RU2478185C1 - Apparatus for determining spatial orientation of objects - Google Patents

Apparatus for determining spatial orientation of objects Download PDF

Info

Publication number
RU2478185C1
RU2478185C1 RU2011135133/28A RU2011135133A RU2478185C1 RU 2478185 C1 RU2478185 C1 RU 2478185C1 RU 2011135133/28 A RU2011135133/28 A RU 2011135133/28A RU 2011135133 A RU2011135133 A RU 2011135133A RU 2478185 C1 RU2478185 C1 RU 2478185C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
reflector
plane
signal processing
distance
Prior art date
Application number
RU2011135133/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011135133A (en
Inventor
Леонид Владимирович Пинаев
Галина Васильевна Леонтьева
Владилена Константиновна Николаева
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова"
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 Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" filed Critical Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова"
Priority to RU2011135133/28A priority Critical patent/RU2478185C1/en
Publication of RU2011135133A publication Critical patent/RU2011135133A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2478185C1 publication Critical patent/RU2478185C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: apparatus has a reflector made in form of a unit of rectangular prisms, a lens, two rigidly connected marks with illuminators mounted in the object plane of the lens, spaced apart symmetrically about the axis of the lens, a fixing element which determines the controlled direction, and a receiver in form of a charge-coupled photoelectric device with a control unit and a signal processing unit. The lens used is a telescopic lens whose object plane is superimposed with its focal plane. Between the telescopic lens and the reflector there is a revolving shutter for providing alternate covering of half of the clear aperture of the telescopic lens during focusing. The signal processing unit includes an electronic system for automatically changing the scaling factor depending on the range and distance of measurement.
EFFECT: high measurement accuracy, enabling operation of the apparatus during change in distance, higher range of measured angles without errors, easy adjustment, smaller size.
5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимного разворота разнесенных в пространстве объектов, проверки скручивания поверхностей относительно друг друга, для параллельного переноса визирной линии, для передачи на расстояние базового направления и др. Такие задачи часто встречаются, например, при проверке расположения поверхностей, разделенных непрозрачной преградой, на кораблях, самолетах, в полевых условиях при передаче азимутального направления. Специфические особенности, в которых производится монтаж и сборка таких изделий, исключают применение существующих средств контроля либо из-за недостаточной точности, либо из-за ограничения дистанции контроля, либо из-за сложности настройки.The invention relates to measuring equipment and can be used to determine the mutual reversal of objects spaced apart in space, to check the twisting of surfaces relative to each other, to parallelly transfer the line of sight, to transmit the distance to the base direction, etc. Such tasks are often encountered, for example, when checking the location surfaces separated by an opaque barrier on ships, airplanes, in the field when transmitting an azimuthal direction. The specific features in which such products are mounted and assembled exclude the use of existing control means either due to insufficient accuracy, or due to the restriction of the control distance, or because of the complexity of the setting.

Например, известно устройство (авторское свидетельство №741045 от 28.12.1977) для контроля плоскостности поверхностей, разделенных непрозрачной преградой, состоящее из двух оптически связанных блоков с элементами, определяющими базовое и контролируемое направления, предназначенное для контроля фундаментной рамы непосредственно на плаву судна. Оно содержит систему из двух объективов с призменными отражателями, ребра прямого угла которых параллельны и связаны с указанными направлениями, две марки, расположенные вдоль ребра отражателя, узел совмещения изображений и микроскоп. Один из объективов размещен в неподвижном блоке, другой объектив и все оптические узлы устройства размещены в блоке, который разворачивается относительно оптической оси системы. Принцип работы устройства основан на свойстве прямоугольного отражателя поворачивать отраженное от него изображение предмета на двойной угол. Устройство обладает достаточно высокой точностью, но может работать только на одной точно выверенной дистанции. Если фокус объективов, например, равны 1000 мм, то дистанция будет 2000 мм и не может меняться в процессе эксплуатации, к тому же очень сложна настройка устройства и его аттестация.For example, a device is known (copyright certificate No. 741045 dated 12/28/1977) for controlling the flatness of surfaces separated by an opaque barrier, consisting of two optically coupled units with elements defining a basic and controlled direction, designed to control the foundation frame directly afloat. It contains a system of two lenses with prism reflectors, the edges of the right angle of which are parallel and connected with the indicated directions, two marks located along the edge of the reflector, an image registration unit and a microscope. One of the lenses is placed in a fixed block, the other lens and all the optical nodes of the device are placed in a block that rotates relative to the optical axis of the system. The principle of operation of the device is based on the property of a rectangular reflector to rotate the image of an object reflected from it by a double angle. The device has a fairly high accuracy, but can only work at one precisely calibrated distance. If the focus of the lenses, for example, is 1000 mm, then the distance will be 2000 mm and cannot change during operation, moreover, it is very difficult to configure the device and its certification.

Устройство, описанное в журнале « Оптико-Механическая Промышленность» 1987, №12, с.18-20 аналогичного принципа действия, также содержит два призменных отражателя, объектив и марки, разнесенные относительно оси объектива параллельно ребрам отражателей. Устройство позволяет изменять дистанцию, но величина дальности незначительна и ограничивается значением фокусного расстояния объектива и габаритами устройства.The device described in the journal "Optical-Mechanical Industry" 1987, No. 12, p. 18-20 of a similar principle of operation, also contains two prism reflectors, a lens and a mark spaced apart from the axis of the lens parallel to the edges of the reflectors. The device allows you to change the distance, but the range is negligible and is limited by the value of the focal length of the lens and the dimensions of the device.

Известно устройство определения пространственной ориентации объектов, описанное в патенте №218311 от 10.05.2001, которое содержит два призменных отражателя, объектив, блок марок с осветителями, узлом совмещения изображений, фотоэлектрическим приемником и элементом привязки, определяющим контролируемое направление. Как указано в описании изобретения, марки расположены в предметной плоскости объектива. Этот признак является. существенным недостатком, так как не обеспечивает работу устройства при изменении дистанции. При установке марок в предметной плоскости объектива требуется очень точное расположение приемника в плоскости изображения и отражателя относительно объектива. Все плоскости, в которых располагается предмет относительно объектива, являются предметными плоскостями, но при этом из объектива не всегда выходит параллельный пучок лучей. Для обеспечения задачи эксплуатации устройства без ограничения дистанции необходимо расположение марок в фокальной плоскости объектива, т.е. предметную плоскость следует совместить с фокальной плоскостью. Только в этом случае обеспечивается параллельность выходящего из объектива пучка лучей, возможность изменения дистанции и постоянство масштаба. В устройстве, описанном в патенте №218311, это не обеспечивается. Кроме этого, в оптической схеме устройства для получения требуемых габаритов при значительно большой величине фокусного расстояния (f=1800 мм) применен зеркально-линзовый объектив с асферическими поверхностями, который очень сложен в изготовлении, и потому устройство, выполненное по указанному патенту и описанное в «Оптическом журнале», 76, 9, 2009, с.56-58, не нашло практического применения.A device for determining the spatial orientation of objects is known, described in patent No. 218311 of 05/10/2001, which contains two prism reflectors, a lens, a stamp block with illuminators, an image combining unit, a photoelectric receiver, and an anchor element that determines the controlled direction. As indicated in the description of the invention, the marks are located in the objective plane of the lens. This symptom is. a significant drawback, as it does not ensure the operation of the device when changing the distance. When installing marks in the objective plane of the lens, a very accurate location of the receiver in the image plane and the reflector relative to the lens is required. All the planes in which the object is located relative to the lens are subject planes, but a parallel beam of rays does not always come out of the lens. To ensure the operation of the device without limiting the distance, it is necessary to arrange grades in the focal plane of the lens, i.e. the subject plane should be aligned with the focal plane. Only in this case, parallelism of the beam of rays emerging from the lens, the possibility of changing the distance and the constancy of the scale are ensured. In the device described in patent No. 218311, this is not provided. In addition, in the optical scheme of the device to obtain the required dimensions at a significantly large focal length (f = 1800 mm), a mirror-lens lens with aspherical surfaces is used, which is very difficult to manufacture, and therefore the device made according to the specified patent and described in " Optical Journal ”, 76, 9, 2009, pp. 56-58, did not find practical application.

Наиболее близким по совокупности признаков конструктивного исполнения, назначения и принципа действия к предлагаемому изобретению является устройство определения пространственной ориентации объектов, описанное в патенте №2408840 пр. от 29.10.2009. Устройство содержит отражатель в виде блока прямоугольных призм, объектив, установленные в предметной плоскости объектива две жестко связанные между собой марки с осветителями, образующие два оптических канала, оси которых симметричны относительно оси объектива, элемент привязки, определяющий контролируемое направление, и приемное устройство в виде фотоэлектрического прибора с зарядовой связью, с блоком управления и блоком обработки сигналов, которое имеет два фоточувствительных регистра, параллельных между собой и перпендикулярных линиям марок. Марки выполнены в виде линейчатых растров и дополнены элементами, сечение которых меняется при смещении изображения марок вдоль линии марок. Эти смещения, возникающие из-за разворота отражателя вдоль ребра и вносящие погрешности в измерения, измеряют при аттестации устройства и вносят соответствующие поправки. Поправки вносят также и вследствие увеличения диапазона измерений. Задача эта очень трудоемкая.Closest to the totality of features of the design, purpose and principle of operation of the proposed invention is a device for determining the spatial orientation of objects described in patent No. 2408840, etc. of 10.29.2009. The device contains a reflector in the form of a block of rectangular prisms, a lens mounted in the object plane of the lens, two brands that are rigidly interconnected with illuminators, forming two optical channels whose axes are symmetrical about the axis of the lens, an anchor element that determines the controlled direction, and a receiving device in the form of a photoelectric charge-coupled device with a control unit and a signal processing unit, which has two photosensitive registers parallel to each other and perpendicular lines marks. Stamps are made in the form of line rasters and are supplemented with elements whose cross section changes when the image of the stamps is shifted along the line of stamps. These displacements arising from the rotation of the reflector along the edge and introducing errors in the measurements are measured during the certification of the device and make appropriate corrections. Corrections are also made due to the increase in the measurement range. This task is very laborious.

Как и в предыдущем устройстве, расположение марок в предметной плоскости объектива, не совмещенной с фокальной плоскостью, не образует автоколлимационной системы, из объектива не выходит параллельный пучок лучей, а потому на разных дистанциях происходит расфокусировка изображения и изменение масштаба преобразования, а следовательно, такое устройство не может быть использовано для определения пространственной ориентации объектов на подвижных установках. Кроме того, если марки не установлены в фокальную плоскость объектива и на призменный отражатель падают непараллельные пучки лучей, тогда не выполняются основные положительные свойства прямоугольного призменного отражателя: отражение лучей в том же направлении и нечувствительность системы к наклонам отражателя в плоскости, перпендикулярной его ребру, что может привести к возникновению бликов и сложной картины в плоскости изображения и к снижению точности измерения.As in the previous device, the arrangement of marks in the objective plane of the lens, not aligned with the focal plane, does not form an autocollimation system, a parallel beam of rays does not come out of the lens, and therefore at different distances the image is defocused and the transformation scale changes, and therefore, such a device cannot be used to determine the spatial orientation of objects in moving installations. In addition, if the marks are not installed in the focal plane of the lens and non-parallel beams of rays are incident on the prism reflector, then the main positive properties of the rectangular prism reflector are not fulfilled: the rays are reflected in the same direction and the system is insensitive to the tilts of the reflector in a plane perpendicular to its edge, which may cause glare and a complex picture in the image plane and reduce the accuracy of the measurement.

В предлагаемом устройстве пространственной ориентации объектов устраняются недостатки вышеописанного устройства. Заявляемое устройство имеет существенные отличительные признаки.In the proposed device, the spatial orientation of the objects eliminates the disadvantages of the above device. The inventive device has significant distinguishing features.

Во-первых, марки устанавливаются в фокальной плоскости объектива. Технический эффект - повышение точности устройства, возможность работы на разных дистанциях, на подвижных установках без перефокусировки, без изменения масштаба. Из объектива на призменный отражатель падают и обратно отражаются пучки параллельных лучей. При этом обеспечивается нечувствительность системы к наклонам призменного отражателя и выполнение основного принципа действия устройства: при рассогласовании направлений линии марок и ребер отражателя благодаря автоколлимации производить измерения с повышенной чувствительностью и высокой точностью.First, marks are set in the focal plane of the lens. The technical effect is to increase the accuracy of the device, the ability to work at different distances, on moving units without refocusing, without changing the scale. Beams of parallel rays are incident and reflected back from the lens onto the prism reflector. At the same time, the system is insensitive to the slopes of the prism reflector and the main principle of the device is fulfilled: when the directions of the line of marks and edges of the reflector are mismatched, autocollimation allows measurements to be made with increased sensitivity and high accuracy.

Во-вторых, в качестве объектива применен телеобъектив, задачей которого явилось значительное сокращение габаритов устройства. При достаточно большом значении фокусного расстояния (f=1000 мм) фокальная плоскость, в которой расположены марки, удалена от объектива незначительно (S=80 мм). Технический эффект - уменьшение габаритов устройства без сокращения измеряемой трассы.Secondly, a telephoto lens was used as a lens, the task of which was to significantly reduce the dimensions of the device. With a sufficiently large focal length (f = 1000 mm), the focal plane in which the marks are located is slightly removed from the lens (S = 80 mm). The technical effect is to reduce the size of the device without reducing the measured path.

В-третьих, в предлагаемом устройстве устанавливается поворотная шторка, которая располагается между телеобъективом и призменным отражателем в плоскости положения зрачка и включается при выполнении фокусировки. Расчеты и практические испытания устройства показали, как важно совмещение предметной плоскости объектива с фокальной плоскостью. Несовмещение на 0,1 мм уже недопустимо изменяет на различных дистанциях фокусировку изображений и масштаб измеряемых значений. Достижение таких точных результатов является трудоемкой задачей при объективе с большим фокусным расстоянием, с внеосевым расположением марок и переменной дистанцией. Включение шторки, которая перекрывает поочередно то одну половину светового диаметра объектива, то другую, очень упрощает эту задачу. Оценивая результаты перекрытий по счетчику приемника и выравнивая их установкой соответствующей прокладки под объектив, обеспечивают фокусировку с требуемой высокой точностью. Технический эффект - упрощение настройки устройства, повышение точности измерений на всех дистанциях.Thirdly, in the proposed device, a rotary shutter is installed, which is located between the telephoto lens and the prism reflector in the plane of the position of the pupil and turns on when focusing. Calculations and practical tests of the device showed how important it is to combine the objective plane of the lens with the focal plane. A misalignment of 0.1 mm already unacceptably changes the focus of the images and the scale of the measured values at different distances. Achieving such accurate results is a time-consuming task with a lens with a large focal length, with an off-axis arrangement of the grades and a variable distance. The inclusion of a shutter, which alternately overlaps one half of the light diameter of the lens, then the other, greatly simplifies this task. Evaluating the results of overlap by the receiver counter and leveling them by installing the appropriate gasket under the lens, provide focusing with the required high accuracy. The technical effect is to simplify the configuration of the device, improving the accuracy of measurements at all distances.

В-четвертых, в предлагаемом устройстве блок обработки сигналов снабжен электронной системой автоматического введения значения масштабного коэффициента К в зависимости от диапазона измеряемых углов и дальности измерений, что позволяет значительно увеличить диапазон измеряемых углов без увеличения погрешности измерений. Измеряемый угол разворота призменного отражателя W определяется по величине взаимного смещения L изображений марок в фокальной плоскости телеобъектива вдоль регистров приемника, которое определяется по формуле L=b tg2W, где b - расстояние между регистрами. Формула определения угла W=K·L, где К - масштабный коэффициент. Значение К определяется формулой K=W/L и не может иметь постоянного значения при измерении различных по величине значений W. С увеличением диапазона измерений неизбежно растет погрешность измерения вследствие нелинейности зависимости функции tg2W от L. В описанном выше устройстве (прототипе) для устранения погрешности вводятся поправки при K=const с дискретностью одной угл. с на соответствующие диапазоны измерений. Работа введения поправок очень трудоемкая и ограничивает диапазон измеряемых углов. Кроме этого, введение поправок по дополнительным элементам марок, проводимое в прототипе, также возможно только при малых пределах измерений, т.к. при развороте отражателя на двойной угол разворачиваются вместе с изображением марок изображения дополнительных элементов. Возникает разность длительностей видеосигналов, счетчик покажет разгоризонтирование, по которому вводятся поправки, при нулевом разгоризонтировании, т.е. при увеличении диапазона измерения поправками вводится дополнительная погрешность. В заявляемом устройстве устранение погрешностей из-за нелинейности функции угла поворота W осуществляется изменением масштабного коэффициента К в функции измеряемой величины смещения изображения L введением этой функции в электронную систему блока обработки сигналов. Технический эффект - увеличение диапазона измерений без погрешностей, упрощение и ускорение процесса измерений.Fourthly, in the proposed device, the signal processing unit is equipped with an electronic system for automatically entering the value of the scale factor K depending on the range of measured angles and the measurement range, which can significantly increase the range of measured angles without increasing the measurement error. The measured rotation angle of the prism reflector W is determined by the magnitude of the mutual displacement L of the brand images in the focal plane of the telephoto lens along the receiver registers, which is determined by the formula L = b tg2W, where b is the distance between the registers. The formula for determining the angle W = K · L, where K is a scale factor. The value of K is determined by the formula K = W / L and cannot have a constant value when measuring different values of W. With an increase in the measurement range, the measurement error inevitably increases due to the nonlinearity of the dependence of the function tg2W on L. In the device (prototype) described above, to eliminate the error, corrections at K = const with a resolution of one angle. s to the appropriate measuring ranges. The work of introducing corrections is very laborious and limits the range of measured angles. In addition, the introduction of amendments to additional elements of the grades, carried out in the prototype, is also possible only with small measurement ranges, because when the reflector is rotated to a double angle, it is deployed with the image of the image grades of additional elements. There is a difference in the durations of the video signals, the counter will show the horizontal alignment, according to which corrections are introduced, at zero horizontal alignment, i.e. when the measuring range is increased, amendments introduce an additional error. In the claimed device, the elimination of errors due to the nonlinearity of the rotation angle function W is carried out by changing the scale factor K as a function of the measured magnitude of the image displacement L by introducing this function into the electronic system of the signal processing unit. EFFECT: increased measurement range without errors, simplification and acceleration of the measurement process.

На фиг.1 показана принципиальная схема заявляемого устройства. Устройство состоит из двух блоков. Блок I представляет собой отражательный элемент 1, составленный из нескольких двугранных отражателей, ребра прямых углов которых лежат в одной плоскости, и имеет зеркальный элемент А привязки центрального ребра к заданному направлению. Блок II - осветительно-приемный с элементом Б, определяющим контролируемое направление. Блок II содержит две одинаковые осветительные системы 2 и 3, марки 4 и 5, установленные в фокальной плоскости 6 телеобъектива 7, фоточувствительные регистры 8 и 9, расположенные в фокальной плоскости 10 телеобъектива 7, сопряженной с фокальной плоскостью 6, оптический блок 11 со светоделителем, обеспечивающий высокоточное сопряжение марок 4 и 5 с регистрами 8 и 9, фотоприемник 12, вычислительный блок 13, блок управления 14 с электронной системой 15 автоматического введения значения масштабного коэффициента К. Шторка 16, включаемая при фокусировке телеобъектива 7, расположена между телеобъективом 7 и отражателем 1.Figure 1 shows a schematic diagram of the inventive device. The device consists of two blocks. Block I is a reflective element 1, composed of several dihedral reflectors, the edges of the right angles of which lie in the same plane, and has a mirror element And the binding of the Central edge to a given direction. Block II - lighting and receiving with the element B, which determines the controlled direction. Block II contains two identical lighting systems 2 and 3, brands 4 and 5, installed in the focal plane 6 of the telephoto lens 7, photosensitive registers 8 and 9 located in the focal plane 10 of the telephoto lens 7, conjugated with the focal plane 6, an optical unit 11 with a beam splitter, providing high-precision pairing of grades 4 and 5 with registers 8 and 9, a photodetector 12, a computing unit 13, a control unit 14 with an electronic system 15 for automatically entering the value of the scale factor K. The shutter 16, which is turned on when focusing the TV Lens 7, is located between the telephoto lens 7 and the reflector 1.

На фиг.1а показана схема координатных осей в плоскости регистров 8 и 9 фотоприемника и положение марок 4 и 5, выполненных в виде набора прозрачных и непрозрачных штрихов. Марки симметрично разнесены относительно оси Х телеобъектива 7 на базовое расстояние b параллельно оси Y. Регистры расположены вдоль измерительной оси Z и также разнесены на расстояние b.On figa shows a diagram of the coordinate axes in the plane of the registers 8 and 9 of the photodetector and the position of the grades 4 and 5, made in the form of a set of transparent and opaque strokes. The marks are symmetrically spaced relative to the X axis of the telephoto lens 7 at a base distance b parallel to the Y axis. The registers are located along the measuring axis Z and are also spaced at a distance b.

Устройство работает следующим образом. Осветители 1 и 2 освещают марки 4 и 5, установленные в фокальной плоскости 6 телеобъектива 7. Пучки света, пройдя светоделитель, попадают в телеобъектив 7. Из телеобъектива на призменный отражатель 1 падают и обратно отражаются на телеобъектив пучки параллельных лучей, которые фокусируются им, проходят снова светоделитель 11 и попадают в фотоприемник на регистры 8 и 9. Фотоприемное устройство совместно с блоком обработки сигналов преобразует пространственное положение световых индексов на фоточувствительных регистрах во временную развертку видеосигналов, при этом измеряется временной интервал между видеосигналами, что адекватно расстоянию между индексами. Угол разворота призменного отражателя W определяют по величине взаимного смещения L изображений марок вдоль регистров.The device operates as follows. Illuminators 1 and 2 illuminate brands 4 and 5 installed in the focal plane 6 of the telephoto lens 7. The light beams passing through the beam splitter get into the telephoto lens 7. From the telephoto lens to the prism reflector 1, beams of parallel rays that are focused by it fall and are reflected back onto the telephoto lens, pass again, the beam splitter 11 and enter the photodetector on registers 8 and 9. The photodetector device together with the signal processing unit converts the spatial position of the light indices on the photosensitive registers into a time scan ideosignalov, wherein the measured time interval between the video signals that adequate distance between indices. The angle of rotation of the prism reflector W is determined by the magnitude of the mutual displacement L of the image marks along the registers.

Изменение масштабного коэффициента К с увеличением диапазона измерения WChange in the scale factor K with an increase in the measuring range W Взаимное смещение изображений марок вдоль регистров L при развороте определяется как величиной угла разворота изображения 2W, так и расстоянием между регистрами b: L=b·tg2W (b=12,5 мм)The mutual shift of the brand images along the L registers during the rotation is determined both by the value of the image rotation angle 2W and the distance between the registers b: L = b · tg2W (b = 12.5 mm) Угол разв, отражателя W, угл.с,Angle of development, reflector W, arc.s, Угол разв.изображ.22W, угл.сImage Angle. 22W, angle s tg 2Wtg 2W W/tg2W, угл.сW / tg2W, arc L=t·tg2W, ммL = t · tg2W, mm K=W/L, угл.с/ммK = W / L, angle s / mm 10001000 20002000 0,009660.00966 103455,4103455.4 0,1208250,120825 8278,158278.15 18001800 3600=1°3600 = 1 ° 0,01750.0175 0,218750.21875 8228,68228.6 20002000 40004000 0,0194340.019434 102910,8102910.8 0,2429280.242928 8233,848233.84 27002700 5400=1,5°5400 = 1.5 ° 0,02620,0262 0,32750.3275 8244,38244.3 30003000 60006000 0,02910,0291 103092,8103092.8 0,363750.36375 8247,48,247.4 36003600 7200=2°7200 = 2 ° 0,03490,0349 0,436250.43625 82528252 40004000 80008000 0,038760,03876 103207,15103,207.15 0,484460.48446 8256,68256.6 45004500 9000=2,5°9000 = 2.5 ° 0,04330.0433 0,546250.54625 82338233 50005000 10001000 0,048530,04853 103019,95103 019.95 0,606680.60668 8241,68,241.6 54005400 10800=3°10800 = 3 ° 0,05240,0524 0,6550.655 8244,38244.3 60006000 1200012000 0,05820,0582 103092,8103092.8 0,72750.7275 8247,48,247.4 63006300 12600=3,5°12600 = 3.5 ° 0,06120,0612 0,7650.765 8235,38,235.3 70007000 1400014000 0,0679570,067957 103092,8103092.8 0,849460,84946 8240,58240.5 72007200 14400=4°14400 = 4 ° 0,06990.0699 0,87380.8738 8240,38240.3 80008000 1600016000 0,0777340,077734 102960,1102960,1 0,971680.97168 8233,178233.17 81008100 16200=4,5°16200 = 4.5 ° 0,07870,0787 0,983750.98375 8233,88233.8 90009000 18000,18000, 0,08750.0875 102857,1102857.1 1,093751,09375 8228,578228.57 Первый столбец - угол разворота отражателя W, угл.сThe first column is the angle of the reflector W, angl.s Второй столбец - угол разворота изображения 2W, угл.сThe second column is the image rotation angle 2W, angular sec Третий столбец - значение тангенса 2WThe third column is the tangent value of 2W Четвертый столбец - отношение W к тангенсу 2W, угл.cThe fourth column is the ratio of W to the tangent 2W, angle c Пятый столбец - взаимное смещение изображений марок вдоль регистров L, ммThe fifth column is the mutual displacement of the images of the marks along the registers L, mm Шестой столбец - значение масштабного коэффициента КThe sixth column is the value of the scale factor K

W=L·K=b·tg2w·kW = LK = btg2wk

Figure 00000001
Figure 00000001

Из представленной таблицы видно, что происходит с изображением в плоскости регистров, как изменяется значение смещения L и как меняется масштабный коэффициент К с увеличением диапазона измерения W. Поэтому с увеличением диапазона измерения растет погрешность при использовании масштабного коэффициента постоянного значения. В прототипе, например, диапазон измерений ограничивается значением 1,5 градусов при погрешности - 5 угл. с. В заявляемом устройстве введение в блоке обработки сигналов системы автоматического изменения значения переменного К позволяет измерять 2,5 градуса без погрешности.From the presented table it is seen what happens with the image in the plane of the registers, how the offset value L changes and how the scale factor K changes with an increase in the measurement range W. Therefore, with an increase in the measurement range, the error increases when using the scale factor of a constant value. In the prototype, for example, the measurement range is limited to 1.5 degrees with an error of 5 angles. from. In the claimed device, the introduction of the signal processing unit of the system to automatically change the value of the variable K allows you to measure 2.5 degrees without error.

Работа шторки, облегчающая и уточняющая процесс фокусировки, поясняется на фигурах 2а, 2б, и 2в, где 1 - телеобъектив, 2 - шторка, 3 - фокальная плоскость объектива, в которой должны быть расположены марки 4, 5, и фокальная плоскость объектива, в которой расположены регистры приемника 8, 9. При выполнении этого условия перекрытием шторкой то одной, то другой половины светового диаметра объектива получают на счетчике приемника одинаковые результаты (фиг.2а). При расфокусировке (смещении объектива и его фокальной плоскости вправо (фиг.2б) или влево (фиг.2в) вдоль оси относительно предметной плоскости, в которой расположены марки) наблюдают разное положение изображений вдоль регистров. На фигуре 2б показано, что при перекрытии шторкой верхней части объектива изображение смещается в плоскости регистров вверх, при перекрытии нижней части объектива изображение смещается вниз. На фигуре 2в показано, что при перекрытии шторкой верхней части объектива изображение смещается в плоскости регистров вниз, а при перекрытии нижней части объектива изображение смещается в плоскости регистров вверх. Таким простым способом по отсчетам счетчика определяют направление и величину расфокусировки и установкой прокладки смещают объектив в нужное положение.The operation of the shutter, which facilitates and refines the focusing process, is illustrated in figures 2a, 2b, and 2c, where 1 is a telephoto lens, 2 is a shutter, 3 is the focal plane of the lens, in which marks 4, 5, and the focal plane of the lens, in which the receiver registers 8, 9 are located. When this condition is met, by shutting one or the other half of the lens’s light diameter with a shutter, the receiver receives the same results on the counter (Fig. 2a). When defocusing (shifting the lens and its focal plane to the right (Fig.2b) or left (Fig.2c) along the axis relative to the object plane in which the marks are located), different positions of the images along the registers are observed. Figure 2b shows that when the upper part of the lens is blocked by a curtain, the image shifts upward in the plane of the registers; when the lower part of the lens is blocked, the image shifts downward. Figure 2c shows that when the upper part of the lens is covered with a curtain, the image is shifted down in the register plane, and when the lower part of the lens is blocked, the image is shifted up in the register plane. In such a simple way, from the counter readings, the direction and amount of defocus are determined and the lens is placed in the desired position by installing a gasket.

Таким образом, новым в заявляемом устройстве является применение телеобъектива, специально разработанного для данного устройства, установка марок в фокальной плоскости телеобъектива, включение шторки как критерия точной фокусировки и использование в отсчетном устройстве системы переменного значения масштабного коэффициента.Thus, the use of a telephoto lens specially designed for this device, the installation of marks in the focal plane of a telephoto lens, the inclusion of a curtain as a criterion for accurate focusing and the use of a variable scale factor in the reading device of the system is new in the claimed device.

Технический результат - повышение точности измерений, уменьшение габаритов устройства, возможность работы на разных дистанциях, увеличение диапазона измеряемых углов без введения погрешности измерений, упрощение юстировки.The technical result - improving the measurement accuracy, reducing the dimensions of the device, the ability to work at different distances, increasing the range of measured angles without introducing measurement errors, simplifying alignment.

Заявляемое устройство определения пространственной ориентации объектов является высокоточным оптико-электронным прибором. Его рабочие характеристики напрямую зависят от качества изготовления, сборки и юстировки составляющих оптических узлов и деталей. Отличительные признаки, заявляемые в данном устройстве, способствуют решению данной задачи. Поскольку эти признаки необходимы для достижения поставленной цели и положительного эффекта, отличие является существенным.The inventive device for determining the spatial orientation of objects is a high-precision optical-electronic device. Its performance directly depends on the quality of manufacture, assembly and alignment of the constituent optical nodes and parts. Distinctive features claimed in this device contribute to the solution of this problem. Since these signs are necessary to achieve the goal and a positive effect, the difference is significant.

На нашем предприятии по спецтематике были разработаны два варианта автоколлимационных систем вертикальной передачи азимутального направления (ВПАН): с постоянной дистанцией и с переменной, с принципом действия описанных выше систем (авт. св. №100957, авт. св. №134981, авт. св. №153188) изготовлено устройство ИС-77, описанное в журнале ВОТ. Была разработана конструкторская документация системы ВПАН и передана предприятию ФГУП НИИКИ ОЭП для освоения серийного выпуска. В настоящее время на ФГУП НИИКИ ОЭП изготовлено устройство определения пространственной ориентации объектов с использованием заявленных признаков, проведены испытания, получены положительные результаты. Освоен выпуск партии устройств по предложенному изобретению. Благодаря применению заявляемых признаков удалось повысить качество собираемых устройств в условиях серийного производства.At our enterprise for special subjects, two versions of autocollimation systems of vertical transmission of azimuthal direction (VPAN) were developed: with a constant distance and with a variable, with the principle of operation of the systems described above (ed. St. No. 100957, author St. No. 134981, author St. No. 153188) the device IS-77 is manufactured, described in the journal BOT. The design documentation of the VPAN system was developed and transferred to the enterprise FSUE NIIKI OEP for mastering serial production. At present, a device for determining the spatial orientation of objects using the declared features has been manufactured at FSUE NIIKI OEP, tests have been conducted, and positive results have been obtained. The production of a batch of devices according to the proposed invention is mastered. Thanks to the use of the claimed features, it was possible to improve the quality of the assembled devices in mass production.

ЛитератураLiterature

1. Делюнов Н.Ф., Леонтьева Г.В., Мясников Ю.А. Устройство для контроля плоскостности поверхностей, разделенных непрозрачной преградой. // Авт. св. СССР 741045, МПК G01В 11/30, приор. 28.12.77.1. Delyunov N.F., Leontiev G.V., Myasnikov Yu.A. Device for monitoring the flatness of surfaces separated by an opaque barrier. // Auth. St. USSR 741045, IPC G01B 11/30, prior. 12/28/77.

2. Пинаев Л.В. Система из двух прямоугольных зеркал и ее свойства. // ОМП.1987. №12. С. 18-20.2. Pinaev L.V. A system of two rectangular mirrors and its properties. // OMP. 1987. No. 12. S. 18-20.

3. Шевцов И.В., Жуков Ю.П., Чудаков Ю.И., Пономарев В.Я., Петров Л.П. Устройство пространственной ориентации объектов. // Патент России №2182311. 2001.3. Shevtsov I.V., Zhukov Yu.P., Chudakov Yu.I., Ponomarev V.Ya., Petrov L.P. The device spatial orientation of objects. // Patent of Russia No. 2182311. 2001.

4. Шевцов И.В., Чудаков Ю.И. Жуков Ю.П., Ловчий И.Л., Петров Л.П., Цветков В.И., Шевцов С.Е. Устройство определения пространственной ориентации объектов. // Патент России №2408840. 2009.4. Shevtsov I.V., Chudakov Yu.I. Zhukov Yu.P., Lovchiy I.L., Petrov L.P., Tsvetkov V.I., Shevtsov S.E. A device for determining the spatial orientation of objects. // Patent of Russia №2408840. 2009.

5. Жуков Ю.П., Ловчий И.Л., Чудаков Ю.И., Шевцов И.В. Высокоточное устройство пространственной ориентации объектов. // ОМП. 2009. №9 с. 18-20.5. Zhukov Yu.P., Lovchiy I.L., Chudakov Yu.I., Shevtsov I.V. High-precision device for spatial orientation of objects. // WMD. 2009. No9 p. 18-20.

Claims (1)

Устройство определения пространственной ориентации объектов, содержащее выполненный в виде блока прямоугольных призм отражатель, объектив, две жестко связанные между собой марки с осветителями, установленные в предметной плоскости объектива, разнесенные симметрично относительно оси объектива, элемент привязки, определяющий контролируемое направление, и приемное устройство в виде фотоэлектрического прибора с зарядовой связью, с блоком управления и блоком обработки сигналов, отличающееся тем, что предметная плоскость объектива совмещена с фокальной плоскостью объектива, в качестве объектива применен телеобъектив, и марки расположены в фокальной плоскости телеобъектива, между телеобъективом и отражателем установлена поворотная шторка для обеспечения поочередного перекрытия половины светового диаметра телеобъектива в процессе фокусировки, а в блок обработки сигналов включена электронная система автоматического изменения значения масштабного коэффициента в зависимости от диапазона и дистанции измерения, которая исключает необходимость введения трудоемких и не точных поправок. A device for determining the spatial orientation of objects, containing a reflector made in the form of a block of rectangular prisms, a lens, two brands that are rigidly interconnected with illuminators, mounted in the objective plane of the lens, spaced symmetrically about the axis of the lens, an anchor element that determines the controlled direction, and a receiving device in the form charge-coupled photovoltaic device, with a control unit and a signal processing unit, characterized in that the objective plane of the objective lens is compatible The camera has a focal plane of the lens, a telephoto lens is used as the lens, and the brands are located in the focal plane of the telephoto lens, a rotary shutter is installed between the telephoto lens and the reflector to provide alternate overlap of half the light diameter of the telephoto lens during focusing, and an electronic system for automatically changing the value is included in the signal processing unit scale factor depending on the range and distance of measurement, which eliminates the need for labor-intensive and e accurate corrections.
RU2011135133/28A 2011-08-22 2011-08-22 Apparatus for determining spatial orientation of objects RU2478185C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135133/28A RU2478185C1 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Apparatus for determining spatial orientation of objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135133/28A RU2478185C1 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Apparatus for determining spatial orientation of objects

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011135133A RU2011135133A (en) 2013-02-27
RU2478185C1 true RU2478185C1 (en) 2013-03-27

Family

ID=49119993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011135133/28A RU2478185C1 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Apparatus for determining spatial orientation of objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2478185C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694458C1 (en) * 2018-07-30 2019-07-15 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Device for near-spacecraft relative position control
RU2730393C1 (en) * 2019-10-08 2020-08-21 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Device for controlling spacecraft mutual orientation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1703965A2 (en) * 1990-02-07 1992-01-07 Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро Автоматизации Тяжелого Металлорежущего Оборудования Two coordinates photoelectric displacement measuring device
US5859707A (en) * 1996-02-13 1999-01-12 Nikon Corporation Position detection apparatus and aligner comprising same
RU2182311C1 (en) * 2001-05-10 2002-05-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем" Device for spatial orientation of objects
RU98596U1 (en) * 2010-04-26 2010-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Оптротех" TWO CHANNEL DIGITAL AUTOCollimator
RU2408840C1 (en) * 2009-10-29 2011-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Apparatus for determining spatial orientation of objects

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1703965A2 (en) * 1990-02-07 1992-01-07 Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро Автоматизации Тяжелого Металлорежущего Оборудования Two coordinates photoelectric displacement measuring device
US5859707A (en) * 1996-02-13 1999-01-12 Nikon Corporation Position detection apparatus and aligner comprising same
RU2182311C1 (en) * 2001-05-10 2002-05-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем" Device for spatial orientation of objects
RU2408840C1 (en) * 2009-10-29 2011-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Apparatus for determining spatial orientation of objects
RU98596U1 (en) * 2010-04-26 2010-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Оптротех" TWO CHANNEL DIGITAL AUTOCollimator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694458C1 (en) * 2018-07-30 2019-07-15 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Device for near-spacecraft relative position control
RU2730393C1 (en) * 2019-10-08 2020-08-21 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Device for controlling spacecraft mutual orientation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011135133A (en) 2013-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW200528698A (en) Eccentricity measuring method and eccentricity measuring apparatus
CN105424322A (en) Self-calibration optical axis parallelism detector and detection method
CN100526832C (en) Off-axis reflection optical lens focus detection method
CN101153914B (en) Remote sensing mechanism testing device and method thereof
CN204854657U (en) Mark many optical axises optical system parallelism of optical axes's device
CN102607472B (en) Measuring device and measuring method for large-range flatness
CN104567752A (en) Stray light elimination dual-optical-path optical centering instrument
CN102519510A (en) Calibration device and calibration method of position sensitive sensor
CN104748720A (en) Spatial angle measuring device and angle measuring method
CN107490851B (en) Optical detection device and method for left and right zoom system of operating microscope
CN106370625A (en) V-prism refractometer based on autocollimation and CCD (Charge Coupled Device) visual technology
RU2635336C2 (en) Method of calibrating optical-electronic device and device for its implementation
RU2478185C1 (en) Apparatus for determining spatial orientation of objects
CN206146834U (en) V V -prism refractometer based on auto -collimation and CCD vision technique
CN209283391U (en) The lens detecting device of distance element
RU2612918C1 (en) Device for determining positions of defects on aspherical surface of optical part (versions)
CN109799078B (en) Collimator focal length measuring device and method using moire fringe amplification effect
RU2531555C2 (en) Autocollimation method of changing focal distance
RU98596U1 (en) TWO CHANNEL DIGITAL AUTOCollimator
RU2519512C1 (en) Device to measure angular and linear coordinates of object
CN204405031U (en) Eliminate stray light double light path optical centering instrument
CN202471022U (en) Measuring device of flatness on a large scale
RU2563322C2 (en) Optical system of bench for measurement of horizontal angle
RU97835U1 (en) DIGITAL AUTOCollimator
RU2824311C1 (en) Collinear beam transfer device

Legal Events

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

Effective date: 20190823