RU2309381C1 - Device for determining coordinates of object - Google Patents
Device for determining coordinates of object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2309381C1 RU2309381C1 RU2006104076/28A RU2006104076A RU2309381C1 RU 2309381 C1 RU2309381 C1 RU 2309381C1 RU 2006104076/28 A RU2006104076/28 A RU 2006104076/28A RU 2006104076 A RU2006104076 A RU 2006104076A RU 2309381 C1 RU2309381 C1 RU 2309381C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- counter
- divider
- matrix
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений малых линейных, угловых перемещений, скоростей и ускорений.The invention relates to measuring technique and can be used for measuring small linear, angular displacements, speeds and accelerations.
Наиболее близким к изобретению является устройство для определения координат положения объекта, содержащее зеркало, связываемое с объектом, автоколлимационную оптическую систему, крестообразный источник излучения, связываемый с объектом, установленную по ходу светового луча прямоугольную матрицу фотоприемников и схему регистрации, подключенную к прямоугольной матрице, при этом схема регистрации выполнена в виде последовательно соединенных коммутатора, коррелятора, амплитудного компаратора и первого счетчика, блока управления, первый вход которого соединен с управляющим входом коммутатора, а второй - с управляющим входом первого счетчика, выход которого является выходами угловых координат положений объекта в двух плоскостях, источник излучения и матрица фотоприемников развернуты так, что ось симметрии матрицы фотоприемников и сторона источника излучения образуют острый угол, причем тангенс угла, образованного осью симметрии матрицы и стороной источника излучения, выбран кратным отношению расстояния между строками или столбцами матрицы к длине строки или столбца (Авторское свидетельство СССР №1483254, кл. G01B 21/00, 30.05.1989 г.).Closest to the invention is a device for determining the position coordinates of an object, comprising a mirror coupled to the object, an autocollimation optical system, a cross-shaped radiation source connected to the object, a rectangular array of photodetectors and a registration circuit connected to the rectangular array installed along the light beam, while the registration scheme is made in the form of series-connected commutator, correlator, amplitude comparator and first counter, control unit, trans the output of which is connected to the control input of the switch, and the second to the control input of the first counter, the output of which is the outputs of the angular coordinates of the positions of the object in two planes, the radiation source and the photodetector array are rotated so that the axis of symmetry of the photodetector matrix and the side of the radiation source form an acute angle moreover, the tangent of the angle formed by the axis of symmetry of the matrix and the side of the radiation source is a multiple of the ratio of the distance between rows or columns of the matrix to the length of the row or column TSA (USSR Author's Certificate No. 1483254, cl. G01B 21/00, 05/30/1989).
Недостатком данного устройства является невозможность определения угловых скоростей и ускорений перемещений объекта.The disadvantage of this device is the inability to determine the angular velocities and accelerations of the object.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения угловых координат, значения скорости и ускорения перемещения объекта.The purpose of the invention is the expansion of functionality by measuring angular coordinates, speed values and accelerating the movement of an object.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для определения координат положения объекта, содержащее зеркало, связываемое с объектом, автоколлимационную оптическую систему, крестообразный источник излучения, связываемый с объектом, установленную по ходу светового луча прямоугольную матрицу фотоприемников и схему регистрации, подключенную к прямоугольной матрице, где схема регистрации выполнена в виде последовательно соединенных коммутатора, коррелятора, амплитудного компаратора и первого счетчика, блока управления, первый вход которого соединен с управляющим входом коммутатора, а второй с управляющим входом первого счетчика, выход которого является выходами угловых координат положений объекта в двух плоскостях, при этом источник излучения и матрица фотоприемников развернуты так, что ось симметрии матрицы фотоприемников и сторона источника излучения образуют острый угол, причем тангенс угла, образованного осью симметрии матрицы и стороной источника излучения, выбран кратным отношению расстояния между строками или столбцами матрицы к длине строки или столбца, дополнительно введены сдвиговый регистр, элемент И-НЕ, генератор импульсов, элемент И, второй счетчик, первый и второй делители, причем выход компаратора соединен с входом сдвигового регистра, первый и второй выходы которого соединены соответственно непосредственно с первым и через элемент И-НЕ со вторым входами элемента И, выход генератора импульсов соединен с третьим входом элемента И, выход которого через счетчик соединен одновременно с первыми входами первого и второго делителя, выход первого счетчика соединен со вторым входом первого делителя, выход которого соединен со вторым входом второго делителя, выходы первого счетчика, первого и второго делителей являются соответственно первым, вторым и третьим выходами устройства для определения координат положения объекта.The essence of the invention lies in the fact that in the device for determining the coordinates of the position of the object, containing a mirror coupled to the object, an autocollimation optical system, a cross-shaped radiation source connected to the object, a rectangular array of photodetectors installed along the light beam and a recording circuit connected to the rectangular matrix where the registration circuit is made in the form of series-connected commutator, correlator, amplitude comparator and first counter, control unit, trans the output of which is connected to the control input of the switch, and the second to the control input of the first counter, the output of which is the outputs of the angular coordinates of the positions of the object in two planes, while the radiation source and the photodetector array are rotated so that the axis of symmetry of the photodetector matrix and the side of the radiation source form a sharp angle, and the tangent of the angle formed by the axis of symmetry of the matrix and the side of the radiation source, is a multiple of the ratio of the distance between the rows or columns of the matrix to the length of the row and and the column, an additional shift register, an NAND element, a pulse generator, an And element, a second counter, first and second dividers are introduced, the output of the comparator connected to the input of the shift register, the first and second outputs of which are connected directly to the first and through the And element, respectively -NOT with the second inputs of the element And, the output of the pulse generator is connected to the third input of the element And, the output of which through the counter is connected simultaneously with the first inputs of the first and second divider, the output of the first counter is connected to the second Odom first divider, whose output is connected to a second input of the second divider, the outputs of the first counter, the first and second dividers are respectively first, second and third outputs of the device for determining position coordinates of the object.
Существенными отличительными признаками заявляемого устройства являются сдвиговый регистр, элемент И-НЕ, генератор импульсов, элемент И, второй счетчик, первый и второй делители и новые связи между элементами схемы устройства.Salient features of the claimed device are the shift register, the AND element, the pulse generator, the AND element, the second counter, the first and second dividers, and new connections between the elements of the device circuit.
На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - показан принцип действия автоколлимационной оптической системы; на фиг.3 - матрица фотоприемников и автоколлимационное изображение крестообразного источника излучения; на фиг.4 - матрица фотоприемников, на которой штриховкой показаны фотоприемники, на выходе которых присутствует сигнал; на фиг.5 - временные диаграммы сигналов в разных точках блок-схемы устройства.Figure 1 shows a block diagram of a device; figure 2 - shows the principle of operation of the autocollimation optical system; figure 3 - matrix of photodetectors and autocollimation image of a cross-shaped radiation source; figure 4 - matrix of photodetectors, on which the hatching shows the photodetectors, the output of which there is a signal; figure 5 - timing diagrams of signals at different points in the block diagram of the device.
Устройство содержит зеркало 1, связываемое с объектом, автоколлимационную оптическую систему 2, крестообразный источник 3 излучения и прямоугольную матрицу 4 фотоприемников, размещенные в фокальной плоскости автоколлимационной оптической системы 2, коммутатор 5, коррелятор 6, амплитудный компаратор 7, счетчик 8 и блок 9 управления, сдвиговый регистр 10, элемент И-НЕ 11, генератор 12 импульсов, элемент И 13, второй счетчик 14, первый 15 и второй 16 делитель, причем выход компаратора 5 соединен с входом сдвигового регистра 10, первый и второй выход которого соединен с первым и вторым входами элемента И 13 соответственно непосредственно и через элемент И-НЕ 11, выход генератора 12 импульсов соединен с третьим входом элемента И 13, выход которого через счетчик 14 соединен одновременно с первыми входами первого 15 и второго 16 делителей, выход первого 8 счетчика соединен со вторым входом первого 15 делителя, выход которого соединен со вторым входом второго 16 делителя, выходы первого 8 счетчика, первого 15 и второго 16 делителей являются соответственно первым, вторым и третьим выходами устройства для определения координат положения объекта.The device comprises a
Рассмотрим работу устройства на примере определения координат углового положения объекта. В этом случае оптическая связь матрицы и источника излучения осуществляется при помощи автоколлимационной оптической системы, принцип действия которой поясняется фиг.2.Consider the operation of the device on the example of determining the coordinates of the angular position of the object. In this case, the optical coupling of the matrix and the radiation source is carried out using an autocollimation optical system, the principle of which is illustrated in Fig.2.
На фиг.2 изображено зеркало 1, связываемое с объектом, угловое положение • которого подлежит измерению. Возможность поворота по углам α и β условно показана размещением зеркала 1 в осях подвеса. Зеркало 1 находится в поле зрения автоколлимационной оптической системы 2 (показана условно), в фокальной плоскости которой размещены крестообразный источник 3 излучения и матрица 4 фотоприемников.Figure 2 shows a
Световой поток источника 3 проходит через автоколлимационную оптическую систему 2 и попадает на зеркало 1. Отраженный от зеркала 1 световой поток вновь проходит через автоколлимационную оптическую систему 2 и попадает на матрицу 4 фотоприемников, на которой формируется автоколлимационное изображение крестообразного источника 3 излучения (условно показано крестом). При поворотах зеркала 1 на углы α и β изображение источника 3 будет перемещаться по матрице 4 соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях.The light flux of the
На фиг.3 показан укрупненный вид матрицы 4 фотоприемников и автоколлимационное изображение крестообразного источника излучения.Figure 3 shows an enlarged view of the
Рассмотрим одну из линий креста, например вертикальную. Взаимодействие этой линии с прямоугольной матрицей при их взаимном развороте на угол φ эквивалентно взаимодействию линии без разворота с v матрицей, выполненной в виде трансверсальной сетки, т.е. при перемещении линии сигналы в фотоприемниках будут появляться последовательно в каждом ряду и по номеру ряда, в котором изменяется номер столбца, при этом можно судить об угле поворота. Разрешающая способность будет определяться отношением размера «а» фотоприемника к количеству N рядов.Consider one of the lines of the cross, for example, vertical. The interaction of this line with a rectangular matrix when they are rotated through an angle φ is equivalent to the interaction of a line without a turn with v matrix made in the form of a transverse grid, i.e. when the line is moved, the signals in the photodetectors will appear sequentially in each row and by the number of the row in which the column number changes, and one can judge the rotation angle. The resolution will be determined by the ratio of the size "a" of the photodetector to the number of N rows.
При различных значениях угла φ получается различная разрешающая способность. Изменение разрешающей способности происходит дискретно при таких значениях угла φ, при которых линия креста параллельна диагонали одного или нескольких столбцов матрицы.For different values of the angle φ, a different resolution is obtained. The change in resolution occurs discretely at such values of the angle φ at which the line of the cross is parallel to the diagonal of one or more columns of the matrix.
Целесообразно выбирать тангенс угла разворота кратным отношению расстояния между строками или столбцами матрицы к длине строки или столбца, т.е.It is advisable to choose the tangent of the rotation angle as a multiple of the ratio of the distance between the rows or columns of the matrix to the length of the row or column, i.e.
где K=1, 2, 3 ... W(M);where K = 1, 2, 3 ... W (M);
a - расстояние между строками (столбцами);a is the distance between the rows (columns);
b - длина строки (столбца);b is the length of the row (column);
N{M) - количество строк (столбцов).N {M) - the number of rows (columns).
При К=1 достигается максимальная разрешающая способность, равная (в случае угловых измерений)When K = 1, the maximum resolution is achieved, equal to (in the case of angular measurements)
где f - фокусное расстояние объектива.where f is the focal length of the lens.
Аналогично можно определить угловое положение объекта по другой координате.Similarly, you can determine the angular position of the object in a different coordinate.
Коммутатор 5 осуществляет считывание сигналов с фотоприемников матрицы в два приема последовательно по строкам и по столбцам. Коррелятор 6 осуществляет сравнение последовательности сигналов строк или столбцов с эталонным сигналом S(t). Амплитудный компаратор 7 осуществляет сравнение сигнала с коррелятора 6 с пороговым уровнем U пор. Счетчик 8 импульсов подсчитывает импульсы блока 9 управления от момента начала считывания сигналов с фотоприемников по строкам или столбцам до момента его остановки сигналом с амплитудного компаратора 7 и тем самым регистрирует (в относительных единицах) величину углового перемещения.The
Работа схемы регистрации поясняется временными диаграммами, изображенными на фиг.5.The operation of the registration scheme is illustrated by the timing diagrams depicted in figure 5.
Для определения координаты α коммутатор 5 осуществляет считывание сигналов с фотоприемников матрицы 4 по столбцам, начиная с первого в направлении стрелки на фиг.4 (сверху вниз).To determine the coordinate α, the
В корреляторе 6 происходит поразрядное перемножение сигнала Sa с сигналом S(t) и суммирование результатов перемножения, при этом формируется сигнал Ska.In the correlator 6, the bitwise multiplication of the signal S a with the signal S (t) and the summation of the multiplication results, and the signal S ka is formed .
В момент времени ta сигнал Ska достигает максимума, при этом время от начала считывания до момента ta пропорционально координате α. Поскольку импульсы считывания с блока 9 управления идут через равные промежутки времени, то координата α пропорциональна количеству импульсов считывания, выработанных к моменту ta.At time t a, the signal S ka reaches a maximum, while the time from the start of reading to time t a is proportional to the coordinate α. Since the read pulses from the control unit 9 go at regular intervals, the coordinate α is proportional to the number of read pulses generated at time t a .
Момент ta определяется при помощи амплитудного компаратора 7, который вырабатывает сигнал в момент достижения сигналом Ska максимума. Поскольку счетчик импульсов запускается в момент начала считывания, а останавливается сигналом с компаратора 7, то показания Na счетчика 8 импульсов пропорциональны координате α.The moment t a is determined using the amplitude comparator 7, which generates a signal when the signal S ka reaches a maximum. Since the pulse counter starts at the moment of reading and stops with a signal from comparator 7, the readings N a of the pulse counter 8 are proportional to the coordinate α.
Сигнал с выхода коммутатора 5 также поступает на вход сдвигового регистра 10, с первого и второго выхода которого поступает на первый и второй вход элемента И 13, соответственно непосредственно и через элемент И-HE 11, на третий вход поступает сигнал с выхода генератора 12 импульсов, с выхода элемента И 13 сигнал поступает через второй счетчик 14 на первые входы первого 15 и второго 16 делителей, на второй вход первого 15 делителя поступает сигнал с выхода первого 8 счетчика, с выхода первого 15 делителя сигнал поступает на второй вход второго 16 делителя. Сигналы, поступающие с выхода первого 15 и второго 16 делителя, пропорциональны значению скорости и ускорения перемещения объекта.The signal from the output of the
Аналогично определяется координата β, при этом считывание происходит по строкам матрицы, начиная с первой в направлении стрелки, показанной на фиг.4 (слева направо).Similarly, the coordinate β is determined, while reading occurs along the rows of the matrix, starting from the first in the direction of the arrow shown in figure 4 (from left to right).
Источник информации.The source of information.
1. Авторское свидетельство СССР №1483254, кл. G01B 21/00, 30.05.1989 г. (прототип).1. USSR author's certificate No. 1483254, cl. G01B 21/00, 05/30/1989 (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006104076/28A RU2309381C1 (en) | 2006-02-10 | 2006-02-10 | Device for determining coordinates of object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006104076/28A RU2309381C1 (en) | 2006-02-10 | 2006-02-10 | Device for determining coordinates of object |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2309381C1 true RU2309381C1 (en) | 2007-10-27 |
Family
ID=38955830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006104076/28A RU2309381C1 (en) | 2006-02-10 | 2006-02-10 | Device for determining coordinates of object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2309381C1 (en) |
-
2006
- 2006-02-10 RU RU2006104076/28A patent/RU2309381C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0042179B1 (en) | Encoder | |
CN105627921A (en) | Absolute encoder subdivision acquisition system and measurement method thereof | |
CN104181547B (en) | A kind of three-dimensional laser imaging system based on array detection unit and formation method | |
EP2613121A1 (en) | Image sensor, attitude detector, contact probe, and multi-sensing probe | |
CN107402061B (en) | Resonant mode scanning mirror amplitude measurement system and method | |
CN108132058A (en) | Digital Photogrammetric System on-line displacement measurement calibrates for error device and method | |
US5473436A (en) | Surface shape measurement device with slit plate and single photoelectric converter | |
JPH0530214B2 (en) | ||
RU2309381C1 (en) | Device for determining coordinates of object | |
JPH0718693B2 (en) | Three-dimensional object shape detection device by optical cutting method | |
CN208688435U (en) | A kind of precise displacement sensor based on corner cube mirror group | |
JP3175393B2 (en) | Distance measuring method and device | |
CN109696129A (en) | A kind of precise displacement sensor and its measurement method | |
Araki et al. | High speed and continuous rangefinding system | |
JPS58196412A (en) | Distance measuring device | |
CN205808428U (en) | The optical calibrating system of the dynamic navigation performance of IMU | |
CN105953820B (en) | A kind of optical calibrating device of inertial measurement combination dynamic navigation performance | |
RU2248093C1 (en) | Optoelectronic converter of position-code type | |
CN209310741U (en) | A kind of precise displacement sensor | |
CN105783740A (en) | Alternative increment type micro-displacement measurement sensor and measurement method | |
SU1483254A1 (en) | Instrument for determining coordinates of member position | |
CN205619887U (en) | Micro displacement sensor is measured to increment formula in turn | |
JPH0143243B2 (en) | ||
RU2091708C1 (en) | Gear measuring linear and angular movements | |
RU2569072C2 (en) | Angle of rotation sensor |