УСТРОЙСТВО ОРИЕНТАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ ФОКУСИРУЮЩЕЙ ГОЛОВКИ ЛАЗЕРА В ЗАБОРТНОМ ПРОСТРАНСТВЕ СУДНА

«Устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера в забортном пространстве судна»
Полезная модель относится к системам для ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера в забортном пространстве судна и может быть применена в составе судового лазерного комплекса, а также для решения задач стабилизации различных объектов, размещенных в забортном пространстве движущихся в условиях качки судов.
Известен способ разрушения ледяного покрова (патент РФ №2553516 на изобретение от 11.06.2013 г.), основанный на воздействии на ледяной покров мощного лазерного излучения и нагружении ледоколом ледяного покрова. При этом на ледоколе размещают три лазерные установки, фокусирующее устройство одной установки располагают в диаметральной плоскости перед носом судна, второй и третьей - по левому и правому борту, симметрично диаметральной плоскости ледокола на расстоянии 1,3 толщины льда от ватерлинии судна в наиболее широкой его части. В зависимости от толщины ледового покрова и с учетом характеристик лазерных установок выбирают скорость движения судна, включают лазерные установки и начинают движение судна по чистой воде, перемещая лазерные лучи по трем параллельным линиям со скоростью движения и параллельно направлению движения судна, воздействуют лазерным излучением на кромку ледяного покрова и по мере движения судна вперед испаряют лед вдоль этих линий на глубину раскалывания, нагружают надрезанный ледяной покров наезжающим на его кромку судном и разрушают ледяное поле по линиям надрезов, образуя канал, ширина которого больше ширины судна на 2,6 толщины льда.
Недостатком данного изобретения является отсутствие системы, обеспечивающей автоматическое управление положением ФГ лазера в забортном пространстве при воздействии бортовой и килевой качки.
Известен судовой кран с системой стабилизации (патент РФ №98752 на полезную модель от 15.06.2010 г.), принятый за прототип, предназначенный для установки на палубах судов и снижения или полного гашения вертикальных и горизонтальных колебаний груза относительно земли (пирса) в условиях качки, содержащий исполнительные механизмы, стрелу и гак для подвески груза, имеющий в своем составе пульт управления с вычислительным модулем и дисплеем для отображения информации, содержащим блок цифровой передачи данных и модуль стабилизации (контроллер), блок управления исполнительными механизмами крана (блок управления исполнительными механизмами консоли), исполнительные механизмы крана (исполнительные механизмы консоли). Кроме этого кран с системой стабилизации содержит датчик трехосевой акселерометр для считывания параметров движения груза в пространстве по всем трем осям и трехосевой инклинометр для определения угла наклона груза, на конце стрелы крана - датчик трехосевой инклинометр для считывания данных угла наклона стрелы крана и трехосевой акселерометр для считывания параметров движения и отслеживания смещения гака относительно конца стрелы крана, а на палубе или в кабине крана - датчик трехосевой инклинометр для считывания данных наклона судна относительно горизонта и трехосевой акселерометр для считывания параметров качки судна (датчики контроля положения консоли), передача данных от датчиков к вычислительному модулю осуществляется по беспроводному и/или проводному интерфейсам, содержащий исполнительные механизмы, стрелу и гак для подвески груза, систему управления исполнительными механизмами, датчики на конце стрелы крана для считывания угла наклона стрелы крана, считывания параметров движения и отслеживания смещения гака относительно конца стрелы крана датчики и датчики установленные на палубе или в кабине крана для считывания данных наклона судна относительно горизонта и параметров качки судна. Причем, колебания груза поперек стрелы гасятся путем вращения крана с заданной угловой скоростью, обеспечивающей линейную скорость движения конца стрелы равной по модулю и направлению скорости движения груза, а колебания в направлении стрелы краны гасятся при помощи изменения угла подъема стрелы, вертикальные колебания груза гасятся путем изменения длины троса от конца стрелы крана до гака за счет работы крана.
Недостатками является отсутствие возможности автоматической первоначальной выставки (ориентации) фокусирующей головки лазера в забортном пространстве относительно его борта судна, движущегося в условиях качки с заданной скоростью, а также отсутствие способности длительной высокоточной стабилизации (удержания) работающей фокусирующей головки лазера в первоначально заданном положении при воздействии качки.
Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, состоит в создании установленного на борту движущегося судна устройства, обеспечивающего первоначальную ориентацию груза (фокусирующей головки лазера) с заданной точностью в забортном пространстве движущегося судна и ее высокоточную стабилизацию (приведение и удержание) в первоначально заданном положении в пространстве в течение продолжительного периода ее работы при воздействии качки. При этом обеспечивается повышение точности, улучшение технических и эксплуатационных характеристик, повышение надежности при эксплуатации, удобство монтажа и демонтажа.
Для решения поставленных задач предлагается устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера в забортном пространстве судна, содержащее исполнительные механизмы, систему управления исполнительными механизмами, датчики для считывания данных наклона судна относительно горизонта и параметров качки судна, узел стабилизации (фиг. 3), отличающееся тем, что узел стабилизации выполнен с возможностью установки на неподвижно закрепленной относительно борта судна консоли и состоит из основания узла стабилизации с установленными на нем направляющими и основаниями, перемещающимися по направляющим, с закрепленными на них приводами со штоками вертикального перемещения, соединенными в последовательную цепь, с закрепленным на конце конечного штока основанием, на котором установлено неподвижное основание гексапода, а подвижное основание гексапода выполнено с возможностью крепления фокусирующей головки лазера и с возможностью линейных перемещений в горизонтальной плоскости и угловых перемещений по трем осям вращения в различных направлениях, при этом датчики для считывания данных наклона судна относительно горизонта и параметров качки судна установлены на основании узла стабилизации, а датчики, обеспечивающие считывание положения фокусирующей головки лазера относительно положения судна, размещены на основании, установленном на конце конечного штока.
Устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера в забортном пространстве судна, отличающееся тем, что на основании, установленном на конце конечного штока, закреплены направляющие с возможностью их перемещения по направляющим, установленным на основании узла стабилизации.
Устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера в забортном пространстве судна, отличающееся тем, что количество установленных приводов - три, два из которых установлены параллельно и неподвижно друг относительно друга с обеспечением движения штоков в противоположные стороны.
Устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера в забортном пространстве судна, отличающееся тем, что узел стабилизации установлен с возможностью поворота относительно консоли при переводе из рабочего в походное положение.
Основные элементы конструкции устройства и принципы работы предлагаемой модели показаны на фиг. 1-3.
Устройство 1 ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера 2 в забортном пространстве судна, содержит исполнительные механизмы 3, систему управления исполнительными механизмами 4, датчики 7 для считывания данных наклона судна относительно горизонта и параметров качки судна, датчики 8, обеспечивающие считывание положения фокусирующей головки лазера 2 относительно положения судна, узел стабилизации 10, отличающееся тем, что узел стабилизации выполнен с возможностью установки на неподвижно закрепленной относительно борта судна консоли и состоит из основания узла стабилизации 11 с установленными на нем направляющими 12 и основаниями 13, перемещающимися по направляющим 12, с закрепленными на них приводами 14 со штоками 15 вертикального перемещения, соединенными в последовательную цепь, и с закрепленным на конце конечного штока 16 основанием 17, на котором установлено неподвижное основание 18 гексапода 19, а подвижное основание 20 гексапода 19 выполнено с возможностью крепления фокусирующей головки лазера 2 и с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости и по углам в различных направлениях, при этом датчики 7 для считывания данных наклона судна относительно горизонта и параметров качки судна установлены на основании узла стабилизации, а датчики 8, обеспечивающие считывание положения фокусирующей головки лазера относительно положения судна, размещены на основании 17, установленном на конце конечного штока 16.
Устройство 1 ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера 2 в забортном пространстве судна, отличающееся тем, что на основании 17, установленном на конце конечного штока 16, закреплены направляющие 21 с возможностью их перемещения по направляющим 12, установленными на основания узла стабилизации 11.
Устройство 1 ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера 2 в забортном пространстве судна, отличающееся тем, что количество установленных приводов 14 - три, два из которых установлены параллельно неподвижно друг относительно друга с обеспечением движения штоков 15 в противоположные стороны.
Устройство 1 ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера 2 в забортном пространстве судна, отличающееся тем, что узел стабилизации 10 установлен с возможностью поворота относительно консоли 5 при переводе из рабочего в походное положение.
Таким образом:
Фиксация неподвижно консоли 5 относительно борта судна после разворота в рабочее положение обеспечивает первоначальную ориентацию фокусирующей головки лазера 2 с заданной высокой точностью, повышение надежности при эксплуатации, удобство монтажа и демонтажа.
Установка вновь узла стабилизации 10, состоящего из основания узла стабилизации 11 с установленными на нем направляющими 12 и основаниями 13, перемещающимися по направляющим 12, с закрепленными на них приводами 14 со штоками 15 вертикального перемещения, соединенными в последовательную цепь, и с закрепленным на конце конечного штока 16 основанием 17, на котором установлено неподвижное основание 18 гексапода 19, а подвижное основание 20 гексапода 19 выполнено с возможностью крепления фокусирующей головки лазера 2 и с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости и по углам в различных направлениях, обеспечивает высокоточную длительную стабилизацию (приведение и удержание) работающей фокусирующей головки лазера 2 в первоначально заданном положении при воздействии качки.
Установка датчиков 7 для считывания данных наклона судна относительно горизонта и параметров качки судна на основании узла стабилизации, а датчиков 8, обеспечивающих считывание положения фокусирующей головки лазера относительно положения судна, на основании 17, установленном на конце конечного штока 16, позволяет сформировать команды управления исполнительным механизмам 3, приводам 14 и гексаподу 19 с обеспечением первоначальной ориентации фокусирующей головки и стабилизации (удержания) работающей фокусирующей головки лазера в первоначально заданном положении с заданной высокой точностью при воздействии качки.
Установка на конце конечного штока 16 основания 17 с закрепленными на нем направляющими 21 с возможностью их перемещения по направляющим 12, установленными на основании узла стабилизации 11, обеспечивает уменьшение габаритных размеров узла стабилизации 10 и всего устройства 1 ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера 2, удобство его монтажа и демонтажа.
Установка трех приводов 14, два из которых установлены параллельно неподвижно друг относительно друга с обеспечением движения штоков 15 в противоположные стороны, позволяет уменьшить габаритные размеры узла стабилизации 10 и всего устройства 1 ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера 2 при требуемых значительных перемещениях фокусирующей головки лазера 2 в условиях воздействия качки.
Установка узла стабилизации 10 с возможностью поворота относительно консоли 5 при переводе из рабочего в походное положение обеспечивает уменьшение габаритных размеров устройства 1 ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера 2 в транспортном (походном) положении, удобство его монтажа и демонтажа.
Чертежи
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показано устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера в транспортном (походном) положении. На фиг. 1 отмечены следующие позиции:
позиция 1 - устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера,
позиция 2 - фокусирующая головка лазера,
позиция 3 - исполнительные механизмы консоли,
позиция 5 - консоль,
позиция 6 - узел поворота в горизонтальной плоскости,
позиция 9 - конец консоли,
позиция 10 - узел стабилизации,
позиция 11 - основание узла стабилизации.
На фиг. 2 показано устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера в рабочем положении. На фиг. 2 отмечены следующие позиции:
позиция 1 - устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера,
позиция 2 - фокусирующая головка лазера,
позиция 3 - исполнительные механизмы консоли,
позиция 4 - система управления исполнительными механизмами,
позиция 5 - консоль,
позиция 6 - узел поворота в горизонтальной плоскости,
позиция 9 - конец консоли,
позиция 10 - узел стабилизации,
позиция 11 - основание узла стабилизации.
На фиг. 3 представлен узел стабилизации устройства ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера. Общий вид. Аксонометрия. На фиг. 3 отмечены следующие позиции:
позиция 1 - устройство ориентации и стабилизации фокусирующей головки лазера,
позиция 2 - фокусирующая головка лазера,
позиция 7 - датчики для считывания данных наклона судна относительно горизонта и параметров качки судна,
позиция 8 - датчики, обеспечивающие считывание положения фокусирующей головки лазера,
позиция 10 - узел стабилизации,
позиция 11 - основание узла стабилизации,
позиция 12 - направляющие,
позиция 13 - перемещающиеся основания,
позиция 14 - привода,
позиция 15 - штоки вертикального перемещения,
позиция 16 - конечный шток,
позиция 17 - основание, установленное на конце конечного штока,
позиция 18 - неподвижное основание гексапода,
позиция 19 - гексапод,
позиция 20 - подвижное основание гексапода,
позиция 21 - направляющие.