DE2742223A1

DE2742223A1 - Fernmessgeraet fuer ablenkung oder verschiebung

Info

Publication number: DE2742223A1
Application number: DE19772742223
Authority: DE
Inventors: Eugenio Carrara; Mario Comanducci
Original assignee: GALILEO SpA OFF; Officine Galileo SpA
Current assignee: GALILEO SpA OFF; Officine Galileo SpA
Priority date: 1976-09-27
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1978-04-06
Also published as: FR2365782A1; CH617265A5; NL7710529A; IT1068819B; SE7710709L; FR2365782B3

Description

Glawe, Delfs, Moil 8- P^r^nüj· - ρ 83Ί3/77 - Sei·

lies ch reibung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes, das zum Messen der Winkelablenkung oder -verschiebung eines Punktes in bezug auf einen Ursprung und eine vorgegebene Bezugsrichtung bestimmt ist. Die Messung wird air selben Ort bewirkt, und zwar bis zu Entfernungen der Größenordnung einiger Kilometer ohne die Notwendigkeit einer körparlicnen Verbindung mit dem Ursprungspunkt, der rrit einer Strahlenquelle verseilen ist, die optisches Verhalten zeigt, d.-h. daß die Strahlen mit konventionellen optischen Kitteln beeinflußt werden können.

Ein Gerät dieser Art ist perfekt für die automatische Fernsteuerung von Objekten geeignet, die sich im Raurr bewegen (Fahrzeuge, Flugzeuge, Geschosse u.s.w.), und zwar alternativ z.i3. zu dem Gerät, das in dem italienischen Erfindungspatent Nr. 679 965 vom 11. Dezember 1962 beschrieben ist, und zusätzlich z.B. zu diesem Gerät. Das erfindungsgemäße Gerät hat im Vergleich mit dem Gerät dieses Erfindungspatents bemerkenswerte Vorteile in bezug auf seine Arbeitsweise, Betriebssicherheit, Größe und ähnlichem. Bei einer Anwendung dieser Art ist es klar, daß das erfindungsgemäße Gerät mit Betriebsmitteln versehen sein wird, die dazu ausgebildet sind, die Bahnkorrektur in Abhängigkeit von der Ab lenk ungs me s sung durchzuführen.

Das erfindungsgemäße Gerät schließt im wesentlichen ein: Im Ursprungspunkt Quellen von sich optisch verhaltenden Strahlen - insbesondere des Lasertyps -, die Bilder projizieren, die eine definierte geometrische Form haben, und Mittel, um diese Bilder in einer zyklischen Abtastbewegung zu bewegen; auf einem Empfangspunkt, der in dem durch das Abtasten begrenzten Raum enthalten ist, Empfangs- mittel für die Signale, die nacheinander durch die vorge nannten Bilder mit definierter geometrischer Form gebil-

8098U/0626

J, iloll ■« I'iTtnor - ρ 8:>4V77 - lioiL

274 2/. *

<iet siiui, und zur Verarbeiten dieser Signale; die qeonetriiiciu; I'orr dinner bilder ist dabei no, daß oi«male zui;üfjiirt werdon, die voneinander in soldier Veis-j; einen zeitlichen Αυ:;ΐαικ: ,laujii, ua/3 der Ort dej Punktes in Ajjiiängiq-Koit (it!r ixcniuj.itcn d>;r Folcje dor Signale, '..i>: an diesem l'unKt uei jecjer Autnstzyi-vluy exnpfanqen worden, festgestellt wird.

in der Praxis Kann uie zyklische JowucTiing ein koniscnes Autasten sein.

οία projizierten j.iil«Jer weisen insbesondere eine yeoinetriscne i'orir r:it renreren Liegneu ton auf, von denen jedes wait rend eines vollständigen liewegungsz/Klus auf den tiitipfangspuukt gelangt. Darüuer ninaus sind Mittel vorgesehen, die jeden einzelnen Zyklus uegrenzen aollen. Bei einer uevorzugten Ausführ ungs form definieren die Bilder Segmente nit T-Anordnung.

üie ν irKungsweise des Geräts wird in folgenden unter liezugnahne auf die ueiyefügten Zeichnungen beispielsweise besdirieben. i^s zeigen:

Fig. 1 eine typische Anordnung der

T-förmigen iiilder;

Fig. 2A, 2B, 2 C drei Stellungen des T-förmigen

Bilds während des konusartigen Abtastens unter den Bedingungen, bei denen aufeinanderfolgende Signale erzeugt werden, die zur Beobachtung eines typischen Punktes P geeignet sind; und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicnt von

geometrischen Elementen, die bei den Berechnungen benutzt werden.

Man nehme an, man habe einen optischen Projektor, der ein Bündel von Strahlen aussenden kann, das einen T-förmigen uuerschnitt hat und durch die Bi Ida» gmente 1,2, 3 gebildet wird,

8098H/0628 ...

Glawo, Delfs, Moll ■« I'artnor - ρ Ü-J4J/77 - Seit

S 211*2 m

die im i'untct 5 zusammenlaufen; die Definition eine.; uj>^\.\xs Kann rit eineir tsildoegment 7 ernnlten werden, das als uezug dient, uir; einen Ursprung zu definieren, der irit den so gobildeten deichen 7 auffindbar ist.

L,s soil, damit die lieschre ibung leichter zu verstellen ist, weiter angenormen werden, daß die drei Arme 1, 2, 3 des Ί' ciie gleiche Länge aaueu, und daß eine auf geeignete weise oowegoare optische cinri cn tung dazu geeignet ist, ein koniscnes Aotasten des Stranls uei uekannter, konstanter WinkeLgeschwindig-Keit zu bewirken. Line optische binricntung dieser Art kann z.Li. duren einen optischen Keil oder ein optisches Prisma realisiert werden, das entsprechend der Ausureituiigsrichtung und auf solcne Weist; gedreht wird, daß es immer in den Strahl hineinragt. Als Folge dieses Abtastens bewegt sicli jeder Abschnitt des T-förmigen Strahles so, daß er zu sicli selbst parallel bleibt, und alle Punkte desselben werden einen gleicnen Umfang ueschrei-Den. Der Durchmesser des Kreises mit diesen. Umfang wird innrer gleich der Lange des Arn^s des 'i'-föririgen bildes sein. Fig. 1 zeigt einen typischen ^uerscnnitt des Strahles und den Lir.fang C, der durch den Kreuzungspunkt der Arme definiert wird.

Alle Punkte innerhalo des Kreises rrit diesem Umfang werden zyklisch und nacheinander durcn die drei Arme 1, 2, 3 des T-Jtiildes (und außerdem durcii das tJezugsbild 7) überstricnen; dies trifft aucii für alle die Punkte des Kegels zu, der seinen Ursprung im Projektor nat und auf dem genannten Kreisumfang aufliegt.

in den Fig. 2A, 2ß und 2C ist ein typischer Punkt P und außerdem die bewegung des T-Bildes durch einen Pfeil f dargestellt. Die Intervalle zwischen den Zeitpunkten, zwischen denen die Arme einen Punkt überstreichen, sind direkt und eindeutig mit dem Ort des Punktes verknüpft, von dem aus diese Übe rs t reich ungen beobachtet werden, oo bezeichnet die Winkelgeschwindigkeit, die z.B. der optische Keil hat. t₁ ist die Zeit zwiscnen deir.

8098U/0626 ,...»-.:·-·

ülawe, DeIf:;, .loll c l-arzn-i·: - ρ 8343/77 - Seite

ÜDorstreichen durch den Arn 1 und demjeni<; ■■; ι durc't \ Arm 2. t-, bezeichnet das Intervall zwischen dem Überstreichen durch Arn 2 und demjenigen durcn Arn 3. t., bezeichnet aas Incervall zwischen dem überstreicnen durch den Arm 3 und der: üuerstreiciien curch den Arm 1, das den Aotastzyklus anschließt. Für einen typischen Punkt P sind oie Intervalle durcn >~ t-, '«-- t. und«-; t~ gegeben, wooei .J., A. und ^, die drei licntungen

bezeicnnen, die die Stellen definieren, an denen die Arn« 1, 2 und 3 den Punkt P überstreicnen.

Die liezienungen, die zwischen t.. , t, und t-, uestehen, sollen nun für verschiedene Punkte des Kreises untersucht werden, der durch den Kreuzungspunkt der T-Arne bescnrieuen wird, bei einem Punkt, der ganz unten air Kreisumfang angeorunet ist, ist das Intervall t.. null und das Intervall t₂ ist gleich den Intervall t₃· Wenn der Punkt in vertikaler Richtung entlang den vertikalen Durchmesser des Kreises bewegt wird, beobachtet man ein allmähliches Anwachsen des Intervalls t-, wänrend die Intervalle t.> und t,, obwohl sie kleiner werden, einander gleich bleiben. Am oberen Lnde des vertikalen Durchmessers sind die Intervalle t-, und t, auf null reduziert, während t.. gleich der Abtastzeit ist. Wenn in einer gewissen höhe,die einem gewissen Intervall t.. entspricht, der Punkt P in horizontaler Richtung nach recnts bewegt wird, ergibt sich ein allmähliches Anwachsen von t₂ und ein entsprechendes Abneniren von t-,. Das Gegenteil wird bei Bewegungen nach links der Fall sein.

£s werden dalier jedem Punkt P Werte von t.., t₂, t^ entsprechen, die dem Ort des Punktes P definieren.

In Fig. 2Λ, 2b, 2C sind die Verhältnisse für einen typischen P während der drei überstreichungen gezeigt. In Fig. 2A, ist die Stellung des T gezeigt, wenn der Arm 1 den Punkt P überstreicht. In Fig. 2b ist die Stellung des T gezeigt, wenn der Arm 2 den Punkt P oberstreient. Fig. 2C entspricht dem Zeitpunkt, in dem

BAD ORIGINAL 809814/0626

Glawe, DeIfs, .Moll ti Partner - ρ öj45/77 - Seite

der Arn 3 den Punkt P überstreicht.

Da sich das 'i-förmige Ui Id rrit konstanter Geschwindigkeit <*_. bewegt, sind die drei Winkel, die durch die Richtungen 1J₁, Wp, Λ.. irit dem Kreisiritte lpunkt gebildet wcraen, proportional zu den Zeiten t.., t, ι t^, da t. + t₂ + t-, = T.

Durch die folgenden Beziehungen sind die Intervalle t. , t.-, und t, r it den vertikalen und horizontalen Komponenten >*■ bzw. 1 der WinKelablenkung verknüpft, die der Punkt 1' in bezug auf cion Ursprung 0, in dem der ProjeKtor angeordnet isc, und in bezug auf die Achse 0-0., des nutastkegels (die gerade i.inie_# die den x'rojeKtor mit der Zentrum des Kreises verbindet) einnimmt. In diesen Beziehungen ist φ der lialue öffnungswinkel des Abtastkegels, cü die Abtast frequenz und T c'ie Abtastzeit. Tie genannten Beziehungen lauten:

COS

ft - * sin^r ^T - *ι

elektro-optisciies Gerat, rrit dem die oben uesenriebenen Messungen durcligefüiirt werden können, kann auf irgendeine geeignete l/eise hergestellt sein. Es scnließt einen Projektor und eine Einheit für die Messung der Ablenkung ein.

Der Projektor kann aus vier Ga-As-Laseih aufgebaut sein, die durch einen geeigneten Mechanismus miteinander verbunden sind und mit vier Projektionslinsen (eine für jede quelle) versenen sind, um vier Bilder 1,2, 3 und 7 zu erhalten. Diese Linsen sind von dem Typ, der für f'ikroskope verwendet wird, und sollen eine numerische Apertur haben, die größer als die Apertur des iJmissionskegels der Läser-0.ueIlen oder gleich dieser Apertur ist, dan it die gesamte von den Quellen abgegebene Strahlung gesammelt wird. Es werden geeignete Justiervorrichtungen vorgesehen sein, damit die Bilder der drei

80981 4/0626

Glawe, üolfs, Moll ü kartier - ρ <iö<»3/77 -

Quellen und die T-A rme 1 , 2 und 3 wie gewünscht angeordnet worden xujnnen. Das tiild 7 dor vierton quelle wird parallel zu irnendeinoi!' üilc der T-Arire, z. ß. dom tiild 2, und sehr nano (iiesciri UiId angeordnet werden und wird dazu dienen, c ersten Arr festzustellen, von dorr, atj die Intervalle t_1# t und t-> ge ζ an It werden.

In dor ^.ine dieser vier OujeKte ist ein optiscues i'risira oder ein optischer ueil angeordnet, der gleicazeitig die vier Strahlen ablenken Kann.

Der Ablenkungswinkel wird gleich dem Winkel sein, unter den, jeder Strahl projiziert wird. Das Prisma wird mit konstanter Geschwindigkeit (diese Bedingung ist nicht wichtig, ist jedoch angenorneii worden, um die Erklärung zu erleichtern) gedrent, wobei diese Geschwindigkeit bekannt ist, und zwar um eine Achse, die parallel zur Fortpflanzungsricntung ist, wodurch das gewünschte Autasten in Form eines Tegels erreicht wird.

Das Gerät zum Messen der ablenkung kann eine optische Einheit zum Sammeln der Infrarot-Strahlung, eine Fotodiode rit Verstärker und eine signalverarbeitende, elektronische tinneit einschließen.

Die optische Einheit soll so dimensioniert sein, daß die auf die Fotodiode übertragene Leistung ausreicht, das Überstreichen des Strahls sogar bei der größten Entfernung, bei der die Messung ausgeführt werden kann, festzustellen.

Die Fotodiode und der Verstärker sind entsprechend der Charakteristik der benutzten Ga-As-Uuellen und entsprechend der Frequenz auszuwählen, mit der diese Uuellen Strati lung abgeben.

Die signalverarbeitende elektronische Einheit soll das Überstreichen des Anns, der durch zwei parallele Strahlen gebil-

8098U/0626

Glav/e, Delfs, MoU & ^;)ηγ(γ·ο] - ρ üö<l3/77 - ot'ite,

9 2 7 A 2,.'

det ist, unterschoicen können, soll diu ^oLtincervalle zwi sciien zv/üi aufoinandorfolgondon Üburstreicnunqen nassen
können ujid daraus die Komponenten ov und -i der Ablenkung be stinnen können.

8098U/0626

so

Leerseite

Claims

Patentansprüche

h.) Fern meß ge rat für Ablenkung oder Verschiebung, dadurch ge-

v ι

kennzeichnet, daß es einschließt: an einem Ursprungspunkt (O) quellen von Strahlen, die optisches Verhalten zeigen und Bilder (1, 2, 3, 7) mit definierter geometrischer Form projizieren, und Mittel, durch die die Bilder (1, 2, 3, 7) in eine zyklische Abtastbewegung versetzbar sind; Empfangsmittel an einem tiirp fangs ρ unkt (P) , der in dem durch das Abtasten begrenzten Raum eingeschlossen ist, für die Signale, die nacneinander durch die Bilder (1,2, 3, 7) mit definierter geometrischer Form gebildet sind, und Mittel zum Verarbeiten dieser Signale; wobei die geometrische Form der Bilder (1, 2, 3, 7) so ist, daß Signale zeitlich nacheinander so abgebbar sind, daß die Stellung des Punktes (P) als Funktion der Aufeinanderfolge der an diesem Punkt (P) empfangenen Signale feststellbar ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklische Bewegung ein kegelförmiges Abtasten ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Strahlen erzeugten, geometrisch geformten Bilder mehrere Segmente (1, 2, 3, 7) aufweisen, so daß während jedes vollen Bewegungszyklus der Empfangspunkt (P) durch jedes der Segmente überstreichbar ist.

809814/0626 ··· ²

Glawe, Delfs, MoIL & Partner - ρ 8b43/77 -

2742^3
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Strahlen erzeugten bilder durch Segmente (1, 2, 3) in T-Anordnung gebildet sind.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurcn gekennzeichnet, daß die eine uestirointe geometrische Form aufweisenden Bilder (1, 2, 3, 7) Bilder (7) zum Definieren eines Ursprungsignals des Abtastens einschließen.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurcn geKennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen der konischen Autastbewegung durch optische Mittel, zum Beispiel einen optischen Keil oder ein optisches Prisma, gebildet sind, der um eine Achse (O-Op) drehbar ist, die parallel zur Fortpflanzungsrichtung ist und die so angeordnet ist, daß die gesamte geometrische Figur des projizierten Strahles erfaßbar ist.

8098U/082C