NO854094L - Apparat for maaling av posisjonen av et lysende objekt, samt fremgangsmaate for testing av en vegg ved anvendelse av et slikt apparat. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et apparat for måling

av posisjonen av et lysende objekt, og mer spesielt et apparat for å lokalisere og å plassere et slikt objekt, omfattende et optisk system for å danne et bilde av objektet, en sensor som er følsom for bildets posisjon i forhold til den optiske akse, motorer for å dirigere det optiske system langs de respektive ortogonale akser, og servostyring for å aktivere motorene til å dirigere det optiske system slik at bildet er i hovedsak på den optiske akse, først ved en høy motorhastighet og så ved en lav motorhastighet.

I et tidligere apparat^ ble det brukt et optisk system med et smalt synsfelt for å oppnå høy presisjon. Det faktum at man opererer først med hurtige bevegelser og så med langsomme bevegelser som gir presis posisjon, gjør det mulig å redusere apparatets responstid. Dette apparat har imidlertid den ulempe at objektet kan bevege seg ut av det optiske synsfelt, f.eks. hvis en hurtig bevegelse av objektet er for stor, og den fordelen man søker ved større hastighet er tapt.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe et apparat av denne type, med hurtig og presis lokalisering av objektet og redusert risiko for at objektet som skal lokaliseres, forlater det optiske synsfelt.

Den foreliggende oppfinnelse frembringer et apparat for måling av posisjonen av et lysende objekt, bestående av et optisk system som omfatter en første og en annen objektivanordning for å danne et første og et annet bilde av de nevnte objekter, og som har i hovedsak felles optiske akser, der den første objektivanordning har et forholdsvis bredere synsfelt enn den annen objektivanordning, og en første og en annen posisjons-sensor-anordning som er følsom for posisjonen av henholdsvis første og annet bilde i forhold til den optiske akse, for å produsere henholdsvis et første og et annet posisjons-signal, minst to motoranordninger for å rotere det nevnte optiske system rundt de respektive ortogonale akser i rett vinkel med den optiske akse, og en styringsanordning som er følsom for det nevnte første posisjonssignal for å aktivere motoranordningen med relativ høy hastighet for å rette den optiske akse mot objektet, og senere følsom for det nevnte annet posisjons-signal for å aktivere motoranordningen med relativ lav hastighet, og en register anordning for å registrere posisjons-signalene, for dermed å registrere objektets posisjon.

Bruken av et objektiv med bredere synsfelt reduserer risikoen for å miste objektet som blir fulgt.

Den nevnte styringsenhet er fortrinnsvis følsom for det nevnte signal for å aktivere de to motoranordninger i overlappende steg, idet motoranordningen for hver retning blir aktivert med lav hastighet etter aktiveringen av motoranordningen for den andre retningen.

Dette gjør det mulig å lokalisere objektet på kortere tid.

I en foretrukken utførelse av oppfinnelsen omfatter det optiske system en avstandsanordning som er følsom for avstanden til det nevnte objektet, for å generere et avstandssignal, og registreringsanordningen er følsom for det nevnte avstandssignal.

Andre trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå fra den følgende beskrivelse, som er gitt ved et eksempel under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et sideriss av en anordning for å lokalisere og stedefeste et lysende objekt ifølge en utførelse av oppfinnelsen.

Fig. 2 viser anordningen på Fig. 1 sett ovenfra.

Fig. 3 er et diagram som illustrerer bruken av anordningen. Fig. 4 er et skjematisk diagram av styrings- og deteksjons-systemet i anordningen. Fig. 5 er et flytkart som illustrerer sekvensen i lokaliserings- og stedfestingsoperasjonene med anordningen, og Fig. 6 er et generelt bilde av anordningen i bruk med en spesiell anvendelse ifølge oppfinnelsen.

Som vist på Fig. 1 til 3 omfatter lokaliseringsanordningen ifølge denne utførelse av oppfinnelsen to sidestilte objektiver hvis optiske akser er praktisk talt sammenfallende: et vidvinkel-objektiv 1 og et teleobjektiv 2;en detektorcelle er forbundet med hvert objektiv, cellen 3 med vidvinkelobjektivet 1 og cellen 4 med teleobjektivet 2. Detektorcellene 3 og 4 omfatter posisjons- følsomme fotoceller som genererer kontinuerlige data angående posisjonen langs to ortogonale akser (X, Y) av barysenteret for det lyset som mottas på deres følsomme overflater.

I det foreliggende tilfelle er disse cellene anbragt slik at de mottar bildet som genereres av det respektive objekt, og hver celle gir X, Y-koordinatene for posisjonen av bildet av det ly-

sende objektet 5 som den mottar.

De to objektivene 1 og 2 og tilhørende detektorer 3 og 4 er anbragt sammen på en plattform 6, parallell med den felles optiske akse 7; plattformen 6 er festet på en roterende aksel 8

i rett vinkel med plattformen 6; i tillegg er plattformen 6 montert for å kunne dreie rundt en akse 9 i rett vinkel med den roterende aksel 8. På denne måten kan hele det optiske system bli dirigert vinkelmessig langs to ortogonale retninger for å kunne følge med det lysende objektet 5.

Det er gunstig at dreiebevegelsen av akselen 8 og plattformen 6 rundt akselen 9 blir generert av trinn-motorer.

En avstandsmåler (ikke vist) er plassert ved siden av det optiske systemet og rettet langs i hovedsak den samme optiske akse slik at den også sikter mot det lysende objekt 5. Fig. 3 viser synsfeltet for de to objektivene 1 og 2; nær-vær av vidvinkelobjektivet sikrer at det lysende objekt ikke blir tatt fra synsfeltet når man utfører leteoperasjoner for å stedfeste og lokalisere det lysende objekt. Fig. 4 viser koblingsskjemaet for kretsene i anordningen, og viser de to objektivene 1 og 2 og de to cellene 3 og 4. Det optiske system kan bli manøvrert i rotasjon ved de to trinn-motorene 11 og 12. Posisjons-data XGA og YGA generert av cellen 3, og XTE og YTE generert av cellen 4 blir sendt til et apparat for å kalkulere posisjonen av objektet som skal stedfestes, omfattende en mikroprosessor 13. Mikroprosessoren genererer styrings-signaler for motorene 11 og 12 slik at de kan utføre trinnvis hurtig og langsom leting etter det objekt som skal detekteres.

Avstandsmåleren 14 gir data angående avstanden av objektet som skal stedfestes, og den blir også styrt av mikroprosessoren 13;en hukommelseskrets 15 registrerer posisjons-dataene fra motorene 11 og 12, som tellet av mikroprosessoren 13, og avstandsmåleren 14 når lokaliseringen av objektet som skal stedfestes er ferdig. Avstandsmåleren 14 omfatter fortrinnsvis en infrarød laseranordning.

Operasjonene med å lokalisere og stedfeste et lysende objekt omfatter et trinn med grov- justering, utført med bruk av vidvinkelobjektivet, så et trinn med fin-justering utført ved bruk av teleobjektivet, og hvert trinn omfatter hurtige og langsomme bevegelser av trinn-motorene 11 og 12. Dette gjør det mulig å bringe den optiske akse av systemet mot objektet som skal stedfestes, og det er så tilstrekkelig å måle vinkelposisjonen av motorene for å finne posisjonen av objektet. Ifølge denne ut-førelse av oppfinnelsen blir de grove og de fine justeringstrinn utført samtidig, og overlapper hverandre for X- og Y-retningene slik at justeringene for de to aksene blir oppnådd samtidig, dvs. at de to trinn-motorene kan operere samtidig, idet en blir kjørt med lav hastighet og en med høy hastighet eller begge med den samme hastighet.

Fig. 5 viser et flytkart som kan brukes til å forklare hovedoperasjonene som utføres av mikroprosessoren 13.

I et første trinn 21, blir den totale lysintensitet IGA som mottas av vidvinkelobjektivet, målt og sammenlignet med en terskelverdi 1^som er en mørke-terskel. Systemet blir stoppet hvis det lysende objekt er tapt, dvs. at det ikke er innenfor vidvinkellinsens synsfelt. Hvis lysintensiteten er tilstrekkelig, blir koordinatene for det bilde som dannes av vidvinkel objektivet lest av cellen 3, f.eks. abscissen XGA under et lesetrinn 22. Det følgende trinn 24 er for å sammenligne

vidvinkel-abscissen med en terskelverdi S som er en terskelverdi

c

for å svitsje til teleobjektivet. Hvis abscissen XGA er større enn terskelverdien Sc, blir et trinn 24 utløst, i hvilket trinn-motoren blir kjørt med høy hastighet for å redusere abscissen X med høy hastighet, og umiddelbart etter blir et lesetrinn 25 utløst for å lese koordinatverdien YGA som blir gitt av vidvinkelobjektivet. YGA blir så sammenlignet med terskelverdien S i et trinn 26. Hvis ordinatverdien YGA er større enn

c

terskelverdien Sc, utløses et trinn 27 i hvilket den annen trinnmotor blir kjørt med høy hastighet for å redusere ordinatverdien Y.

Hvis det under trinnet 23 viser seg at abscisse-verdien XGA er mindre enn terskelverdien S cfor å svitsje til teleobjektivet, startes det neste trinn 28 som er å sjekke hvorvidt total lysintensitet fra teleobjektivet er større enn en annen mørke-terskel, for å sjekke hvorvidt det lysende objekt er plassert inne i synsfeltet for teleobjektivet. Hvis denne sjekk er positiv, er det neste trinn 29 å lese abscissen XTE som er gitt cellen 4 på teleobjektivet, og så i trinn 30 å sammenligne denne med en terskelverdi X1 som er en terskel for å svitsje til en lav hastighet som svarer til minimum avstand av den optiske akse fra det lysende objekt, slik at et hurtig skan kan stoppes uten over-sving av den sentrale posisjon på grunn av tregheten i trinn-motorene. Hvis den målte abscissen XTE er større enn terskelverdien Slfblir det neste trinn 24, hvor X-motoren blir kjørt med høy hastighet. Hvis den er mindre enn terskelverdien S^, blir det neste trinn 31 å utføre en annen sammenligning av abscissen XTE med en terskelverdi S2som svarer til stopping av X-motoren, da denne terskelverdi er meget nær en null-verdi.

Hvis abscissen XTE er større enn terskelverdien S2, blir X-motoren aktivert med lav hastighet i trinnet 32. Hvis den er mindre, blir X-motoren stoppet i trinnet 33. Trinn-bevegelsen av X-motoren blir også beordret hvis den totale lysintensitet som mottas fra teleobjektivet er mindre enn terskelverdien 1^under trinn 28.

Trinnene 32 og 33 utløser også samtidig trinnet 25 som er nevnt ovenfor. Hvis det under trinn 26 viser seg at den målte ordinatverdien YGA er mindre enn terskelverdien S , dvs. ters-

c

kelverdienfor svitsjing til teleobjektivet, utføres trinnene 34 til 39 som for ordinat I er lik trinnene 28 til 32 som utføres for abscissen X. Etter trinnene med hurtig skanning av Y-motoren og langsom skanning eller stopp, utføres en test 41 for å sjekke hvorvidt begge motorene er stoppet. Hvis begge motorene er stoppet, utløses et trinn 42 i hvilket avstanden R som er gitt av avstandsmåleren, blir avlest, og verdien av de to rotasjonsvink-lene og for de to motorene, samt avstanden R blir vist på en skjerm for å indikere posisjonen av det lysende objekt. Etter denne avlesning, eller hvis ikke begge motorene er stoppet, blir operasjonene gjentatt fra begynnelsen ved step 21.

Man må forstå at de forskjellige hurtige og langsomme skan i de to X- og Y-koordinat-akser overlapper, slik at et finjuste-ringstrinn for en av koordinatene bare kan beordres etter en grovjustering av det andre koordinat. På grunn av denne overlap-ping blir tiden som er nødvendig for å lokalisere det lysende objekt redusert, og mikro<p>rosessorens kapasitet blir bedre utnyttet. Ifølge en variant-utførelse av oppfinnelsen, med det for øye å eliminere effekten av parasitt-lys, blir måling av koordinatene for objektet som skal stedfestes, utført ved differensiering. Hvis en celle således mottar bildene av to lysende punkter, nemlig det lysende punkt som skal stedfestes, og en annen lyskilde som er støy, er verdiene som gis av cellen lik:

dvs. koordinatene av barysenteret for objektet S og støyen B (indeksen S svarer til det lysende objektet som skal stedfestes, og indeksene B svarer til støy, og indeksene S+B er resultatet av kombinasjonen).

Ifølge denne utførelse av oppfinnelsen omfatter det objekt som skal lokaliseres, en avbrutt lyskilde, og målingene blir utført alternativt med og uten denne kilde belyst, slik at man ved differensiering oppnår koordinatene for objektet som skal lokaliseres.

Det er gunstig at den lysende kilde blir pulset, og at data blir samlet med kilden opplyst for å måle Xg^g/YgiB°9"'"S+B'°^så med kilden slukket for å måle X , Y0og ID. De følgende

na a

utregninger blir så utført for å finne koordinatene Xg og Yg for obj ektet:

Oppfinnelsen er anvendelig for å lokalisere og lete etter lysende kilder av forskjellige typer, og kan anvendes i mange forskjellige domener. Et spesielt eksempel er å lete etter defekte deler i flisleggingen i en hvelving, f.eks. hvelvingen i en underjordisk jernbane. Denne anvendelsen er illustrert på

Fig. 6.

Fig. 6 viser en hvelving 51 som er dekket med porselens-fliser, og man ønsker å lokalisere fliser som er dårlig festet og som skal skiftes ut. Lokaliserings-anordningen 54 ifølge oppfinnelsen er installert i en fast posisjon, som vil tjene som origo-punkt for målingene. Den omfatter en minne-anordning, såsom en båndspiller 55.

En operatør 52 manipulerer en stang 53 som ved sin ende omfatter en anordning for å peile hver flis, og en lysende kilde som er synlig for lokaliseringsanordningen.

Når operatøren tester en flis blir lokaliseringsoperasjonen for den flisen gjort samtidig, og koordinatene blir registrert i hukommelsen samtidig som resultatet av testen. Man vil forstå at det i dette tilfelle er viktig at lokaliseringsoperasjonen utføres raskt, slik at hvelvingen kan undersøkes på kort tid.

Claims (11)

1. Apparat for måling av posisjonen av et lysende objekt, karakterisert ved at det omfatter et optisk system omfattende en første og en annen objektivanordning for å danne et første og et annet bilde av objektet og som har en i hovedsak felles optisk akse, at den første objektivanordning har et relativt videre synsfelt enn den andre objektivanordning, og første og andre posisjons-sensoranordninger som er følsomme for posisjoner av henholdsvis første og andre bilde i forhold til den optiske akse for å generere et første og et annet posisjonssignal, minst to motoranordninger for å dreie det optiske system rundt de respektive ortogonale akser i rett vinkel med den optiske akse, og en styringsanordning som er følsom for det første posisjonssignal for å aktivere motoranordningen med forholdsvis høy hastighet for å rette inn den optiske akse mot objektet, og senere følsom for det annet posisjonssignal for å aktivere motoranordningen med forholdsvis lav hastighet, og en registreringsanordning for å registrere posisjonssignalene, slik at man registrerer objektets posisjon.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at styringsanordningen reagerer på at det første posisjonssignal overskrider en terskelverdi for å aktivere motoranordningen som følge av et første posisjonssignal, og at den reagerer på at det første posisjonssignal har en verdi som er mindre enn terskelverdien for å reagere på det annet posisjonssignal.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at styringsanordningen reagerer på den totale lysintensitet av det annet bilde for å aktivere motoranordningen som følge av det nevnte annet posisjonssignal.

4. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at styringsanordningen reagerer på at verdien av det annet signal overskrider en terskelverdi for å aktivere motoranordningen med forholdsvis høy hastighet, og reagerer på at verdien av det nevnte annet signal er mindre enn den nevnte terskelverdi for å aktivere motoranordningen med forholdsvis lav hastighet.

5. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at styringsanordningen reagerer på det første signal for å aktivere de to motoranordninger i overlappende trinn, hvor motoranord ningene for hver retning blir aktivert med lav hastighet etter aktiveringen for motoranordningen for den annen retning.

6. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det optiske system omfatter en avstandsmåler-anordning som reagerer på avstanden av det nevnte objekt for å generere et avstandssignal, og en registeranordning som er følsom for dette avstandssignalet.

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at avstandsmåler-anordningen omfatter en infrarød laser.

8. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det optiske system er montert på en plattform for å rotere rundt en aksel i rett vinkel med plattformen, og rundt en ortogonal akse under påvirkning av de nevnte motoranordninger.

9. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at motoranordningene omfatter trinn-motorer, at styringsanordningen reagerer ved å telle styresignaler for motoranordningene slik at den er følsom for posisjonen av den optiske akse.

10. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter en lyskilde-anordning for å generere et lysende signal ved objektet, at det lysende signalet er avbrutt, og at styringsanordningen er differensielt følsom for posisjonssignalene når det lysende signalet er opplyst eller slukket, slik at man eliminerer effekten av parasitt-lyskilder.

11. Fremgangsmåte for å teste en vegg, karakterisert ved at den omfatter bruken av et apparat ifølge krav 10, hvor lyssignalet blir generert som et ønsket punkt på veggen, og hvor registreringsanordningen registrerer posisjonen av lyskilden.