Лазеры в строительстве
Прогресс в сфере механики и электроники приводит экономику на достаточно высокие уровни развития, которое касается всех ее областей и отделений.
Применение лазера
Строительство, как сфера наиболее актуальная, не стало исключением для технической новизны. Если еще двадцать или тридцать лет тому назад строитель не мог себе представить, что в двадцать первом веке он сможет осуществлять свою деятельность в технологии быстрого монтажа или же использовать лазерные инструменты. Именно на основании последних на наших глазах постоянно вырастают новые здания, поскольку лазерные системы намного ускоряют строительные работы.
Итак, лазерное строительное оборудование — это специально разработанные инструменты, в которых предусмотрен лазерный луч, которым регулируют направления и плоскости.
На данный момент строители уже используют несколько видов таких инструментов, которые, в свою очередь, делятся на подвиды.
Для того, чтобы указать направление действия такого инструмента, в нем используется лазерный луч (это тип проекционных лазерных инструментов).
То оборудование, действие которого основывается на вращающемуся лазерному лучу, который предусматривает плоскость, называется ротационным. Это подвид лазерных построителей плоскости. Другом подвидом таких установок являются секторные лазерные инструменты, в которых плоскость определяется через развертку лазерного луча, который проходит через систему преломляющихся призм.
Кросслайнеры
Существуют, также, специальные секторные лазеры, которые одновременно работают с заданием нескольких взаимоперпендикулярных плоскостей. Это — кросслайнеры.
Обращаясь к использованию лазерных инструментов в строительстве, специалисты подбирают данное оборудование по нескольким параметрам. Во-первых, их интересуют плоскости, которые могут задавать эти механизмы. Во-вторых, внимание обращают на радиус действия лазерных лучей. В-третьих, смотрят на диапазон действия компрессора того или иного лазерного инструмента. В-четвертых, рассматривают уровень точности для задания плоскостей или направлений.
Как выбрать лазерный уровень: рекомендации профессионала
Продолжаем публикацию цикла статей о популярном ручном инструменте, где мы хотим поделиться с вами нашим практическим опытом. Что собой представляет лазерный инструмент? Где он применяется? Как работает? Чем отличается функционально? Как правильно подобрать нужную модель? Об этом прямо сейчас.
Возведение зданий без использования измерительных инструментов — это нонсенс. Правда, иногда, когда перед составлением сметы на ремонт или реконструкцию проводишь обследование объекта, кажется, что советские «зодчие» не были знакомы ни с нивелирами/теодолитами, ни с отвесами, ни с ватерпасами. Ладно, для государственного гражданского строительства ещё можно найти какие-то оправдания, но вот частные дома — почему там всё так плохо? Бракоделы «старой школы» сетуют на отсутствие в то время реечных уровней, а когда им говоришь о древних мастерах, создающих идеально точные конструкции при помощи математических формул и простых приспособлений — пожимают плечами, или вспоминают Пизанскую башню. В общем, культура монтажа у нас была благополучно потеряна, теперь начинаем всё сначала.
А между тем, современное строительство требует тотального контроля буквально на всех стадиях, начиная от разметки котлована, заканчивая наклеиванием обоев и плиточными работами, теперь все мечтают, чтобы жилище было «ровным и красивым». СНиПы и ГОСТы времён социализма четко регламентируют предельно допустимые отклонения от нормы, на самом деле они ничем не хуже стандартов заграницы и вполне применимы в теперешних условиях. А вот вписаться в эти требования нужно уметь, вернее хотеть.
В начале девяностых мы все решили, что хотим жить не хуже чем они и принялись делать евроремонты. Основным измерительным инструментом мастеров широкого профиля стал реечный пузырьковый уровень. Кто-то и сейчас ваяет с их помощью, а некоторые сразу отказались от сего девайса (сначала сложно было купить качественное устройство) из-за больших допусков, нестабильности заводской настройки, ряда функциональных ограничений. Матёрые отделочники взялись за отвесы и водяные уровни в виде прозрачной шланги, (сила тяжести бедного строителя пока ещё не обманывает). На одном крупном объекте к нам подходят ребята-смежники и просят ненадолго ватерпас — «лазерный уровень проверить». Это был ротационный нивелир китайско-польского производства с кучей проблем, но потенциал устройства читался невооружённым взглядом.
Лазерный инструмент — что это
Речь идёт об измерительном инструменте, где в качестве маркера используется сверхтонкий, идеально прямой лазерный луч. Этот источник света отлично уплотняется, фокусируется, расщепляется, направляется, опознаётся вспомогательными устройствами. Точка от лазера даже на расстоянии нескольких десятков метров хорошо видна и по размеру не отличается от диаметра выходного отверстия в приборе, как минимум совпадают их центры. С помощью приёмников луча радиус действия лазерных инструментов расширяется до нескольких сот метров.
Идея лазера не новая, в начале двадцатого века толчок этой теме дал Эйнштейн, в середине прошлого столетия лазерным вопросом активно начали заниматься военные сверхдержавы, естественно, абсолютно секретно. Нейтральные государства потихоньку занимались мирным строительством, и в сороковом году разработчики шведской компании Spectra Precision применили (и запатентовали) лазер для измерительных работ. В 1965 году они же изобрели первый лазерный нивелир, в 81-ом — построитель плоскостей снабдили светодиодом.
В современном лазерном инструменте за создание луча отвечает целая оптическая система. Внутри лазерного светодиода находится несколько полупроводников, которые под действием тока генерируют фотоны (световые частицы). Потоки света, многократно отражаясь от зеркальных поверхностей полупроводника, усиливаются и выходят наружу через узкое прозрачное отверстие. Система специальных линз различной формы фокусирует свет и преобразует его в линию или тонкий пучок. Лазерный поток проецируется на поверхностях для получения разметки (плоскости, оси, перпендикулярные линии), либо отражается и улавливается, что позволяет произвести замеры расстояния. Важнейшая задача, которая обозначилась перед разработчиками лазерного инструмента — это автоматическая стабилизация его в горизонтальной плоскости (для дальномеров не так актуально). Вопрос самовыравнивания решили в 1974 году. Для этого применяется независимая конструкция излучающего узла, когда он (благодаря простому маятнику и системе естественных или электрических магнитов, на него воздействующих) автоматически становится параллельно земле. Кстати, сейчас есть и другие варианты: выравнивание устройства может производиться как в ручном режиме (по пузырьку — электроника зафиксирована в корпусе жёстко), так и полностью автоматически (сервоприводы + гироскоп).
Что получаем на выходе:
Лазерный инструмент, по сути, является усовершенствованным аналогом привычных нам устройств — нивелиров, уровней, теодолитов, рулеток. Что делают с его помощью? Да всё, где нужна вертикальная, горизонтальная или наклонная разметка:
Лазерные измерительные приборы довольно разнообразны, названий много, в том числе просторечных. Чтобы не было путаницы, все приборы будем рассматривать по классификации известной буржуйской фирмы:
Статичные построители линий и плоскостей
Это лазерные приборы, которые, применяются для разметки, как правило, внутри помещений при строительных, отделочных и ремонтных работах, иногда — на фасадах и для нивелирования небольших участков. В отличие от ротационных построителей, где есть вращающаяся часть, в кросслайнерах выдаются постоянно направленные статичные линии. Получаются они расщеплением лазерного луча, проходящего через специальные оптические призмы. Из-за преобразования (управляемого рассеивания лазера), видимым луч остаётся на небольших расстояниях — в пределах 10–20 метров (редко до 40), тут кроется определённое эксплуатационное ограничение. Но, используя приёмник (эта функция есть не всегда), можно размечать плоскости на расстоянии до 50–100 метров, что зависит от мощности светодиода и особенностей конструкции конкретного построителя. Так кросслайнер X-Line Helper 2D имеет диапазон до 40/100 м, а FL 40 pocket II HP — до 20/60 м (без приёмника/с приёмником).
Призм, диодов, лучей, а значит и линий может быть несколько, отсюда название «мультипризменные». Самые простые модели (это уже редкость) дают одну, вертикальную или горизонтальную линию. «Стандартные» аппараты показывают две пересекающиеся под прямым углом линии (лазерный крест), например Condtrol DeuX или BOSCH GLL 2 Professional. Самые продвинутые статические построители выдают несколько линий и несколько крестов, а также излучают точечный лазер вверх (зенит) или вниз (надир), то есть имеют функцию отвеса. Например ADA 6D SERVOLINER (4V4H1D) строит 4 вертикальные линии и 4 горизонтальные, кроме того даёт точку отвеса в надир.
Важный показатель статического построителя линий — это угол развёртки лучей. Нормальный показатель составляет порядка 120°, продвинутый вариант — 160 и более градусов. Солидный уровень развёртки позволяет получить дополнительные пересечения линий (кресты), допустим, при заходе вертикальных линий за точку зенита (перекрестие будет «над головой»). Несколько горизонтальных и вертикальных линий могут даже соединяться и замыкаться в полную плоскость (засвечиваются все 360°). Построитель CST/berger LL 20 SET показывает один полный горизонт, а BOSCH GLL 3–80 P рисует рекордные три полные плоскости (одну горизонтальную и две перпендикулярные вертикальные), причём одна вертикаль проходит непосредственно через «фасад» прибора, что позволяет отвесить плоскость в непосредственной близости от основания.
Для экономии ресурса блока питания, ненужные при выполнении конкретной операции линии могут отключаться (Makita SK102Z). Обычно, они отключаются все, кроме отвесного луча, идущего в надир (вниз).
Почти все современные кросслайнеры имеют маятниковую или электронную систему самовыравнивания (как исключение — построитель с ручной регулировкой Geo-Fennel FL 30). Оператор должен приблизительно установить прибор по горизонтали (для этого в конструкции имеется обычный пузырьковый уровень), после чего с помощью маятникового компенсатора или датчиков положения с сервомоторами (модель Condtrol Cube) аппарат за несколько секунд устанавливается параллельно земле. В процессе работы, при незначительных отклонениях от горизонтали, механизм самовыравнивания подстраивает прибор, компенсируя небольшие подвижки, вибрацию. Важным показателем является предельно допустимый угол компенсации, так Infiniter CL2 или Spectra Precision LG20 самовыравнивается при углах отклонения до 5°, а вообще, многие приборы довольствуются показателем в 3–3,5 градуса (VEGA LP90, Leica Lino L360).
Если отклонение превышает допустимый угол автоматической компенсации, то прибор обязательно даёт об этом знать оператору, чтобы тот мог вручную подкорректировать исходное положение — подкрутить ножки, найти лучшее место. Оповещение о превышении диапазона самовыравнивания осуществляется разными способами: звуковым сигналом, миганием индикатора на корпусе, мерцанием луча (Makita SK102Z), полным отключением устройства или комбинированно (Kapro 895 — бипер и мигание луча).
Если необходимо засветить линию или плоскость под наклоном, то компенсатор можно полностью отключить и выстраивать аппарат по своему усмотрению. Эта функция позволяет уберечь механизм самовыравнивания при ждущем режиме, при хранении и транспортировке (Stabila LAX 200).
Крупные статичные построители имеют регулируемые ножки для первоначальной установки и поворотный корпус. Те, что покомпактнее, комплектуются кронштейнами для закрепления устройства на стенах, хомутами для фиксации кросслайнера на трубах, магнитными держателями для установки на металлических поверхностях (BOSCH GLL 2–50). Каждый построитель может быть закреплён на треногу с установочной резьбой на 1/4 или на профессиональный геодезический штатив с резьбой на 5/8. Все эти приспособления значительно повышают функциональность инструмента.
Среди кросслайнеров можно выделить специальные модели: трубный лазер Spectra Precision DG711, построитель угла (лазерный угольник) Geo-Fennel Square Liner II.
Построители осей (точечные лазеры)
Это приборы, которые относятся к классу статических построителей, так как в их конструкции нет вращающегося излучателя. В отличие от кросслайнеров, лазер не строит на поверхностях линий, тут мы имеем лишь точки, указывающие направление. Что это нам даёт? Из-за того, что лазерный луч не рассеивается через призму, точка от него видна на значительно больших расстояниях, чем линия, особенно при ярком солнечном освещении (STABILA LA-4P без приёмника — 30 метров). Именно поэтому такие приборы хорошо подходят для крупных помещений (торговые залы, этажи офисных зданий, производственные цеха) или для открытых пространств. Технически точечные уровни не сильно отличаются от кросслайнеров, здесь имеются все доступные примочки:
Построители осей, как правило, испускают три (вверх/вниз/вперёд — Spectra Precision LP30) или пять лучей (вперёд/вправо/влево/вниз/вверх — Bosch GPL5C). Естественно, все точки проецируются от прибора строго перпендикулярно относительно друг другу. Используются точечные лазеры для переноса вертикальных проекций между этажами, для определения направлений перегородок, каркасов, опалубок, для строительства стен, для переноса разметки с пола на потолок…
Так как подобные устройства всегда имеют лучи, направленные вверх и вниз, их часто называют лазерными отвесами, хотя это лишь одна из функций. Если поставить построитель на пол, получим только зенит, а если приподнять устройство на штативе — то получаем и надир, и можем переносить разметку на потолок. Некоторые модели для этого не требуют специальной треноги, так как излучатель вынесен вперёд и приподнят (Bosch GPL5C).
Отдельным пунктом можно упомянуть «почти традиционные» лазерные уровни, где рейка с пузырьком дополняется лазерными излучателями, визуально удлиняющими линию измерения (Geo-Fennel EL 168). К простым лазерным маркерам отнесём построители точечных углов. Ну и, конечно, существуют комбинированные приборы «кросслайнер/построитель точек», например Spectra Precision 5.2XL или Condtrol XLiner Combo.
Ротационные построители плоскостей
Эти приборы предназначены для определения направлений при строительных работах, для разметки, и, особенно, для нахождения разности высот между точками. Лазерный нивелир, в отличие от построителя линий, не рассеивает луч, а образует вертикальную или горизонтальную плоскость путём вращения светового пучка — точка пульсирует по поверхностям. По сути, это точечный указатель, в котором лазер вращается вокруг своей оси. Благодаря такому решению (плюс увеличенной мощности лазера), разработчики добились большой дальности действия устройства, что позволяет его успешно использовать при нивелировочных работах на больших открытых площадках. Нивелировочное применение ротационных построителей считается наиболее оправданным (всё-таки они в несколько раз дороже статических построителей), однако они с лёгкостью могут работать внутри помещений и при возведении несущих конструкций. В довесок, такой инструмент может выдавать луч, идущий в зенит (лазерный отвес для переноса разметки на потолок), например, модель Spectra Precision HV101.
Без дополнительных приспособлений радиус действия ротационного лазера составляет в среднем порядка 50–70 метров, тогда как с приёмником это расстояние увеличивается до 300–400 метров (CST/berger ALH — 425 м). Приемник улавливает луч на открытой площадке и сигнализирует об этом, после чего можно воспользоваться шкалой геодезической рейки. Он помогает работать на больших дистанциях, когда человек не может увидеть проекцию луча из-за расстояния, сильного солнечного света, запылённости, обильных осадков. Приёмник обычно идёт в базовой комплектации, в любом случае ротационный построитель рассчитан на его использование.
Большинство лазерных нивелиров имеют возможность ступенчатой регулировки скорости вращения излучающей головки (от 10 до 600 об./мин.), что значительно расширяет функциональность прибора, но и позволяет сэкономить ресурс источника питания.
Есть ротационные построители, которые показывают только горизонтальную плоскость, есть те, что могут по-разному закрепляться на штативе и автоматически выравниваться по вертикали или горизонтали. Самые продвинутые машины помогают создавать наклонные плоскости. Тут либо полностью отключаются компенсаторы, либо одна из осей контролируется прибором, а другая выставляется вручную.
Некоторые производители комплектуют свой инструмент пультом дистанционного управления (Bosch GRL 300 HV), который содержит полный набор кнопок, имеющихся на корпусе нивелира. Потому все доступные манипуляции могут производиться на расстоянии, даже из кабины экскаватора или грейдера.
Естественно, ротационные нивелиры обладают функцией «вне уровня», которая не позволяет сделать ошибочную разметку, если произойдёт серьёзное отклонение от нормы. Компенсаторы справляются с углами, не превышающими 5–6 градусов. При транспортировке и хранении самовыравнивающее устройство отключается.
Практические советы по выбору конкретной модели
Мы разобрались с общими особенностями и назначением разных классов лазерных инструментов, теперь взглянем на некоторые «мелочи», которые могут ограничивать функциональность изделий.
Погрешность проекции. Если не говорить об откровенно одноразовом инструменте без имени, то эта отметка будет находиться в пределах 0,5–3 мм на 10 метров. Минимальным показателем (до 1 миллиметра) могут похвастать дорогие приборы, предназначенные для профессионального применения, это ротационные построители (CST/berger ALHV, Geo-Fennel FL 260VA). При покупке этот момент (точность) стоит обязательно проверить на деле.
Дальность действия (видимый и сканируемый диапазон) именитыми производителями обычно занижается — в реальности всё лучше, чем в паспортных данных. Обратите внимание, что разные фирмы по-разному указывают размер рабочей зоны (для ротационных нивелиров), одни говорят о диаметре и пишут 600 метров, другие заявляют радиус и пишут цифру «300». Взгляните, приспособлен ли аппарат для работы с приёмником (актуально для статических построителей), хорошо, если такая возможность будет хотя бы опционально.
Характеристики лазера — показатель, непосредственно влияющий на дальность действия прибора. Тут смотрим на его мощность, класс и длину волны. Стандартный вариант — это длина волны 635 нМ (красный луч с желтоватым отливом). Устаревшая технология — 650 нМ. Лучшие показатели яркость/видимость/комфорт/визуальная дальность у зелёного луча с волной 532 нМ (Spectra Precision HV301G, Geo-Fennel FL 200 и другие).
Особенности компенсации (самовыравнивания). Предел автоматики составляет угол в 5–6°, а минимум в пределах 3 градусов — менее практичный вариант. Здесь очень важно, чтобы компенсатор быстро настраивался (сравнивайте это время — оно обычно указывается в паспортах) и мог отключаться (для работ с уклонами и хранения/транспортировки).
Время непрерывной работы. Многое зависит от типа источника питания. Статичные построители снабжаются обычными пальчиковыми батарейками или аккумуляторами и работают более 10 часов. Весьма полезная функция для экономии заряда — отключение ненужных линий. Ротационные аппараты требуют энергии значительно больше, поэтому тут применяют не только щелочные D-батареи, но и NiCd или NiMh аккумуляторы (обратите внимание на ёмкость и скорость зарядного устройства). Время их непрерывной работы достигает 25–40 часов (Leica Roteo 35G). Построитель Topcon RL-H4C на одном комплекте держится 100 часов. А нивелир Bosch GRL 300 HV Professional может работать даже от сети. Несомненным плюсом модели будет наличие индикации малого заряда (Spectra Precision LL500).
Степень защищённости корпуса. Как правило, в руководстве пользователя имеется соответствующая маркировка. Стандартный вариант IP54 позволит работать на сильно запылённой площадке и даже под проливным дождём. Некоторые разработчики добились более серьёзных успехов: IP65, IP67 (CST/berger ALHV). Немаловажный момент — это защита инструмента от повреждений при падении, здесь хорошо помогают демпферные накладки, грамотная эргономика изделия, высокое качество материалов. Ряд производителей «разрешают» ронять свои построители с высоты в 1 метр или 1,5 метра, если они зафиксированы на штативе (Spectra Precision).
Комплектация. Много полезностей производители предлагают в базовой комплектации, ну а кое-что, конечно, приходится покупать отдельно. Давайте, мы просто перечислим, из чего может состоять «джентльменский набор», а вы уже по месту сориентируетесь, что нужно, а что — нет. Итак:
Все, кто имел опыт работы с современными лазерными построителями, отмечают только положительные моменты, действительно, этот инструмент практически лишён недостатков. Даже относительно высокая стоимость подобного инструмента довольно быстро окупается благодаря высокой производительности разметочных и нивелировочных работ. Ну, и, конечно, помним о качестве, которое, как известно, бесценно.