых на балке. На балке закреплены направляющие, перпендикулярные оси балки, вдоль которых перемещаются стойки. Поперечное положение стоек относительно балки отмечается по соответствующим шкалам. Подошвы стоек прикладывают к исследуемой поверхности и выставляют балку горизонтально, вертикально или с заданным углом наклона, контролируя её положение с помощью соответствующего устройства. Одинаковые отметки положения стоек на соответствующих шкалах свидетельствуют о горизонтальности, вертикальности или расположении исследуемых точек под заданным углом наклона. Разница отметок положения стоек характеризует величину отклонения точек поверхности от горизонтали, вертикали или заданного угла наклона, которая выражается в относительных величинах уклона или в угловых величинах.
Для реализации данного способа предлагается уровень, состоящий из жёсткой балки 1 с закреплёнными на ней ампулами 2, 3 или 4, заполненными жидкостью и пузырьком газа 5, предназначенными для указания горизонтального, вертикального положения балки или положения с заданным углом наклона. Ампула 2 жёстко закреплена на балке 1 и её ось параллельна опорной плоскости 6 балки. При горизонтальном положении опорной плоскости 6 пузырёк газа 5 в ампуле 2 располагается в месте, отмеченном рисками, нанесёнными на стенках ампулы 2. Ампула 3 жёстко закреплена на балке 1 и её ось перпендикулярна опорной плоскости 6 балки. При вертикальном положении опорной плоскости 6 пузырёк газа в ампуле 3 располагается в месте, отмеченном рисками, нанесёнными на стенках ампулы 3. Ампула 4 жёстко закреплена в обойме 9, способной поворачиваться в специальном отверстии балки 1. Угол поворота обоймы 9 в отверстии балки отмечается по круговой шкале 10. При угле поворота обоймы 9 в отверстии равном 0°, ампула 4 располагается параллельно ампуле 2 и в этом случае расположение пузырька газа в ампуле 4 между рисками, нанесёнными на стенках ампулы, указывает на горизонтальное положение опорной плоскости 6. При угле поворота обоймы 9 в отверстии равном 90°, ампула 4 располагается параллельно ампуле 3, и в этом случае расположение пузырька газа в ампуле 4 между рисками, нанесёнными на стенках ампулы, указывает на вертикальное положение опорной плоскости 6. При любом угле поворота обоймы 9 в отверстии балки 1 расположение пузырька газа в ампуле 4 между рисками, нанесёнными на стенках ампулы, указывает на расположение опорной плоскости 6 под этим углом к горизонтали.
Технический результат в заявляемом устройстве достигается за счёт того, что балка устанавливается в определённое положение, которое легко контролируется с помощью ампул, заполненных жидкостью и пузырьком газа. Величина отклонения точек поверхности от заданного положения определяется с помощью шкал 8 и шкал нониуса 13, которые позволяют измерять расстояния с точностью до долей миллиметра.
В отдельных реализациях уровня угловые отметки шкалы 10 могут отличаться от описанных выше. Тогда угол поворота обоймы 9 равный 0° будет указывать на расположение опорной плоскости 6 вертикально, а угол поворота обоймы 9 равный 90° будет указывать на расположение опорной плоскости 6 горизонтально. В этом случае при любом угле поворота обоймы 9 в отверстии балки 1 расположение пузырька газа в ампуле 4 между рисками, нанесёнными на стенках ампулы, указывает на расположение опорной плоскости 6 под этим углом к вертикали.
У краёв балки 1 закреплены направляющие 14, перпендикулярные оси балки, вдоль которых  перемещаются стойки 7 (фиг. 1, 2).  Величина смещения стоек от нулевого положения отмечается по соответствующим шкалам 8. Для отсчёта дробных долей делений шкалы 8 применяется шкала нониуса 13. Прикладывая подошвы 11 стоек 7 к исследуемой поверхности 12 и перемещая стойки вдоль направляющих 14, добиваются горизонтального, вертикального положения балки или положения с заданным углом наклона, которое характеризуется расположением пузырька между рисками, нанесёнными на стенках соответствующей ампулы. Одинаковая величина смещения стоек от нулевого положения свидетельствует о параллельности плоскости, содержащей опорные точки подошв 11 стоек 7, опорной плоскости 6. Разница отметок положения стоек указывает величину отклонения точек приложения подошв 11 стоек 7 к поверхности 12 от горизонтали, вертикали или положения с заданным углом наклона. При известной базе, осевом расстоянии между точками приложения подошв 11 стоек 7 к поверхности 12, легко вычисляется относительная разность отметок точек поверхности, измеряемая, например, в миллиметрах на метр, процентах, промилле или в угловых величинах. Для удобства на поверхности балки может быть нанесена таблица, устанавливающая соответствие между абсолютной разностью отметок шкал уровня и относительной разностью отметок точек на поверхности 12 от горизонтали, вертикали или положения с заданным углом наклона, а также величиной уклона точек поверхности в угловых величинах.
Фиксация стоек в определённом положении происходит с помощью устройства повышенного трения. На фиг. 3 изображено устройство повышенного трения, обеспечиваемого пластинчатой пружиной 15 внутри направляющей 14. Надёжная фиксация стойки, исключающая перемещение, обеспечивается с помощью дополнительного устройства. На фиг. 4 изображена фиксация стойки посредством стопорного винта 16.
Для точного позиционирования одной, двух и т.д. стоек на этих стойках предусмотрен резьбовой стержень 18, закреплённый на стойке 7 с помощью специального кронштейна 17 параллельно оси стойки. На стержень навёрнута гайка 19. Эта гайка располагается между двумя пластинами 20, жёстко закреплёнными внутри балки 1. Вращение гайки 19 вызывает поступательное движение стержня 8, а вместе с ним и всей стойки 7 поперёк оси балки 1.
При необходимости одновременного определения величины отклонения нескольких точек поверхности 12 от горизонтали, вертикали или положения с заданным углом наклона на балке 1 между крайними стойками располагаются промежуточные одна, две и т.д. стойки, способные перемещаться вдоль своих направляющих 14 параллельно крайним стойкам.
Для определения величины отклонения от горизонтали, вертикали или положения с заданным углом наклона точек поверхности, расстояние между которыми отличается от исходного расстояния между стойками уровня, в балке закреплена направляющая 21, параллельная оси балки, вдоль которой перемещаются одна, две и т.д. каретки 22, на которых закреплены направляющие поперечного перемещения стоек 25. Координаты положения стоек вдоль оси балки отмечаются по шкале 23. Возможны два варианта конфигурации уровня с продольно перемещаемыми стойками 25. Первый - все стойки перемещаются вдоль направляющих 14, закреплённых на каретках 22, способных перемещаться вдоль направляющей 21. В этом случае расстояние между точками приложения стоек 25 к исследуемой поверхности вычисляется как разность отметок соответствующих кареток на шкале 23. Второй - часть стоек 7 перемещается вдоль направляющих 14, жёстко закреплённых на балке 1, а вторая часть стоек перемещается вдоль направляющих 14, закреплённых на каретках 22, способных перемещаться вдоль направляющей 21. В этом случае по шкале 23 отмеряется расстояние между стойками 25, перемещающимися вдоль направляющих 14, закреплённых на каретке 22, и стойками 7, перемещающимися вдоль направляющих 14, жёстко закреплённых на балке 1. Для измерения отклонения от горизонтали, вертикали или положения с заданным углом наклона произвольных точек поверхности перемещением каретки 22 вдоль осевой направляющей 21 выставляется необходимое расстояние между стойками, а затем перемещением стоек 7 или 25 поперёк оси балки 1 необходимо добиться горизонтального, вертикального положения балки или положения с заданным углом наклона. Разница отметок положения стоек 7 указывает величину отклонения точек приложения стоек к поверхности 12 от горизонтали, вертикали или положения с заданным углом наклона. Разделив эту величину на текущее расстояние между точками приложения подошв 11 стоек 7 к поверхности 12, отмеряемое по шкале 23, легко вычислить относительную разность отметок точек поверхности. Для удобства на корпусе уровня может быть нанесена таблица, устанавливающая соответствие между абсолютной разностью отметок по шкалам 8, текущим расстоянием между точками приложения подошв 11 к поверхности 12 и относительной разностью отметок точек на поверхности, например, в миллиметрах на метр, а также величиной уклона точек поверхности в угловых величинах.
Для удобства вычисления величины отклонения от горизонтали, вертикали или положения с заданным углом наклона уровень снабжается электронными датчиками положения стоек 7 относительно нулевого положения, а также датчиком положения каретки 22 на направляющей 21.  Информация о координатах положения стоек 7 и каретки 22 поступает на вычислительное устройство, в котором по этим вычисляется относительное отклонение точек поверхности от горизонтали, вертикали или положения с заданным углом наклона и угловая величина этого отклонения. Поперечные координаты положения стоек (поля, отмеченные “Y1=” и “Y2=” на фиг. 7), их разность (поле, отмеченное “ΔY=”), текущее расстояние между точками приложения подошв 11 к поверхности 12 (поле, отмеченное “ΔX=”), относительное отклонение точек поверхности от горизонтали, вертикали или положения с заданным углом наклона (поле, отмеченное “∟”) и угловая величина этого отклонения (поле, отмеченное “”) выводятся на экран электронного показывающего устройства 24 (фиг. 7).