RU2464590C1 - Laser location method - Google Patents

Laser location method Download PDF

Info

Publication number
RU2464590C1
RU2464590C1 RU2011124122/28A RU2011124122A RU2464590C1 RU 2464590 C1 RU2464590 C1 RU 2464590C1 RU 2011124122/28 A RU2011124122/28 A RU 2011124122/28A RU 2011124122 A RU2011124122 A RU 2011124122A RU 2464590 C1 RU2464590 C1 RU 2464590C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
object
laser radiation
pair
material
Prior art date
Application number
RU2011124122/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Александрович Мастеренко (RU)
Дмитрий Александрович Мастеренко
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2011124122/28A priority Critical patent/RU2464590C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2464590C1 publication Critical patent/RU2464590C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: laser location method involves irradiating the determined tangible object with laser radiation whose frequency varies according to a saw-tooth law. The laser radiation is split into three pairs of components and each component is converted from direct to scattered by passing through a diaphragm. All diaphragm pairs are arranged such that they are in one plane and such that optical paths of the laser radiation from the laser to each diaphragm pair are identical. The determined object, on which there is a laser radiation receiver, is successively irradiated with scattered laser radiation from each diaphragm pair. The receiver picks up the resultant signal of laser radiation from each diaphragm pair and converts it to an electrical signal. The electrical signal arising from laser radiation scattered successively from each diaphragm pair in one plane is processed and analysed. Versions of all possible locations of the tangible object in space, which are hyperboloid surface, are determined from the results of analysing and processing signals from each diaphragm pair. The actual position of the tangible object in space is determined from the point of intersection of three hyperbolic surfaces.
EFFECT: high accuracy of determining location of an object.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно к измерительной технике, основанной на лазерном излучении, и может быть использовано в робототехнике и на предприятиях, занимающихся разработкой, изготовлением и применением систем лазерной локации для определения местонахождения материального объекта в пространстве. The invention relates to instrument engineering, preferably to a measuring technique based on laser radiation, and can be used in robotics and enterprises engaged in development, manufacture and use of laser radar systems for determining the location of a material object in space.

Из уровня техники известен способ лазерной локации, при котором облучают определяемый материальный объект лазерным излучением, принимают лазерное излучение приемником, преобразуют лазерное излучение в электрический сигнал, производят обработку и анализ электрического сигнала и по результатам анализа этого сигнала определяют координаты каждой точки поверхности контролируемого материального объекта (заявка на изобретение №2001117241, G01B 11/24, 2003 г.). The prior art discloses a method for laser location at which the irradiated defined material object by laser radiation, receiving the laser light receiver, convert the laser light into an electric signal, produce processing and analyzing the electrical signal and the signal analysis results define the coordinates of each point of the surface of Controlled material object ( application for the invention №2001117241, G01B 11/24, 2003).

В данном способе лазер устанавливается на поворотной платформе, а лазерное излучение направляется на материальный объект под разными углами, при этом для определения координат каждой точки поверхности контролируемого материального объекта необходимо измерять углы поворотной платформы, на которой устанавливают лазер. In this method, the laser is set on a turntable, and the laser radiation is directed on the material object at different angles, thus to determine the coordinates of each point of the surface of the controlled object material to be measured angles of the turntable on which the laser is set. Погрешность измерения этих углов сильно влияет на точность определения координат каждой точки поверхности контролируемого материального объекта. Accuracy of measurement of the angle greatly affects the accuracy of determining the coordinates of each point of the surface material of the object controlled. Недостаток данного способа заключается в невысокой точности определения местоположения материального объекта, обусловленной сложностью точного определения углов установки платформы с лазером. The disadvantage of this method is the low accuracy of position determination of the material of the object due to the complexity of accurate determination of alignment with the laser platform.

Наиболее близким решением по технической сути к заявленному способу является способ лазерной локации, включающий облучение определяемого материального объекта лазерным излучением, принятие лазерного излучения приемником, преобразование лазерного излучения в электрический сигнал, обработку и анализ электрического сигнала, по результатам которого определяют местоположение материального объекта (Патент Российской Федерации №2296350, G01S 17/02, 2007 г.). The closest solution of technical essence to the claimed method is a method for laser ranging comprising irradiation of defined material object by laser radiation, the adoption of the laser receiver, the conversion of laser radiation into an electrical signal processing and analyzing the electrical signal, the results of which determine the location of material of the object (Patent of the Russian Federation №2296350, G01S 17/02, 2007). В указанном способе материальный объект облучают немодулированным лазерным излучением, излучение отражается материальным объектом и водной поверхностью, над которой расположен материальный объект, принимается приемником, расположенным вблизи источника лазерного излучения, преобразуется в электрический сигнал, по результатам обработки которого судят о координатах материального объекта относительно водной поверхности. In this method, the material object is irradiated with unmodulated laser light radiation reflected by material object and the water surface, above which is a material object, received by a receiver located near the laser light source is converted into an electric signal, after which the processing results are judged on the coordinates of the material of the object relative to the water surface . Недостатком известного способа является невысокая точность определения местоположения материального объекта на плоскости, обусловленная тем, что принимают излучения не только от материального объекта, но и от бликов морской поверхности и статистически усредняют полученные результаты. The disadvantage of this method is the low accuracy of the positioning of the material object on the plane, due to the fact that the received radiation not only from the material of the object, but also on the sea surface reflections and statistically averaged the results. Кроме того, недостатком данного способа является невозможность применения его в робототехнике. A further disadvantage of this method is the impossibility of its use in robotics.

В предложенном изобретении ставится техническая задача создания такого способа лазерной локации, который бы обеспечивал высокую точность определения местоположения материального объекта в пространстве, что особенно важно для робототехники. The proposed invention is put the technical problem of providing such a method of laser location, which would provide high precision positioning of a material object in space, which is especially important for robotics.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе лазерной локации, включающем облучение определяемого материального объекта лазерным излучением, принятие лазерного излучения приемником, преобразование лазерного излучения в электрический сигнал, обработку и анализ электрического сигнала, по результатам которого определяют местоположение материального объекта, согласно изобретению при облучении материального объекта лазерным излучением изменяют частоту лазерного излучения по пилообразному закону, разделяют лазе The stated technical result is achieved by a method for laser ranging comprising irradiation of defined material object by laser radiation, the adoption of the laser receiver, the conversion of laser radiation into an electrical signal processing and analyzing the electrical signal, the results of which determine the location of a material object, according to the invention by irradiation material object laser radiation alter the frequency of the laser radiation sawtooth share lasers ное излучение на три пары составляющих с помощью полупрозрачных зеркал или призм или оптоволокна, преобразуют каждую составляющую лазерного излучения из прямого в рассеянное путем пропускания через диафрагму, при этом диафрагмы располагают парами в разных плоскостях таким образом, что оптические пути прохождения лазерного излучения от лазера до каждой из пары диафрагм были одинаковы, затем облучают материальный определяемый объект рассеянным лазерным излучением от каждой пары диафрагм поочередно, располагают приемник лазерного изл radiation of three pairs of components using semitransparent mirrors or prisms or optical fibers, is converted each component of the laser radiation from the forward to the scattered by passing through the diaphragm, wherein the diaphragm has a vapor in different planes so that the optical path of the laser light from the laser to each a pair of diaphragms were the same, then the object is irradiated with diffused material defined by each pair of diaphragms laser light alternately, a laser receiver rad учения на определяемом материальном объекте, принимают приемником суммарный сигнал рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм и преобразуют его в электрический сигнал, производят обработку и анализ электрического сигнала, возникающего при воздействии рассеянного лазерного излучения поочередно от каждой пары диафрагм, расположенных в разных плоскостях, после чего по результатам анализа и обработки сигналов от каждой пары диафрагм определяют варианты всех возможных расположений материального объекта в пространстве, пре exercises on defined material object is received by receiver sum signal of scattered laser radiation from each pair of diaphragms and convert it into an electrical signal, produce processing and analyzing the electrical signal produced when exposed to the scattered laser radiation alternately from each pair of diaphragms arranged in different planes, then according to the analysis and processing signals from each pair of diaphragms define versions of all possible arrangements of the material object in space, pre дставляющие собой поверхность гиперболоида, по точке пересечения трех гиперболических поверхностей и с последующим определением настоящего местоположения объекта в пространстве. dstavlyayuschie a hyperboloid surface at the point of intersection of three hyperbolic surfaces and subsequent determination of the location of the object in space.

Предлагаемый способ лазерной локации поясняется с помощью прилагаемого чертежа, где на фиг.1 схематично изображено расположение лазера, диафрагм и определяемого объекта. The proposed method for laser ranging is illustrated by the accompanying drawing, wherein Figure 1 schematically shows the arrangement of a laser, orifices and determined by the object.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. The essence of the invention is as follows.

В лазере 1 (фиг.1) излучение модулируется по пилообразному закону. The laser 1 (1) radiation modulated sawtooth. Базовая частота излучения может быть выбрана в инфракрасном диапазоне, например, 200 ТГц, что соответствует длине волны примерно 1,5 мкм. The base frequency of the radiation may be chosen in the infrared range, e.g., 200 THz, which corresponds to a wavelength of about 1.5 microns. При этом мы линейно наращиваем частоту на 100 ГГц за 1 мс. At the same time we are increasing linearly frequency to 100 GHz for 1 ms.

Лазерное излучение разделяют на три пары составляющих, например, с помощью полупрозрачных зеркал или призм или оптоволокна и направляют на диафрагмы 2, при этом оптические пути прохождения лазерного излучения от лазера до каждой из пары диафрагм выполняются одинаковыми. The laser light is divided into three pairs of components, e.g., by means of semitransparent mirrors or prisms or fiber optics and directed to the diaphragm 2, the optical path of the laser light from the laser to each of the pair of diaphragms identical performed.

Преобразуют каждую составляющую лазерного излучения из прямого в рассеянное путем пропускания через диафрагмы 2. При этом располагают все три пары диафрагм так, чтобы они не лежали в одной плоскости, например в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, как на фиг.1. Converts each component of the laser radiation in direct diffused by passing through the diaphragm 2. In this case a three pair of diaphragms so that they do not lie in one plane, for example in three mutually perpendicular planes, as in Figure 1. Три пары диафрагм могут быть образованы как шестью диафрагмами, так и меньшим количеством, например пятью или четырьмя, если одна или более из диафрагм будет являться общей для разных пар. Three pairs of diaphragms may be formed as a six diaphragms or fewer, four or five for example, if one or more of the diaphragms will be common for different pairs.

Приемник рассеянно лазерного излучения располагают на определяемом материальном объекте 3. Производят облучение определяемого материального объекта рассеянным лазерным излучением от каждой пары диафрагм поочередно, поскольку излучение от одной пары диафрагм при данном способе локации не дает однозначного решения. Receiver scattered laser radiation on a defined material object 3. Produce exposure determined by the material of the object scattered laser light from each pair of diaphragms alternately, since the radiation from a single pair of diaphragms in this method of location is not giving a clear solution. При этом частота переключения рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм выбирается из условий обеспечения необходимой точности определения местоположения материального объекта. The frequency shift of the scattered laser radiation from each pair of apertures is chosen to provide the necessary conditions for precision positioning of a material object. Например, при указанных выше параметрах модуляции лазерного излучения частота переключения между парами источников должна составлять порядка секунд. For example, under the above laser radiation modulation frequency shift parameters between pairs of sources shall be on the order of seconds.

С помощью установленного на материальном объекте приемника поочередно принимают суммарные сигналы рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм, которые преобразуют в электрические сигналы, например, с помощью фотоэлектрического преобразователя. Using the material is installed on site receiver signals alternately taking the total scattered laser radiation from each pair of diaphragms which are converted into electrical signals, for example, with a photoelectric converter. Производят обработку и анализ электрического сигнала, возникающего при воздействии рассеянного лазерного излучения поочередно от каждой пары диафрагм. Produce processing and analyzing the electrical signal produced when exposed to the scattered laser radiation alternately from each pair of diaphragms.

В результате анализа обработанного сигнала через определение разности частот от каждой диафрагмы в паре находится разность расстояний от определяемого материального объекта до диафрагм, координаты которых известны. The analysis of the processed signal by determining a frequency difference of each aperture in a pair is defined by the difference of distances from the object material to the diaphragms whose coordinates are known. По разности расстояний от определяемого материального объекта до диафрагм можно определить некую поверхность всех возможных расположений материального объекта в пространстве. According to the difference in distance from the defined material object to the diaphragm surface can determine the kind of all possible arrangements of the material object in space. Так как геометрическое место точек М Евклидового пространства, для которых абсолютное значение разности расстояний от М до двух выделенных точек F1 и F2 (называемых фокусами, в нашем случае это как раз и есть диафрагмы) постоянно - это гиперболоид вращения, то указанная поверхность имеет вид гиперболоида вращения, на поверхности которого и находится определяемый материальный объект, при облучении его рассеянным лазерным излучением от одной пары диафрагм. Since the locus of points M Euclidean space, for which the absolute value of the difference of the distances from M to two selected points F1 and F2 (called foci, in our case it is precisely the diaphragm) is constant - it is a hyperboloid of rotation, that said surface has the form of a hyperboloid rotation, the surface of which is defined by the material and the object by irradiating it with laser radiation scattered from one pair of diaphragms. Путем облучения определяемого материального объекта рассеянным лазерным излучением от второй пары диафрагм можно определить вторую поверхность, также имеющую вид гиперболоида вращения, на которой находится определяемый объект. Determined by irradiating the object material diffused from the second pair of diaphragms laser radiation can define a second surface, also having the form of a hyperboloid, which is defined by the object. Пересечение двух поверхностей задает нам некую кривую в пространстве. The intersection of the two surfaces defines us some curve in space. Облучение определяемого материального объекта рассеянным лазерным излучением от третьей пары диафрагм позволяет уже с помощью пересечения третьего гиперболоида вращения и найденной кривой найти координаты (Х 0 , Y 0 , Z 0 ) или действительное местоположение определяемого материального объекта в пространстве. Irradiation of the material object is determined by laser radiation scattered from the third pair of diaphragms allows already using the third intersection hyperboloid curve and found to find the coordinates (X 0, Y 0, Z 0) or actual location determined by the material object in space.

Заявленный способ лазерной локации может быть осуществлен в промышленности с применением освоенных современных технологий, материалов и процессов и может быть использован для определения местоположения материальных объектов в робототехнике, станкостроении и машиностроении. The claimed method the laser ranging can be carried out in the industry with the development of modern technologies, materials and processes can be used to determine the location of material objects in robotics, machine tools and machinery.

Предложенный способ лазерной локации не использует измерения углов, что приводит к увеличению погрешности определения местоположения определяемого материального объекта с увеличением расстояния от лазерного источника, позволяет повысить точность определения местоположения материального объекта на плоскости, которая не зависит в данном способе от расстояния между материальным объектом и источником лазерного излучения. The proposed method of laser ranging uses angle measurements, which leads to increased errors in determining the location determined by the material of the object with the distance from the laser source allows to improve the accuracy of the positioning of a material object in the plane, which is independent in the method of the distance between the physical object and the source of laser radiation.

Claims (1)

  1. Способ лазерной локации, включающий облучение определяемого материального объекта лазерным излучением, принятие лазерного излучения приемником, преобразование лазерного излучения в электрический сигнал, обработку и анализ электрического сигнала, по результатам которого определяют местоположение материального объекта, отличающийся тем, что при облучении материального объекта лазерным излучением изменяют частоту лазерного излучения по пилообразному закону, разделяют лазерное излучение на три пары составляющих с помощью полупрозр Method laser ranging comprising irradiation of defined material object by laser radiation, the adoption of the laser receiver, the conversion of laser radiation into an electrical signal processing and analyzing the electrical signal, the results of which determine the location of material of the object, characterized in that irradiation of the material of the object laser beam change the frequency laser sawtooth, laser light is divided into three components using a pair poluprozr чных зеркал, или призм, или оптоволокна, преобразуют каждую составляющую лазерного излучения из прямого в рассеянное путем пропускания через диафрагму, при этом диафрагмы располагают парами в разных плоскостях таким образом, что оптические пути прохождения лазерного излучения от лазера до каждой из пары диафрагм были одинаковы, затем облучают материальный определяемый объект рассеянным лазерным излучением от каждой пары диафрагм поочередно, располагают приемник лазерного излучения на определяемом материальном объекте, принимают пр cing mirrors, or prisms, or optical fibers, is converted each component of the laser radiation from the forward to the scattered by passing through the diaphragm, wherein the diaphragm has a vapor in different planes so that the optical path of the laser light from the laser to each of the pair of diaphragms were the same, then irradiated material scattered from the object defined by each pair of diaphragms laser light alternately, a laser receiver on the determined material object, etc. take емником суммарный сигнал рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм и преобразуют его в электрический сигнал, производят обработку и анализ электрического сигнала, возникающего при воздействии рассеянного лазерного излучения поочередно от каждой пары диафрагм, расположенных в разных плоскостях, после чего по результатам анализа и обработки сигналов от каждой пары диафрагм определяют варианты всех возможных расположений материального объекта в пространстве, представляющие собой поверхность гиперболоида, по точке пере emnikom sum signal of scattered laser radiation from each pair of diaphragms and convert it into an electrical signal, produce processing and analyzing the electrical signal produced when exposed to the scattered laser radiation alternately from each pair of diaphragms arranged in different planes, then the results of the analysis and processing of signals from each pair of diaphragms define versions of all possible arrangements of the material in the object space representing a hyperboloid surface at the point of intersection ечения трех гиперболических поверхностей и с последующим определением настоящего местоположения объекта в пространстве. echeniya three hyperbolic surfaces and subsequent determination of the location of the object in space.
RU2011124122/28A 2011-06-15 2011-06-15 Laser location method RU2464590C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011124122/28A RU2464590C1 (en) 2011-06-15 2011-06-15 Laser location method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011124122/28A RU2464590C1 (en) 2011-06-15 2011-06-15 Laser location method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2464590C1 true RU2464590C1 (en) 2012-10-20

Family

ID=47145519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011124122/28A RU2464590C1 (en) 2011-06-15 2011-06-15 Laser location method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2464590C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554108C1 (en) * 2014-02-19 2015-06-27 Акционерное общество "Швабе-Технологическая лаборатория" Method for optical location and apparatus therefor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1256816A2 (en) * 1995-11-14 2002-11-13 Arete Associates, Inc. Imaging lidar system with strip-shaped photocathode and confocal reflection
RU2274953C1 (en) * 2005-03-04 2006-04-20 Валерий Григорьевич Грачев Real-time space-time system
RU2296350C1 (en) * 2005-10-03 2007-03-27 Олег Федорович Меньших Location mode
US7584893B2 (en) * 1998-03-24 2009-09-08 Metrologic Instruments, Inc. Tunnel-type digital imaging system for use within retail shopping environments such as supermarkets

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1256816A2 (en) * 1995-11-14 2002-11-13 Arete Associates, Inc. Imaging lidar system with strip-shaped photocathode and confocal reflection
US7584893B2 (en) * 1998-03-24 2009-09-08 Metrologic Instruments, Inc. Tunnel-type digital imaging system for use within retail shopping environments such as supermarkets
RU2274953C1 (en) * 2005-03-04 2006-04-20 Валерий Григорьевич Грачев Real-time space-time system
RU2296350C1 (en) * 2005-10-03 2007-03-27 Олег Федорович Меньших Location mode

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554108C1 (en) * 2014-02-19 2015-06-27 Акционерное общество "Швабе-Технологическая лаборатория" Method for optical location and apparatus therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100353204C (en) Method and apparatus for determining the focal position during imaging of a sample
US5737085A (en) Precision optical displacement measurement system
Massa et al. Laser depth measurement based on time-correlated single-photon counting
EP0150945A3 (en) Method and apparatus for measuring properties of thin materials
EP1308732A1 (en) Optical device and method for measuring velocity
EP0249235A2 (en) Film thickness-measuring apparatus using linearly polarized light
JP4830096B2 (en) Distance measuring apparatus and a distance measuring method
US6570646B2 (en) Optical distance measurement device and method thereof
CN102203635B (en) Device and method for determining an object position
JP3700848B2 (en) Micro light source position measuring device
CN1215308C (en) Raster interference type displacement measurer
JPH09119815A (en) Method and apparatus for measuring film thickness
US20110176146A1 (en) Device and method for measuring a surface
CN102168955B (en) Method for detecting curvature radius of optical spherical surface
US20060290917A1 (en) Chirped synthetic wave laser radar apparatus and methods
CN101251484B (en) Miniature fourier transform spectrometer based on modulation
CN102460672A (en) System for directly measuring depth of high aspect ratio etched feature on wafer
FR2540988A1 (en) Device for determining a surface structure
US3552857A (en) Optical device for the determination of the spacing of an object and its angular deviation relative to an initial position
Wujanz et al. An intensity-based stochastic model for terrestrial laser scanners
CN102483320B (en) Film thickness measurement device and film thickness measurement method
JP5931225B2 (en) The method for calculating the distance changes by using an interferometer
Sriram et al. Direct determination of focal length by using Talbot interferometry
CN1601244A (en) Focus detecting unit, and refractive index measuring apparatus and non-contact thermometer using the same
EP0491749A1 (en) Device for absolute two-dimensional position measurement.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130616

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20141110

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160616

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180323