DE1448542A1

DE1448542A1 - Optisches Ortungsgeraet mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nullpunktsignals

Info

Publication number: DE1448542A1
Application number: DE19641448542
Authority: DE
Inventors: Joachim Hermann
Original assignee: Boelkow GmbH
Current assignee: Boelkow GmbH
Priority date: 1964-10-06
Filing date: 1964-10-06
Publication date: 1968-11-07
Also published as: US3510668A; NL6511697A

Description

BÖLKOW-ENTWICKLUNGEN Ottobrunn, JO. September 1964

Kommanditgesellschaft BP K^

Ottobrunn bei München KX-I Pu/km

Dr. Expl.

Optisches Ortungsgerät mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nullpunktsignals

Optische Ortungsgeräte dienen bekanntlich dazu, die Winkelablagen eines im Gesichtsfeld des Ortungsgerätes erscheinenden Objektes von einer Bezugsrichtung selbsttätig festzustellen und in analoge elektrische Signale umzuformen.

Das Bildfeld derartiger Ortungsgeräte wird in der Regel mittels einer von einem drehzahlkonstanten Motor angetriebenen, rotierenden und/oder nutierenden Blende abgetastet, aie eine Anzahl äquidistanter radialer Speichen besitzt. Ein hinter der Blende befindlicher elektrooptischer Wandler liefert in Abhängigkeit von dem in bezug auf den Drehpunkt der Blende umlaufenden optischen Bild eines im Gesichtsfeld des Ortungsgerätes erscheinenden Objektes eine pulsierende elektrische Spannung, deren Frequenz bei konzentrischem Bildkreis konstant bleibt, bei exzentrischem Bildkreis sich dagegen verändert.

Im ersten Falle befindet sich das vom Ortungsgerät erfaßte Objekt innerhalb der Bezugsrichtung, im z.veiten Falle dagegen außerhalb der Bezugsrichtung des Ortungsgerätes. Die Frequenzänderung der

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pulsierenden Spannung ist dabei annähernd proportional zum Betrag des Ablagewinkels des angemessenen Objektes.

Diese Art der Messung der Winkelablagen eines Objektes erfordert eine hohe Gleichlaufgenauigkeit des Blendenantriebes und Präzision der Blendenform, da sieh jede Ungleichförmigkeit in Antrieb und Geometrie als Winkelfehler auswirkt.

Um die Einflüsse ungleichmäßiger Rotationsgesehwlnaigkeiten bei Ortungsgeräten mit Prismenabtastung zu eliminieren,, ist es bekannt, die vor dem Wandler angeordnete Prismen-Abtastvorrichtung mit magnetisch abtastbaren Marken zu versehen. Mit Hilfe eines magnetischen Fühlers wird beim Umlauf der Abtastvorrichtung eine Referenzfrequenz erzeugt, die mittels einer geeigneten Schaltungsanordnung mit den vom wandler gelieferten Signalspannungen derart zusammengeschaltet wird, daß die durch ungleichmäßige Hotations-

geschwindigkeiten der Abtastvorrichtung hervorgerufenen Winkelfehler kompensiert werden (vgl. US-Patent ? 020 4θ7)·⁺

Eine derartige Einrichtung ist jedoch nicht geeignet, bei Abtastvorrichtungen in Form einer Blende mit äquidistanten radialen Speichen den Einfluß von Teilungsfehlern oder Raaialschlag zu beheben, da die auf die vorstehend genannte Art erzeugte Referenzfrequenz lediglich die Eigenschaften des Abtastantriebes repräsentiert.

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⁺ im Druck wegzulassen - 3 -

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Hier Abhilfe zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung, gemäß der bei einem optischen Ortungsgerät mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nullpunktsignals .die das Gesichtsfeld des Ortungsgerätes abtastenden Mittel ein Teil einer auf die Meßachse des 5 Ortungsgerätes bezogene Nullpunktsignale erzeugenden Einrichtung sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die das Nullpunktsignal erzeugende Einrichtung aus einer punktförmig abgeblendeten Lichtquelle, deren im Zentrum des Gesichtsfeldes abgebildete Strahlen mittels der das Gesichtsfeld unterbrechenden Rasterscheibe in einen elektrooptischen Wandler reflektiert werden (Fotowiderstand, Fotodiode o. dgl.), von dem ein den Meßnullpunkt des Ortungsgerätes verkörperndes Signal abnehmbar ist.

I^ Dieses Nullpunktsignal hat bei dauernder Übereinstimmung des gewählten Meßnullpunktes mit dem konstruktiv gegebenen Ortungszentrum konstante Frequenz. V/eicht jedoch, sei es aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten der Blende oder ihrer Lagerung, sei es infolge ungleichmäßiger Antriebsdrehzahl, der Ortungsnullpunkt vom Meßnullpunkt ab, so repräsentiert das Nullpunktsignal genau diese Abweichung und ist ihr entsprechend frequenzmoduliert. Der Maßstab dieser Frequenzmodulation ist infolge der erfindungsgemäßen Verwendung der Ortungs-Rasterscheibe zur Erzeugung des Nullpunktsignals identisch mit dem Maßstab des Ortungs-

25 signals.

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Die erzeugte Nullpunktsignalspannung wird in an sich bekannter Weise mittels einer Schaltungsanordnung mit den vom Wandler des Ortungskanals gelieferten, die Winkelablagen eines im Gesichtsfeld des Ortungsgerätes befindlichen Objektes in Polarkoordinaten (vektoriell) verkörpernden Signalspannungen derart vereinigt, daß die durch Ungleichmäßigkeiten des Antriebes, durch ungleichmäßige Teilungen der Blende oder durch radiales Spiel bzw. Radialschlag der Blendenlagerung verursachten Fehlersignale kompensiert werden. Solche Schaltungen, welche die Subtraktion eines Korrekturvektors von einem Meßvektor leisten, sind aus der Technik des Analogrechnens bekannt. Hierbei ist es möglich, die Differenzbildung derart vorzunehmen, daß die Anzahl der Änderungen des Nullpunktsignals von der Anzahl der Änderungen des Ortungssignals, jeweils über einen halben Umlauf des Abtastantriebes gezählt, abgezogen wird.

Um die Punktionen des Ortungsgerätes durch die referenzsignalerzeugende Einrichtung nicht zu stören, weist ihre Lichtquelle einen anderen Spektralbereich als der elektrooptisch^ Wandler des Ortungskanals auf.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Nullrichtung des Bezugssignals einstellbar ausgebildet, vorzugsweise in der Weise, daß die Lichtquelle der Einrichtung zur Erzeugung des Nullpunktsignals in zwei aufeinander senkrechtstehenden ' Aohsen verschiebbar gelagert ist.

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Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung dann, wenn manuell .beeinflußbare, vorzugsweise kardanisch gelagerte Ablenkmittel für die Strahlen der Lichtquelle vorgesehen sind, da hiermit zusätzliche Signalinformationen in das Ortungsgerät einführbar sind.

Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der zwei Ausführungsbeispiele einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nullpunktsignals mehr oder minder schematisch dargestellt sind.

Im einzelnen zeigen:

Figur 1 ein optisches Ortungsgerät mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nullpunktsignals gemäß der Erfindung und

Figur 2 ein optisches Ortungsgerät gemäß Figur 1 mit Mitteln zur manuellen Beeinflussung des Nullpunktsignals.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sind lediglich die Teile eines optischen Ortungsgerätes - im nachfolgenden als Goniometer bezeichnet - dargestellt und beschrieben, die mit der Einrichtung zur Erzeugung eines Nullpunktsignals im unmittelbaren funktioneilen Zusammenhang stehen. So sind bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich das Objektiv 1, die in hier nicht dargestellter Weise angetriebene, oft als Analysator oder Reticle bezeichnete Blende 2/ die Feldlinse 5, der elektrooptische Wandler 4 und der Verstärker,

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Diskriminator u. 'dgl. aufweisende Meßkanal 5 dargestellt. Über eine Leitungsverbindung 6, die die den Polarkoordinaten f , «f

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eines im Bildfeld des Goniometers befindlichen Objektes zugeordneten Meßspannungen führt, ist der Meßkanal 5 mit einem Summierverstärker 7 verbunden.

Zur Erzeugung des den Polarkoordinaten ? , f zugeordneten Nullpunktsignals f , *f werden in das Zentrum des Gesichtsfeldes des Goniometers mit Hilfe einer Optik 10 die durch eine Lochblende 11 abgeblendeten Strahlen einer Lichtquelle 12 abgebildet, Die während eines Ortungsvorganges umlaufende Blende 2 reflektiert die Strahlen der Lichtquelle 12, so daß sie zu einem elektrooptischen Wandler Ik gelangen, dessen Ausgang 15 mit einem einen Verstärker und einen Diskriminator aufweisenden Nullpunktsignalkanal 16 verbunden ist. Über eine Leitungsverbindung IJ wird das von dem elektrooptischen Wandler 14 gelieferte, gegebenenfalls frequenzmodulierte Nullpunktsignal -ebenso wie die über die Leitungsverbindung 6 ankommenden Meßsignale - dem Differenzverstärker 7 zugeführt, der aus den zugeführten Signalspannungen die Differenz bildet. An seinem Ausgang 19 sind die die Winkelablagen eines im Gesichtsfeld des Goniometers erscheinenden Objektes in Polarkoordinaten darstellenden, von durch Antriebsungenauigkeiten, Teilungs-, Spiel und Schlagfehler hervorgerufenen Fehlereinflüssen freien Meßspannungen ?, *f abnehmbar.

Zu erwähnen ist noch, daß das Spektrum der von der Lichtquelle erzeugten Strahlen so gewählt ist, daß hierdurch die eigentliche

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Funktion des Goniometers nicht gestört wird. Hierzu eignet sich insbesondere der violette oder ultraviolette Spektralbereich.

Ferner hat es sich als besonders wirkungsvoll erwiesen, wenn die Blende 2 in den für die durch das Objektiv 1 einfallende Strahlung durchlässigen Zwischenräumen oder auf ihren Stegen selektiv reflektierend für die Strahlung der Lichtquelle 12 ausgebildet ist.

Für Justierzwecke, insbesondere aber um die Lage des in der vorstehend beschriebenen Weise erzeugten Nullpunktes einstellbar zu gestalten, kann die Lichtquelle 12 in hier nicht dargestellter Weise in zwei aufeinander senkrechtstehenden Achsen, von denen eine in der Zeichnungsebene liegt, verschiebbar gelagert sein.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Nullpunktsignalerzeugung manuell beeinflußbar. Hierzu sind in einem über ein Handstellmittel 21 auslenkbaren Kardan 22 Ablenkmittel, beispielsweise in Form eines Hohlspiegels 23, vorgesehen. Über einen halbdurchlässigen Spiegel 2Ä werden die von der im Qegenstandspunkt des Hohlspiegels angeordneten Strahlungsquelle 12 erzeugten Strahlen in das Zentrum des Gesichtsfeldes des Goniometers gelenkt. Im übrigen sind auch hier von dem Goniometer lediglich das Objektiv 1, die umlaufende Blende 2, die Feldlinse J und die elektrooptischen Wandler 4 und 14 gezeigt.

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Für die Anbringung des V/andlers 14 sind zwei Möglichkeiten gezeigt: einmal kann der Wandler 14a unmittelbar dem Wandler 4 benachbart sein, wobei die Feldlinse J5 über einen weiten Spektralbereich durchlässig und wenig dispergierend sein darf, zum anderen kann der Wandler l4B als selektiv absorbierende Dünnschicht-Fotodiode vor oder auf der Feldlinse J) angeordnet sein. Im letzteren Falle ist die aus Ge oder Si bestehende ,Dünnschicht-Diode auf die Feldlinse jj aufgedampft.

Die über das Handstellglied in das Goniometer eingeführten zusätzlichen Signalinformationen können beispielsweise bestimmte Prüfablagen bei unterdrücktem Meßsignal darstellen. Es kann aber auch nunmehr bei aussetzender automatischer Ortung eines im Gesichtsfeld befindlichen Objektes, beispielsweise infolge zu großer Entfernung oder zu schwacher Strahlung, eine manuelle Nachführung des Goniometers durchgeführt werden.

Wie aus dem vorstehenden ersichtlich, vereinfacht und verbilligt sich der Aufbau der hier in Frage stehenden Ortungsgeräte, da die Genauigkeitsanforderungen an die kritischen Teile des Ortungsgerätes dank der Art der Nullpunkt-Signalerzeugung sich erheblich reduzieren.

- Patentansprüche -

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Claims

BÖLKOW-ENTWICKLUNGEN <) Ottobrunn, 30. September 1964

Kommanditgesellschaft BP 435

Ottobrunn bei München KX-I Pu/km 1448 5

Patentansprüche

. Iy Optisches Ortungsgerät mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Nullpunktsignals, dadurch gekennzeichnet, dato die aas Gesichtsfeld des Ortungsgerätes, abtastenden Mittel (2) ein Teil einer auf die Meläaciise ues Ortungsgerätes bezogene Nullpunktsignale erzeugenden Einrichtung (10, 11, 12, 14) sind.

2. Optisches Ortungsgerät n<iCh Anspruch 1, dt-.uureh gekennzeichnet, daß die Nullpunktsignale erzeugende Einrichtung aus einer punktförmig abgeblendeten Licntquelle (12) besteht, deren ins Zentrum ues Gesichtsfeldes abgebilaete Strahlen mittels der das Gesichtsfeld unterbrechenden Blende (2) in einen elektrooptischen V/analer reflektiert werden, von dem frequenzmodulierte, den Meßnullpunkt des Ortungsgerätes .verkörpernde Signale abnehmbar sind, die über einen Nullpunktsignalkanal (16) einen Differenzverstärker (7) zuführbar sind, an dessen Ausgang (19) die fehlerkorrigierten Meissignale abnehmbar sind.

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~5. Optisches Ortungsgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Nullpunktes einstellbar ist.

4. Optisches Oi'i,un_£jt...>..:'il-[ nach ucn _t\x,S[<rächen 1 Dib „., o,. uuroh. ^: gekennzeichnet, dan uie Lichtquelle (lc) in z»vei aufeinander senkrechteLenenden Achsen versenitbbar ist.

5- Optisches Ortungsgerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe manuell beeinflußbarer, kardanisch gelagerter Ablenkmittel (22) für uie Strahlen aer Lichtquelle (12) zusätzliche Signallniormationen in das Ortungsgerät einführbar sind.

6. Optisches Ortungsgerät nach den Ansprüchen 1 bis -j, aa-uurch g e k e η η ζ e i c h η e t , aaß die Lichtquelle (12) aer nullpunkt&ignalerzeu^enaen Einrichtung einen anueren Spektralbereich als uer eieKürooptische Wandler (4) aes Ortungsi. - nais aui'v.eist.

7. Optisehes Ortungsgerä'c nach den Ansprüchen 1 bis υ, d^aurch g e k e η η ζ e Lehnet , uais aie Blende (2) in den für die durch aas Objektiv (l) einfallende Strahlung durchlässigen Zviisciienräumeri oder auf ihren Stegen selektiv reflektierend für die Strahlung der Lichtquelle (12) ausgebildet 1st.

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