RU2482448C2

RU2482448C2 - Optical measurement system for determining relative position of elements in space, method and apparatus for detecting optical radiation for use therein

Info

Publication number: RU2482448C2
Application number: RU2011121549/28A
Authority: RU
Inventors: Клим Николаевич Кифоренко; Федор Викторович Семенов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КСК-СИСТЕМС"
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2013-05-20
Also published as: RU2011121549A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: system has a processing module, a first measurement module mounted on a first element and having a radiation unit for a beam of optical radiation, a second measurement module mounted on a second element and having a position-sensitive detector for determining at least one coordinate of the image of the beam in a Cartesian coordinate system within the detection range on the detection plane of the detector, and an optical element which enables to convert the beam before incidence thereof in the detection region on the detection plane. As a result of the conversion, the image of the beam on the detection plane is scale-converted on two mutually perpendicular axes lying in that plane and having different scaling factors, wherein said coordinate of the image of the converted beam is a coordinate which determines the position of the corresponding one of said scaling axes in the Cartesian coordinate system on said detection plane.

EFFECT: simple setup process, wider measurement range and low cost of the system.

37 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к определению расположения материальных объектов в пространстве с помощью оптического измерительного оборудования и, более конкретно, к оптической системе для измерения геометрических параметров, характеризующих взаимное расположение элементов оборудования в пространстве, соответствующему способу определения взаимного расположения элементов в пространстве с помощью упомянутой системы и устройству регистрации оптического излучения для использования в упомянутой системе.The invention relates to determining the location of material objects in space using optical measuring equipment and, more specifically, to an optical system for measuring geometric parameters characterizing the mutual arrangement of equipment elements in space, the corresponding method for determining the relative position of elements in space using the aforementioned system and registration device optical radiation for use in said system.

Уровень техникиState of the art

Задача определения расположения в пространстве элементов оборудования и/или позиционирования таких элементов по отношению друг к другу актуальна в различных областях техники и промышленности. В частности, указанная задача высоко актуальна для настойки и корректировки работы промышленного оборудования больших размеров, включающего в себя вращающиеся валы, маховики и т.п., где погрешности в позиционировании или стыковке вращающихся элементов могут приводить к неправильной работе оборудования и быстрому износу его составных частей.The task of determining the spatial arrangement of equipment elements and / or positioning of such elements in relation to each other is relevant in various fields of technology and industry. In particular, this task is highly relevant for adjusting and adjusting the operation of large industrial equipment, including rotating shafts, flywheels, etc., where errors in the positioning or joining of rotating elements can lead to improper operation of the equipment and rapid wear of its components .

Перечислим несколько наиболее распространенных прикладных задач, в которых требуется определение взаимного расположения элементов в пространстве. Во-первых, часто требуется высокоточное соединение друг с другом двух вращающихся валов, являющихся составными частями разных машин, или разных блоков одной многоэлементной машины. Например, такое соединение подразумевает стыковку валов в турбинах, генераторах, двигателях и т.д., или их соединение с оборудованием, которое приводится в действие такими турбинами, генераторами, двигателями и т.д. Проблема точного соединения валов или других элементов оборудования часто встречается при первом запуске многоэлементных промышленных систем, однако не ограничивается такими случаями. В частности, рассогласования элементов оборудования промышленного оборудования могут возникать в условиях длительной (возможно, непрерывной) работы оборудования, когда такие рассогласования необходимо контролировать, или устранять, например, при превышении некоторого порогового уровня рассогласования. Также в данной области техники выделяют задачи по определению рассогласований элементов промышленного оборудования, вызванных изменениями температуры элементов или оборудования, в состав которого они входят (в частности, температурными расширениями элементов).We list several of the most common applied problems in which the determination of the relative position of elements in space is required. Firstly, high-precision connection to each other of two rotating shafts, which are components of different machines, or different blocks of one multi-element machine, is often required. For example, such a connection involves the coupling of shafts in turbines, generators, engines, etc., or their connection with equipment that is driven by such turbines, generators, engines, etc. The problem of the exact connection of shafts or other elements of equipment is often encountered during the first launch of multi-element industrial systems, but is not limited to such cases. In particular, mismatches of equipment elements of industrial equipment can occur under conditions of long-term (possibly continuous) operation of the equipment, when such mismatches must be controlled, or eliminated, for example, if a certain threshold level of mismatch is exceeded. Also in the art, tasks are identified to determine the mismatches of the elements of industrial equipment caused by changes in the temperature of the elements or equipment that they are part of (in particular, the thermal expansion of the elements).

В общем случае, актуальны задачи определения расположения элемента в пространстве по отношению к некоторой опорной точке (возможно - другому элементу), возможно, не относящиеся к соединению этого элемента с каким-либо другим объектом. Более того, если элемент имеет большие геометрические размеры и сложную форму, например содержит поверхности разных уровней, может потребоваться измерение геометрических параметров самого элемента, например, в контексте поверхностей разного уровня, нахождение различий расположения этих поверхностей в пространстве.In the general case, the problems of determining the location of an element in space with respect to some reference point (possibly to another element) are relevant, possibly not related to the connection of this element with any other object. Moreover, if the element has large geometric dimensions and complex shape, for example, contains surfaces of different levels, it may be necessary to measure the geometric parameters of the element itself, for example, in the context of surfaces of different levels, finding differences in the location of these surfaces in space.

Отметим, что задачи, в которых требуется определение взаимного расположения элементов в пространстве, не ограничиваются перечисленными выше примерами. Все представленные выше прикладные задачи приведены только в качестве пояснения.Note that tasks in which the determination of the relative position of elements in space is required are not limited to the examples listed above. All the applied problems presented above are given only as an explanation.

Относительно используемого в данной заявке термина «рассогласование», необходимо отметить следующее. На практике могут встречаться, и соответственно, подлежать измерению, разные типы рассогласования элементов в пространстве. Например, угловые рассогласования, которые подразумевают угловое смещение (наклон) элемента, и любые продольные рассогласования (например, смещение вала вдоль его оси вращения) одного элемента по отношению к другому. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что любые такие рассогласования могут характеризоваться набором геометрических величин (в частном случае, одной геометрической величиной). Например, угловое смещение вала по отношению к другому валу можно описать значением угла наклона плоскости поперечного сечения вала, в сочетании с координатами, задающими расположение в пространстве оси вращения вала, по отношению к другому валу. Поэтому в целях упрощения описания, далее в рамках настоящей заявки рассогласование любого типа (в том числе комбинированное, т.е. содержащее разнотипные рассогласования) называется просто «рассогласованием», при этом учитывается, что любое такое рассогласование может быть исчерпывающим образом описано с помощью определенного набора геометрических параметров.Regarding the term “mismatch” used in this application, the following should be noted. In practice, there can be, and therefore be measured, different types of mismatch of elements in space. For example, angular mismatches, which imply the angular displacement (tilt) of the element, and any longitudinal mismatches (for example, the displacement of the shaft along its axis of rotation) of one element relative to another. For specialists in the art it will be clear that any such mismatches can be characterized by a set of geometric quantities (in the particular case, one geometric value). For example, the angular displacement of a shaft with respect to another shaft can be described by the value of the angle of inclination of the plane of the shaft cross section, in combination with the coordinates defining the spatial location of the axis of rotation of the shaft with respect to the other shaft. Therefore, in order to simplify the description, hereinafter, within the framework of the present application, any type of mismatch (including combined, that is, containing heterogeneous mismatches) is simply called "mismatch", it being taken into account that any such mismatch can be exhaustively described using a certain set of geometric parameters.

Также необходимо подчеркнуть, что корректировка взаимного расположения элементов промышленного оборудования относительно друг друга часто имеет существенную техническую сложность. Например, в случаях, когда необходимо состыковать элементы, имеющие большие размеры и/или закрепленные в машинах, которые в свою очередь зафиксированы в пространстве (например, жестко зафиксированы на полу цеха производства, или имеют настолько большую массу, что их перемещение трудноосуществимо). В описанных условиях невозможно свободно перемещать элементы относительно друг друга, чтобы добиться их стыковки, поэтому возникает необходимость в проведении измерений для точного определения расположения элементов по отношению друг к другу. Требуется также, чтобы результаты упомянутого определения позволяли выполнить минимальную корректировку расположения упомянутых машин в пространстве (предпочтительно, только одной из машин) для соединения элементов с допустимой степенью точности.It is also necessary to emphasize that the adjustment of the relative position of the elements of industrial equipment relative to each other often has significant technical complexity. For example, in cases where it is necessary to dock elements having large dimensions and / or fixed in machines, which in turn are fixed in space (for example, rigidly fixed on the floor of a production workshop, or have such a large mass that their movement is difficult to carry out). Under the conditions described, it is impossible to freely move the elements relative to each other in order to achieve their joining, therefore, there is a need for measurements to accurately determine the location of the elements relative to each other. It is also required that the results of the above definition allow a minimal adjustment of the location of the mentioned machines in space (preferably only one of the machines) to connect the elements with an acceptable degree of accuracy.

Изобретение, представленное в настоящей заявке, направлено на решение задачи определения расположения элементов в пространстве по отношению друг к другу.The invention presented in this application is aimed at solving the problem of determining the location of elements in space in relation to each other.

В уровне техники известно несколько подходов к решению упомянутой задачи (например, согласно публикациям US 5715609, дата публикации 10.02.1998, и US 6404903, дата публикации 21.03.2000). В частности, известны измерительные устройства и системы, основанные на применении оптических средств, которые позволяют оператору определять набор геометрических параметров, описывающих рассогласование и/или взаимное расположение элементов в пространстве. Преимуществом таких оптических систем для измерения геометрических параметров рассогласования является возможность проведения измерений для элементов, находящихся на сравнительно большом расстоянии друг от друга (и/или имеющих значительные геометрические размеры), посредством передачи и приема оптического излучения, способного распространяться на большие расстояния с малыми потерями мощности излучения. Еще одним преимуществом оптических измерительных систем является отсутствие электромагнитного воздействия оптического излучения на оборудование и высокий уровень безопасности для персонала (обеспечиваемый за счет соблюдения норм безопасности по уровню мощности оптического излучения). Наконец, преимуществом оптических измерительных систем можно считать высокий уровень развития современной оптической техники, обуславливающий разнообразие, высокие характеристики и сравнительно низкую стоимость оптических элементов, в частности источников и приемников оптического излучения.In the prior art there are several approaches to solving the aforementioned problem (for example, according to publications US 5715609, publication date 02/10/1998, and US 6404903, publication date 03/21/2000). In particular, measuring devices and systems based on the use of optical means are known, which allow the operator to determine a set of geometric parameters describing the mismatch and / or relative position of elements in space. The advantage of such optical systems for measuring the geometric parameters of the mismatch is the ability to take measurements for elements located at a relatively large distance from each other (and / or having significant geometric dimensions), by transmitting and receiving optical radiation that can propagate over long distances with low power loss radiation. Another advantage of optical measuring systems is the absence of electromagnetic effects of optical radiation on equipment and a high level of safety for personnel (ensured by observing safety standards for the level of optical radiation power). Finally, the advantage of optical measuring systems can be considered a high level of development of modern optical technology, which determines the diversity, high characteristics and relatively low cost of optical elements, in particular sources and receivers of optical radiation.

Известные в данной области техники оптические системы для определения взаимного расположения элементов промышленного оборудования включают в себя два измерительных блока: блок источника оптического излучения и блок приемника оптического излучения. Причем блок приемника содержит (или представляет собой) позиционно-чувствительный детектор оптического излучения, т.е. средство регистрации оптического излучения, которое позволяет определить координаты места падения луча в плоскости регистрации оптического излучения. Например, в зависимости от типа позиционно-чувствительного детектора, могут определяться координаты пятна падения луча на фоточувствительную площадку приемника, или координаты элемента ПЗС устройства, на который падает луч, и т.д. Кроме перечисленного, известные системы содержат вычислительный блок для обработки показаний позиционно-чувствительного детектора и определения взаимного расположения элементов. Принцип работы известной в уровне техники системы заключается в следующем: упомянутые измерительные блоки закрепляются на подлежащих измерению элементах, так чтобы луч оптического излучения из блока источника попадал в позиционно-чувствительный детектор блока приемника. Таким образом, регистрируя место падения луча оптического излучения в позиционно-чувствительном детекторе, можно оценить ошибку центровки и продольное рассогласование между источником и приемником, на основании чего может быть вычислено пространственное рассогласование элементов, на которых они закреплены.Optical systems known in the art for determining the relative position of elements of industrial equipment include two measuring units: an optical radiation source unit and an optical radiation receiver unit. Moreover, the receiver unit contains (or represents) a position-sensitive detector of optical radiation, i.e. optical radiation registration means, which makes it possible to determine the coordinates of the point of incidence of the beam in the plane of optical radiation registration. For example, depending on the type of position-sensitive detector, the coordinates of the spot on which the beam falls onto the photosensitive area of the receiver, or the coordinates of the CCD element of the device on which the beam falls, can be determined, etc. In addition to the above, well-known systems contain a computing unit for processing the readings of a position-sensitive detector and determining the relative position of the elements. The principle of operation of the system known in the prior art is as follows: the said measuring units are fixed on the elements to be measured, so that the beam of optical radiation from the source unit enters the position-sensitive detector of the receiver unit. Thus, by registering the point of incidence of the optical beam in a position-sensitive detector, one can estimate the alignment error and the longitudinal mismatch between the source and the receiver, based on which the spatial mismatch of the elements on which they are fixed can be calculated.

Более подробно, процесс определения пространственного рассогласования элементов относительно друг друга на основании показаний позиционно-чувствительного детектора оптического излучения содержит серию последовательных измерений, выполняемых при согласованном повороте измерительных блоков вокруг оси вращения (симметрии) элементов, на которых они закреплены. Или, что аналогично, при закреплении измерительных блоков на элементах в разных угловых положениях в плоскости поперечного сечения элементов. Такие измерения выполняются до тех пор, пока накопленные показания позиционно-чувствительного детектора не позволят составить систему уравнений, которая с заданной точностью описывает взаимное расположение элементов в пространстве. Подробности осуществления такой серии измерений и последующей обработки соответствующих показаний позиционно-чувствительного детектора известны специалистам в данной области техники (например, согласно публикациям US 5715609, US 6404903), поэтому такие подробности будут опущены в последующем описании с целью упрощения настоящей заявки.In more detail, the process of determining the spatial mismatch of elements relative to each other based on the readings of a position-sensitive detector of optical radiation contains a series of successive measurements performed with a coordinated rotation of the measuring units around the axis of rotation (symmetry) of the elements on which they are mounted. Or, which is similar, when fixing the measuring units on the elements in different angular positions in the plane of the cross section of the elements. Such measurements are performed until the accumulated readings of the position-sensitive detector allow us to compose a system of equations that describes the relative position of elements in space with a given accuracy. Details of the implementation of such a series of measurements and subsequent processing of the corresponding readings of a position-sensitive detector are known to specialists in this field of technology (for example, according to publications US 5715609, US 6404903), therefore, such details will be omitted in the following description in order to simplify the present application.

Однако необходимо уточнить, что повторные измерения в нескольких положениях элементов/измерительных блоков (при их повороте), известные в уровне техники, позволяют упростить расчет рассогласования двух элементов в пространстве. А именно, вычисление набора геометрических параметров, характеризующих рассогласование элементов (т.е. построение системы уравнений), можно осуществить на основании набора координат луча (точки падения луча в разных положениях измерительных модулей) только по одной из координатных осей (по оси абсцисс или ординат) в плоскости регистрации оптического излучения детектора. Благодаря отмеченному свойству, в оптических системах для определения взаимного расположения элементов в пространстве можно использовать более простые и дешевые однокоординатные позиционно-чувствительные детекторы (т.е. позволяющие определять только одну координату точки падения луча в плоскости регистрации оптического излучения).However, it is necessary to clarify that repeated measurements in several positions of the elements / measuring units (when they are rotated), known in the prior art, can simplify the calculation of the mismatch of two elements in space. Namely, the calculation of a set of geometric parameters characterizing the mismatch of elements (i.e., the construction of a system of equations) can be carried out on the basis of a set of beam coordinates (points of incidence of the beam at different positions of the measuring modules) along only one of the coordinate axes (abscissa or ordinate ) in the plane of registration of the optical radiation of the detector. Due to the noted property, in optical systems, to determine the relative positions of elements in space, one can use simpler and cheaper single-coordinate position-sensitive detectors (i.e., allowing to determine only one coordinate of the point of incidence of the beam in the plane of registration of optical radiation).

Также отметим, что в современных оптических системах для определения расположения элементов в пространстве относительно друг друга каждый из упомянутых измерительных блоков содержит как источник, так и приемник излучения. Соответственно, измерения проходят одновременно в двух направлениях, а измерительные блоки являются взаимозаменяемыми.Also note that in modern optical systems for determining the location of elements in space relative to each other, each of the mentioned measuring units contains both a source and a radiation receiver. Accordingly, the measurements take place simultaneously in two directions, and the measuring units are interchangeable.

Однако известные в уровне техники оптические системы для определения взаимного расположения элементов в пространстве имеют ряд недостатков. Прежде всего, всегда актуальным является снижение стоимости и упрощение таких измерительных систем. В этом отношении необходимо отметить, что наиболее дорогостоящим компонентом известных систем является позиционно-чувствительный детектор оптического излучения, причем его стоимость возрастает пропорционально увеличению площади области детектирования в плоскости регистрации излучения детектора. Поэтому недостатком существующих систем являются сравнительно малые, ограниченные по экономическим причинам, геометрические размеры области детектирования позиционно-чувствительного детектора, что усложняет попадание в ее пределы луча оптического излучения из источника.However, optical systems known in the art for determining the relative position of elements in space have a number of disadvantages. First of all, cost reduction and simplification of such measuring systems is always relevant. In this regard, it should be noted that the most expensive component of the known systems is a position-sensitive detector of optical radiation, and its cost increases in proportion to the increase in the area of the detection region in the plane of registration of the radiation of the detector. Therefore, the disadvantage of existing systems is the relatively small, limited for economic reasons, geometric dimensions of the detection region of a position-sensitive detector, which complicates the penetration of optical radiation from a source into its limits.

Малые геометрические размеры области детектирования позиционно-чувствительных детекторов частично обуславливают следующий недостаток известных в данной области техники измерительных систем. А именно, известные системы имеют высокую сложность процесса настройки для начала измерений. Из-за малых (можно даже сказать сверхмалых) геометрических размеров пятна падения луча и области детектирования оптического излучения в приемнике, технически сложной является задача размещения измерительных блоков на элементах оборудования таким образом, чтобы луч оптического излучения, генерируемый блоком источника, попадал в пределы области детектирования блока приемника. Отметим также, что настройка (или, другими словами, поиск рабочей точки системы) не может быть осуществлена в автоматическом режиме, следовательно, требует участия оператора, что вносит в процесс настройки высокую вероятность ошибок «человеческого фактора».The small geometric dimensions of the detection area of position-sensitive detectors partially determine the following disadvantage of measurement systems known in the art. Namely, known systems have a high complexity of the tuning process for starting measurements. Due to the small (one might even say ultra-small) geometrical dimensions of the beam incidence spot and the optical radiation detection area in the receiver, it is technically difficult to place the measuring units on the equipment elements so that the optical radiation beam generated by the source unit falls within the detection area receiver unit. We also note that tuning (or, in other words, searching for a system operating point) cannot be carried out automatically, therefore, it requires the participation of an operator, which introduces a high probability of human factor errors in the tuning process.

Также недостатком известных в данной области техники систем является сравнительно малый и ограниченный диапазон измерений, который напрямую связан с геометрическими размерами области детектирования оптического излучения в позиционно-чувствительном детекторе.Another disadvantage of the systems known in the art is the relatively small and limited measurement range, which is directly related to the geometric dimensions of the optical radiation detection region in a position-sensitive detector.

Из уровня техники известно техническое решение, описывающее способ и устройство для статического выравнивая валов и контроля над выравниванием валов [патент США US 4518855, дата публикации 21.05.1985], которое было принято за прототип при создании настоящего изобретения. Упомянутое устройство выравнивания валов содержит два измерительных блока, каждый из которых содержит средство генерации направленного луча оптического излучения и двухкоординатное средство регистрации луча оптического излучения (т.е. двухкоординатный позиционно-чувствительных детектор). Согласно решению-прототипу, измерительные блоки закрепляются, с помощью специальных держателей, на подлежащих выравниванию валах. При этом обеспечивается попадание луча, генерируемого каждым из блоков, в позиционно-чувствительный детектор противоположного блока, которые выдают два соответствующих сигнала (координаты точки падения луча). И далее, на основании упомянутых сигналов из позиционно-чувствительных детекторов измерительных блоков, определяется рассогласование валов.The prior art knows a technical solution describing a method and apparatus for statically aligning shafts and control over alignment of shafts [US patent US 4,518,855, publication date 05/21/1985], which was adopted as a prototype when creating the present invention. Said shaft alignment device comprises two measuring units, each of which comprises means for generating a directed beam of optical radiation and two-coordinate means for detecting the beam of optical radiation (i.e., a two-coordinate position-sensitive detector). According to the prototype solution, the measuring units are fixed, using special holders, on the shafts to be aligned. This ensures that the beam generated by each of the blocks hits the position-sensitive detector of the opposite block, which give two corresponding signals (coordinates of the point of incidence of the beam). And further, based on the mentioned signals from the position-sensitive detectors of the measuring units, the mismatch of the shafts is determined.

Описанное техническое решение также предусматривает вариант реализации, в котором источники излучения в упомянутых измерительных блоках оснащаются выходными цилиндрическими линзами, которые преобразуют проходящий через них луч от источника (лазера) в «полосу» лазерного излучения. Более того, упомянутые измерительные блоки дополнительно содержат кубический делитель, который делит указанную полосу лазерного излучения на две полосы лазерного излучения, с вертикальной и горизонтальной ориентацией, соответственно, которые и направляются в сторону детектора противоположного измерительного блока. Таким образом, в данном варианте решения-прототипа обеспечивается возможность детектирования не точки падения луча (геометрически малого объекта), а световой полосы (или пересечения световых полос), которая представляет собой пятно падения полосы лазерного света от источника (с цилиндрической линзой на выходе) в плоскости регистрации позиционно-чувствительного детектора. Согласно описанному варианту технического решения-прототипа, достигается некоторое упрощение детектирования луча оптического излучения и увеличение диапазона измерений в такой системе.The described technical solution also provides an implementation option in which the radiation sources in the said measuring units are equipped with output cylindrical lenses that convert the beam passing through them from the source (laser) into a "band" of laser radiation. Moreover, the said measuring units additionally comprise a cubic divider that divides the indicated laser strip into two laser radiation strips, with vertical and horizontal orientations, respectively, which are directed towards the detector side of the opposite measuring unit. Thus, in this embodiment of the prototype solution, it is possible to detect not a point of incidence of a beam (a geometrically small object), but a light strip (or the intersection of light strips), which is a spot of incidence of a strip of laser light from a source (with a cylindrical lens at the output) in registration plane of a position-sensitive detector. According to the described embodiment of the technical solution of the prototype, some simplification of the detection of an optical beam and an increase in the measurement range in such a system are achieved.

Однако в описанном прототипе можно отметить следующие недостатки. Во-первых, преимущества описанного решения достигаются за счет существенного усложнения конструкции измерительных блоков, т.е. увеличения стоимости рассматриваемого устройства. Например, использование двухкоординатного позиционно-чувствительного детектора в измерительных блоках согласно упомянутому решению представляется нерациональным и приводит к увеличению стоимости устройства, поскольку, как было указано выше, для определения взаимного расположения элементов в пространстве в подобной системе достаточно однокоординатного позиционно-чувствительного детектора (при условии повторения измерений в различных положениях измерительных элементов).However, in the described prototype, the following disadvantages can be noted. Firstly, the advantages of the described solution are achieved due to a significant complication of the design of the measuring units, i.e. increase the cost of the device in question. For example, the use of a two-coordinate position-sensitive detector in measuring units according to the mentioned solution seems to be irrational and leads to an increase in the cost of the device, since, as mentioned above, a single-coordinate position-sensitive detector is sufficient to determine the relative position of elements in space in such a system (provided that measurements in various positions of measuring elements).

Далее, применение любого оптического средства преобразования излучения на выходе источника (в данном случае, цилиндрической линзы) снижает выходную мощность излучения, которая далее снижается при распространении излучения от источника к приемнику пропорционально расстоянию между ними. Более того, при больших расстояниях между измерительными блоками, и из-за расходимости оптического пучка (луча) при его распространении, в область детектирования позиционно-чувствительного детектора в каждом из блоков может попадать только часть световой полосы, являющейся изображением, в плоскости регистрации приемника, световой полосы на выходе источника. Таким образом, фактически принимаемая мощность оптического излучения от источника в техническом решении-прототипе снижена, по сравнению с измерительными системами без дополнительного преобразования излучения источника, что ухудшает рабочие характеристики системы, в частности точность и диапазон измерений.Further, the use of any optical radiation conversion means at the source output (in this case, a cylindrical lens) reduces the output radiation power, which further decreases when the radiation propagates from the source to the receiver in proportion to the distance between them. Moreover, at large distances between the measuring units, and due to the divergence of the optical beam (beam) during its propagation, only a part of the light strip, which is an image, in the registration plane of the receiver, can fall into the detection region of a position-sensitive detector light strip at the source output. Thus, the actually received power of the optical radiation from the source in the technical solution prototype is reduced, compared with measuring systems without additional conversion of the radiation of the source, which affects the performance of the system, in particular the accuracy and range of measurements.

В этом отношении необходимо отметить, что поскольку измерения в рассматриваемых системах проводятся в условиях производства, допустимая мощность применяемых в них источников излучения строго ограничена сверху нормами по лазерной безопасности для персонала производства и на практике не превышает 1 мВт (единиц мВт).In this regard, it should be noted that since the measurements in the considered systems are carried out under production conditions, the permissible power of the radiation sources used in them is strictly limited from above by the laser safety standards for production personnel and in practice does not exceed 1 mW (units mW).

Таким образом, в уровне техники есть необходимость в увеличении точности измерений, упрощении процесса настройки, увеличении диапазона измерений и уменьшении стоимости оптических систем для определения взаимного расположения элементов в пространстве.Thus, in the prior art there is a need to increase the accuracy of measurements, simplify the tuning process, increase the measurement range and reduce the cost of optical systems to determine the relative position of elements in space.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей настоящего изобретения является преодоление недостатков, имеющихся в уровне техники. Поставленная задача решается за счет создания оптической измерительной системы для определения взаимного расположения, по меньшей мере, двух элементов в пространстве, соответствующего способа и устройства регистрации оптического излучения для использования в упомянутой оптической измерительной системе.The present invention is to overcome the disadvantages of the prior art. The problem is solved by creating an optical measuring system for determining the relative position of at least two elements in space, the corresponding method and device for recording optical radiation for use in the said optical measuring system.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса настройки, увеличение диапазона измерений в упомянутой оптической измерительной системе и уменьшение ее стоимости.The technical result of the invention is to simplify the tuning process, increase the measurement range in the said optical measuring system and reduce its cost.

Для решения поставленной задачи и достижения связанного с ней результата, в настоящем изобретении заявляется способ определения взаимного расположения, по меньшей мере, двух элементов в пространстве, с помощью оптической измерительной системы, содержащей, по меньшей мере, два измерительных модуля, выполненных с возможностью закрепления на упомянутых элементах, содержащий этапы, на которых:To solve the problem and achieve the result associated with it, the present invention claims a method for determining the relative position of at least two elements in space using an optical measuring system containing at least two measuring modules configured to be mounted on said elements, comprising stages in which:

формируют, с помощью первого измерительного модуля, луч оптического излучения, направленный в сторону второго измерительного модуля;form, using the first measuring module, a beam of optical radiation directed towards the second measuring module;

обеспечивают попадание луча оптического излучения в область детектирования на плоскости регистрации оптического излучения позиционно-чувствительного детектора оптического излучения во втором измерительном модуле;ensure that the beam of optical radiation enters the detection area on the registration plane of the optical radiation of the position-sensitive optical radiation detector in the second measuring module;

определяют, с помощью упомянутого позиционно-чувствительного детектора, по меньшей мере, одну координату изображения луча оптического излучения в пределах области детектирования на плоскости регистрации оптического излучения детектора; иdetermining, using said position-sensitive detector, at least one image coordinate of the optical radiation beam within the detection region on the detection plane of the optical radiation of the detector; and

вычисляют, по меньшей мере, один геометрический параметр, характеризующий взаимное расположение упомянутых, по меньшей мере, двух элементов в пространстве на основании упомянутой, по меньшей мере, одной координаты.at least one geometric parameter is calculated that characterizes the relative position of the at least two elements in space based on the at least one coordinate.

Заявленный способ отличается от прототипа наличием следующих особенностей. Способ содержит этап, на котором: осуществляют преобразование луча оптического излучения с помощью оптического элемента во втором измерительном модуле, до его попадания в упомянутую область детектирования на плоскости регистрации,The claimed method differs from the prototype in the presence of the following features. The method comprises the step of: converting a beam of optical radiation using an optical element in a second measuring module, before it enters the aforementioned detection region on the registration plane,

причем в результате преобразования изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации масштабно преобразуется по двум взаимно перпендикулярным осям, лежащим в этой плоскости и имеющим отличающиеся друг от друга коэффициенты масштабирования,moreover, as a result of the conversion, the image of the optical radiation beam on the registration plane is scaled to transform along two mutually perpendicular axes lying in this plane and having different scaling factors,

причем упомянутая, по меньшей мере, одна координата изображения преобразованного луча оптического излучения представляет собой координату, по меньшей мере, одной из упомянутых осей масштабирования в упомянутой плоскости регистрации.moreover, said at least one image coordinate of the converted optical beam is the coordinate of at least one of said scaling axes in said registration plane.

Согласно изобретению, упомянутое преобразование луча оптического излучения, с помощью оптического элемента, может представлять собой дифракционное разложение, осуществляемое с помощью дифракционной решетки, или анаморфирование, осуществляемое с помощью анаморфота.According to the invention, said conversion of an optical beam using an optical element may be diffraction decomposition carried out using a diffraction grating, or anamorphization carried out using an anamorphic.

Заявленный способ также предусматривает, что этап определения координат изображения луча в плоскости регистрации позиционно-чувствительного детектора может повторяться два или более раз, при этом этап вычисления, по меньшей мере, одного геометрического параметра может выполняться на основании соответствующих двух или более координат, полученных в результате упомянутого повторения. При этом, упомянутое повторение может выполняться после изменения положения в пространстве упомянутых элементов и/или измерительных модулей, например после их поворота вокруг соответствующих осей вращения.The claimed method also provides that the step of determining the coordinates of the image of the beam in the registration plane of a position-sensitive detector can be repeated two or more times, while the step of calculating at least one geometric parameter can be performed based on the corresponding two or more coordinates obtained as a result mentioned repetition. Moreover, the aforementioned repetition can be performed after changing the position in space of the said elements and / or measuring modules, for example, after they are rotated around the corresponding rotation axes.

Способ согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать этап дополнительного преобразования луча оптического излучения с помощью одного или более вспомогательных оптических средств, который может осуществляться как до, так и после этапа преобразования луча с помощью упомянутого оптического средства.The method according to the present invention may further comprise the step of further converting the beam of optical radiation using one or more auxiliary optical means, which can be carried out both before and after the step of converting the beam using the said optical means.

Дополнительно, изобретение предусматривает возможность сохранения данных, полученных в результате упомянутого определения и/или упомянутого вычисления, представления таких данных пользователю в графической и/или другой доступной для восприятия форме и передачи стороннему устройству, с помощью проводного и/или беспроводного соединения.Additionally, the invention provides for the possibility of storing data obtained as a result of said determination and / or said calculation, presenting such data to a user in a graphic and / or other intelligible form, and transmitting it to a third-party device using a wired and / or wireless connection.

Согласно настоящему изобретению также заявляется оптическая измерительная система для определения взаимного расположения, по меньшей мере, двух элементов в пространстве, выполненная с возможностью осуществления способа согласно настоящему изобретению. И более конкретно, заявленная система содержит:The present invention also claims an optical measuring system for determining the relative position of at least two elements in space, configured to implement the method according to the present invention. And more specifically, the claimed system contains:

первый измерительный модуль, выполненный с возможностью закрепления на первом из упомянутых элементов и содержащий блок излучения, выполненный с возможностью формирования направленного луча оптического излучения;the first measuring module, made with the possibility of fixing on the first of these elements and containing a radiation unit, configured to form a directed beam of optical radiation;

второй измерительный модуль, выполненный с возможностью закрепления на втором из упомянутых элементов и содержащий позиционно-чувствительный детектор, выполненный с возможностью определения, по меньшей мере, одной координаты изображения луча оптического излучения в пределах области детектирования на плоскости регистрации оптического излучения детектора; иa second measuring module, configured to be mounted on the second of the mentioned elements and containing a position-sensitive detector, configured to determine at least one image coordinate of the optical beam within the detection area on the detection plane of the optical radiation of the detector; and

модуль обработки, выполненный с возможностью получения данных от первого и второго измерительных модулей, включающих в себя упомянутую, по меньшей мере, одну координату, и возможностью вычисления, по меньшей мере, одного геометрического параметра, характеризующего взаимное расположение упомянутых, по меньшей мере, двух элементов в пространстве, на основании упомянутых данных.a processing module, configured to receive data from the first and second measuring modules, including the aforementioned at least one coordinate, and the ability to calculate at least one geometric parameter characterizing the relative position of the said at least two elements in space, based on the data mentioned.

При этом заявленная система отличается от прототипа тем, что второй измерительный модуль содержит оптический элемент, обеспечивающий преобразование луча оптического излучения до его попадания в упомянутую область детектирования на плоскости регистрации,Moreover, the claimed system differs from the prototype in that the second measuring module contains an optical element that converts the beam of optical radiation before it enters the aforementioned detection region on the registration plane,

Согласно настоящему изобретению, упомянутый оптический элемент может представлять собой дифракционную решетку, осуществляющую дифракционное разложение луча оптического излучения, или анаморфот, осуществляющий анаморфирование изображения луча оптического излучения на упомянутой плоскости регистрации.According to the present invention, said optical element may be a diffraction grating performing diffraction decomposition of an optical radiation beam, or an anamorphic one, which anamorphic an image of an optical radiation beam on said registration plane.

В заявленной системе, определение, по меньшей мере, одной координаты изображения луча оптического излучения может повторяться два или более раз, с получением соответствующих двух или более координат. В этом случае вычисление упомянутого геометрического параметра может выполняться на основании соответствующих двух или более координат. Причем упомянутое повторение может выполняться после изменения положения в пространстве упомянутых элементов и/или измерительных модулей, например после их поворота вокруг соответствующих осей вращения.In the claimed system, the determination of at least one coordinate of the image of the beam of optical radiation can be repeated two or more times, with the receipt of the corresponding two or more coordinates. In this case, the calculation of said geometric parameter may be performed based on the corresponding two or more coordinates. Moreover, the aforementioned repetition can be performed after changing the position in space of the said elements and / or measuring modules, for example, after they are rotated around the corresponding axis of rotation.

Далее, изобретение предусматривает возможность наличия во втором измерительном модуле одного или более вспомогательных оптических средств, выполненных с возможностью дополнительного преобразования луча оптического излучения, которые могут располагаться перед и/или после упомянутого оптического элемента по направлению распространения луча оптического излучения.Further, the invention provides for the possibility of the presence in the second measuring module of one or more auxiliary optical means configured to further convert the optical beam, which can be located before and / or after the optical element in the direction of propagation of the optical beam.

Настоящее изобретение также предусматривает возможность наличия в заявленной системе интерфейса для обмена данными между компонентами системы с помощью проводного и/или беспроводного соединения и запоминающего устройства для сохранения данных. Также заявленная система может содержать средство передачи данных, полученных в системе, стороннему устройству с помощью проводного и/или беспроводного соединения и модуль отображения для представления данных пользователю в графической и/или другой доступной для восприятия форме. Причем упомянутые запоминающее устройство, средство передачи данных и модуль отображения могут быть выполнены как составная часть модуля обработки.The present invention also provides for the possibility in the inventive system of an interface for exchanging data between system components using a wired and / or wireless connection and a storage device for storing data. Also, the claimed system may include means for transmitting data received in the system to a third-party device using a wired and / or wireless connection and a display module for presenting data to the user in graphical and / or other intelligible form. Moreover, said storage device, data transmission means and display module can be made as an integral part of the processing module.

Дополнительно, первый измерительный модуль заявленной системы может содержать элементы, аналогичные элементам второго измерительного модуля, а второй измерительный модуль может содержать элементы, аналогичные элементам первого измерительного модуля. В таком случае измерительные модули могут одновременно проводить двусторонние измерения и являются взаимозаменяемыми.;Additionally, the first measuring module of the claimed system may contain elements similar to the elements of the second measuring module, and the second measuring module may contain elements similar to the elements of the first measuring module. In this case, the measuring modules can simultaneously conduct two-way measurements and are interchangeable .;

Также, согласно настоящему изобретению, первый и/или второй измерительный модули могут содержать процессор и запоминающее устройство. При выполнении этого условия модуль обработки в заявленной системе может быть реализован с помощью программных средств, сохраненных в запоминающем устройстве первого и/или второго измерительного модуля и исполняемых процессором первого и/или второго измерительного модуля.Also, according to the present invention, the first and / or second measurement modules may comprise a processor and a storage device. When this condition is met, the processing module in the claimed system can be implemented using software stored in the memory of the first and / or second measuring module and executed by the processor of the first and / or second measuring module.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, заявляется устройство регистрации оптического излучения, используемое в оптической измерительной системе для определения взаимного расположения, по меньшей мере, двух элементов в пространстве, согласно настоящему изобретению. Более конкретно, заявленное устройство регистрации оптического излучения выполнено с возможностью закрепления на втором элементе из упомянутых элементов, а упомянутая система содержит источник оптического излучения, выполненный с возможностью закрепления на первом элементе из упомянутых элементов и формирования направленного луча оптического излучения.In addition, according to the present invention, an optical radiation recording device is claimed that is used in an optical measuring system for determining the relative position of at least two elements in space according to the present invention. More specifically, the inventive optical radiation recording device is adapted to be mounted on a second element of said elements, and said system comprises an optical radiation source configured to be mounted on a first element of said elements and to form a directed beam of optical radiation.

Заявленное устройство регистрации оптического излучения содержит позиционно-чувствительный детектор, выполненный с возможностью определения, по меньшей мере, одной координаты изображения луча оптического излучения от источника оптического излучения в пределах области детектирования на плоскости регистрации оптического излучения детектора,The claimed optical radiation recording device comprises a position-sensitive detector configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam from the optical radiation source within the detection region on the detection optical radiation registration plane,

при этом упомянутая, по меньшей мере, одна координата характеризует расположение в пространстве данного устройства регистрации по отношению к упомянутому источнику оптического излучения.wherein said at least one coordinate characterizes the location in space of a given recording device with respect to said optical radiation source.

Устройство регистрации оптического излучения согласно настоящему изобретению отличается от прототипа тем, что содержит оптический элемент, обеспечивающий преобразование луча оптического излучения до его попадания в упомянутую область детектирования на плоскости регистрации,The optical radiation recording device according to the present invention differs from the prototype in that it contains an optical element that converts the optical radiation beam before it enters the said detection region on the registration plane,

При этом, заявленное устройство регистрации оптического излучения может дополнительно содержать источник оптического излучения, выполненный с возможностью формирования направленного луча оптического излучения.Moreover, the claimed optical radiation recording device may further comprise an optical radiation source configured to form a directed beam of optical radiation.

Кроме того, согласно изобретению, упомянутый оптический элемент может представлять собой дифракционную решетку, осуществляющую дифракционное разложение луча оптического излучения, или анаморфот, выполняющий анаморфирование изображения луча оптического излучения на упомянутой плоскости регистрации.In addition, according to the invention, said optical element can be a diffraction grating performing diffraction decomposition of an optical radiation beam, or an anamorphic one, performing anamorphic image of an optical radiation beam on said registration plane.

Также, заявленное устройство обеспечивает возможность повторения упомянутого определения координат изображения луча оптического излучения позиционно-чувствительным детектором, два или более раз. Причем указанное повторение может выполняться после изменения положения в пространстве упомянутых элементов, например после их поворота вокруг соответствующих осей вращения.Also, the claimed device provides the ability to repeat the above-mentioned determination of the coordinates of the image of the beam of optical radiation by a position-sensitive detector, two or more times. Moreover, the specified repetition can be performed after changing the position in space of the above-mentioned elements, for example, after their rotation around the corresponding axis of rotation.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, заявленное устройство может содержать один или более вспомогательных оптических средств, выполненных с возможностью дополнительного преобразования луча оптического излучения, которые могут располагаться перед и/или после упомянутого оптического элемента по направлению распространения луча оптического излучения.In addition, according to the present invention, the claimed device may contain one or more auxiliary optical means, configured to additionally convert the beam of optical radiation, which can be located before and / or after the optical element in the direction of propagation of the beam of optical radiation.

Настоящее изобретение также предусматривает возможность наличия в устройстве регистрации оптического излучения запоминающего устройства для сохранения данных, средства передачи данных, получаемых в устройстве, стороннему устройству с помощью проводного и/или беспроводного соединения, и модуля отображения для представления упомянутых данных пользователю в графической и/или другой доступной для восприятия форме.The present invention also provides for the possibility of having a storage device in the optical radiation recording device for storing data, means for transmitting data received in the device, a third-party device using a wired and / or wireless connection, and a display module for presenting said data to a user in a graphic and / or other perceptible form.

Кроме того, заявленное устройство может содержать вычислительный модуль, выполненный с возможностью обработки данных, полученных позиционно-чувствительным детектором для вычисления, по меньшей мере, одного геометрического параметра, характеризующего расположение в пространстве упомянутого первого элемента по отношению к упомянутому второму элементу.In addition, the claimed device may include a computing module configured to process data obtained by a position-sensitive detector to calculate at least one geometric parameter characterizing the spatial arrangement of said first element with respect to said second element.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Настоящее изобретение подробно раскрывается ниже в описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения и иллюстрируется следующими чертежами:The present invention is described in detail below in the description of preferred embodiments of the invention and is illustrated by the following drawings:

Фиг.1 иллюстрирует оптическую измерительную систему для определения взаимного расположения, по меньшей мере, двух элементов в пространстве согласно настоящему изобретению.Figure 1 illustrates an optical measuring system for determining the relative position of at least two elements in space according to the present invention.

Фиг.2 иллюстрирует примеры изображения луча оптического излучения в области детектирования на плоскости регистрации оптического излучения в позиционно-чувствительном детекторе.Figure 2 illustrates examples of images of an optical beam in the detection area on the plane of registration of optical radiation in a position-sensitive detector.

Фиг.3 детально иллюстрирует устройство регистрации оптического излучения в составе оптической измерительной системы для определения взаимного расположения, по меньшей мере, двух элементов в пространстве согласно настоящему изобретению.Figure 3 illustrates in detail a device for recording optical radiation as part of an optical measuring system for determining the relative position of at least two elements in space according to the present invention.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Настоящее изобретение далее поясняется на основании примеров осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.The present invention is further explained on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

На фиг.1 представлено схематическое изображение оптической измерительной системы (10) для определения взаимного расположения, по меньшей мере, двух элементов (01, 02) в пространстве согласно настоящему изобретению.Figure 1 presents a schematic representation of an optical measuring system (10) for determining the relative position of at least two elements (01, 02) in space according to the present invention.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения элементы (01, 02) представляют собой валы, закрепленные в блоках промышленного оборудования, с возможностью вращения вокруг соответствующих осей вращения.In a preferred embodiment of the invention, the elements (01, 02) are shafts fixed in blocks of industrial equipment, with the possibility of rotation around the respective axis of rotation.

Однако элементы (01, 02) не ограничиваются приведенным выше конкретным вариантом осуществления, они могут быть любыми материальными объектами, которые могут размещаться в пространстве произвольным образом. Соответственно, в настоящей заявке термин «элемент» должен пониматься в самом общем смысле.However, the elements (01, 02) are not limited to the above specific embodiment, they can be any material objects that can be arbitrarily placed in space. Accordingly, in the present application, the term “element” should be understood in the most general sense.

Упомянутые оси вращения элементов (01, 02) предпочтительно являются также их осями симметрии, однако могут быть любыми осями, вокруг которых осуществляется поворот соответствующих элементов.The mentioned axis of rotation of the elements (01, 02) are preferably also their axis of symmetry, however, they can be any axis around which the rotation of the corresponding elements is carried out.

Система (10) включает в себя первый измерительный модуль (11), выполненный с возможностью закрепления на первом (01) из упомянутых элементов; второй измерительный модуль (12), выполненный с возможностью закрепления на втором (02) элементе; и модуль (13) обработки, выполненный с возможностью получения и обработки данных от первого и второго измерительных модулей.System (10) includes a first measuring module (11), configured to be fixed to the first (01) of said elements; the second measuring module (12), made with the possibility of fixing on the second (02) element; and a processing module (13) configured to receive and process data from the first and second measurement modules.

Система (10) выполнена с возможностью проведения измерений и вычисления на их основе набора геометрических параметров (в простейшем случае, одного геометрического параметра), характеризующего рассогласование элементов (01, 02) в пространстве, т.е. характеризующего расположение элемента (01) в пространстве по отношению к элементу (02). Отметим, что один и тот же набор геометрических параметров характеризует также расположение элемента (02) в пространстве по отношению к элементу (01). Учитывая вышесказанное, термины «расположение одного элемента по отношению к другому» и «взаимное расположение элементов» являются синонимами и используются далее взаимозаменяемо. Также специалистам в данной области должно быть понятно, что определение рассогласования элементов в пространстве подразумевает определение взаимного расположения этих элементов, и наоборот.System (10) is configured to perform measurements and calculate on their basis a set of geometric parameters (in the simplest case, one geometric parameter) characterizing the mismatch of elements (01, 02) in space, i.e. characterizing the location of the element (01) in space with respect to the element (02). Note that the same set of geometric parameters also characterizes the location of element (02) in space with respect to element (01). Given the above, the terms "the location of one element in relation to another" and "the relative position of the elements" are synonyms and are used interchangeably hereinafter. Also, specialists in this field should be clear that the definition of the mismatch of elements in space involves determining the relative position of these elements, and vice versa.

Отметим также, что взаимное расположение в пространстве рассматриваемых элементов (01, 02) может характеризоваться любым рассогласованием, как по величине, так и по типу, включая комбинированное рассогласование (например, продольное и угловое), однако понятно, что любое рассогласование можно описать некоторым набором геометрических параметров с заданной точностью. Необходимая точность измерений в системе (10) зависит от особенностей конкретной решаемой задачи и условий, в которых она используется. Например, для современных измерительных систем определения рассогласования между элементами промышленного оборудования задается требование по разрешающей способности в 0,01 мм или менее.We also note that the relative position in the space of the elements under consideration (01, 02) can be characterized by any mismatch, both in magnitude and type, including combined mismatch (for example, longitudinal and angular), but it is clear that any mismatch can be described by some set geometric parameters with a given accuracy. The required measurement accuracy in system (10) depends on the features of the particular problem being solved and the conditions in which it is used. For example, for modern measurement systems for determining the mismatch between elements of industrial equipment, a resolution requirement of 0.01 mm or less is specified.

Согласно фиг.1, первый измерительный модуль (11) содержит блок (111) излучения, выполненный с возможностью генерации луча (03) оптического излучения в направлении второго измерительного модуля (12). Второй измерительный модуль (12) содержит позиционно-чувствительный детектор (121), выполненный с возможностью определения координат изображения (пятна падения) луча (03) оптического излучения в переделах области детектирования на плоскости (122) регистрации оптического излучения позиционно-чувствительного детектора. Областью детектирования называется координатная область, в пределах которой детектор может определять координаты изображения (пятна падения) луча оптического излучения. Геометрические размеры упомянутой области детектирования являются одним из важнейших параметров, определяющих возможности системы (10). В частности, от размеров области детектирования зависит сложность настройки системы для начала измерений (сложность попадания точки падения луча (03) в пределы упомянутой области), а также диапазон измерений. Под диапазоном измерений в данном случае понимается диапазон по величине рассогласования элементов (01, 02) в пространстве, в пределах которого технически возможно осуществить измерения с помощью системы (10), т.е. технически возможно обеспечить попадание луча (03) в область детектирования.According to figure 1, the first measuring module (11) contains a block of radiation (111), configured to generate a beam (03) of optical radiation in the direction of the second measuring module (12). The second measuring module (12) contains a position-sensitive detector (121), configured to determine the coordinates of the image (spot) of the beam (03) of optical radiation in the redistribution of the detection area on the plane (122) of recording optical radiation of the position-sensitive detector. The detection area is the coordinate area within which the detector can determine the image coordinates (incidence spots) of the optical beam. The geometric dimensions of the mentioned detection region are one of the most important parameters that determine the capabilities of the system (10). In particular, the complexity of tuning the system for starting measurements (the complexity of getting the point of incidence of the beam (03) within the limits of the mentioned region), as well as the measurement range, depends on the size of the detection region. In this case, the measurement range is understood as the range of the magnitude of the mismatch of elements (01, 02) in space, within which it is technically possible to carry out measurements using system (10), i.e. it is technically possible to ensure that the beam (03) enters the detection region.

Для специалистов в данной области техники также должно быть понятно, что функциональные возможности позиционно-чувствительного детектора (121) в системе (10) могут выполнять разные устройства. Например, позиционно-чувствительный детектор (также распространенным является название «координатный детектор») может быть PIN фотодиодом с одинаковым значением сопротивления в одном или двух направлениях, обеспечивающий возможность определения координат точки (пятна) падения луча оптического излучения в его фоточувствительной области. В качестве альтернативы, позиционно-чувствительным детектором может быть ПЗС-матрица любого типа, и т.д. Соответственно, под термином «позиционно-чувствительный детектор» в настоящем изобретении понимается любое техническое средство регистрации оптического излучения, которое обеспечивает возможность определения точки падения луча от источника на своей плоскости регистрации оптического излучения. Любые средства соответствующего назначения, которые будут разработаны в будущем, также должны попадать в рамки определения позиционно-чувствительного детектора согласно настоящему изобретению.It should also be understood by those skilled in the art that the functionality of a position-sensitive detector (121) in system (10) can be performed by different devices. For example, a position-sensitive detector (also known as the “coordinate detector”) can be a PIN photodiode with the same resistance value in one or two directions, which makes it possible to determine the coordinates of the point (spot) of the incidence of the optical radiation beam in its photosensitive region. Alternatively, a position-sensitive detector may be any type of CCD, etc. Accordingly, the term "position-sensitive detector" in the present invention refers to any technical means for recording optical radiation, which provides the ability to determine the point of incidence of the beam from the source on its plane of registration of optical radiation. Any means of an appropriate purpose that will be developed in the future should also fall within the scope of the definition of a position-sensitive detector according to the present invention.

В соответствии с описанным выше назначением, далее для краткости, первый измерительный модуль (11) также может называться модулем (11) источника, а второй измерительный модуль (12) - модулем (12) детектора.In accordance with the purpose described above, hereinafter for brevity, the first measuring module (11) may also be called the source module (11), and the second measuring module (12) the detector module (12).

После закрепления измерительных модулей (11, 12) системы (10) на соответствующих элементах (01, 02), взаимное расположение которых необходимо определить, оператор осуществляет процесс настройки системы (10). В результате настройки, обеспечивается такая траектория распространения луча (03) оптического излучения, формируемого блоком (111) излучения первого модуля (11), что его изображение располагается в области детектирования на плоскости (122) регистрации оптического излучения позиционно-чувствительного детектора (121) второго модуля (12). Упомянутый процесс настройки может аналогичным образом называться поиском рабочей точки системы (10).After fixing the measuring modules (11, 12) of the system (10) to the corresponding elements (01, 02), the relative position of which must be determined, the operator carries out the process of tuning the system (10). As a result of the adjustment, such a propagation path of the optical beam (03) of the radiation generated by the radiation unit (111) of the first module (11) is ensured that its image is located in the detection region on the plane (122) of recording optical radiation of the position-sensitive detector (121) of the second module (12). The mentioned adjustment process can similarly be called the search for the operating point of the system (10).

После успешного завершения настройки, измерение с помощью системы (10) осуществляется следующим образом. Определяются показания (т.е. координата(ы) изображения луча (03)) позиционно-чувствительного детектора (121) в положении А измерительных модулей. По умолчанию, под положением А подразумевается положение элементов (01, 02) и измерительных модулей (11, 12) по окончанию настройки. Однако положение А может быть любым положением элементов (01, 02) и/или измерительных модулей (11, 12) в пространстве, при котором возможно осуществить измерение в системе (10).After successful completion of the setup, measurement using the system (10) is carried out as follows. The readings (i.e., the coordinate (s) of the beam image (03)) of the position-sensitive detector (121) in position A of the measurement modules are determined. By default, position A means the position of the elements (01, 02) and measuring modules (11, 12) at the end of the setting. However, the position A can be any position of the elements (01, 02) and / or measuring modules (11, 12) in the space at which it is possible to measure in the system (10).

После этого, элементы (01, 02) вместе с закрепленными на них измерительными модулями (11, 12) поворачиваются вокруг соответствующих осей вращения, по возможности согласованным образом, в положение В. Под согласованным поворотом в данном случае подразумевается такой поворот элементов (01, 02) и/или измерительных модулей (11, 12), при котором сдвиг изображения луча (03) в области детектирования позиционно-чувствительного детектора (121) обусловлен только рассогласованием элементов (01, 02), а не смещением модуля (12) приемника относительно модуля (11) источника. Другими словами, согласованный поворот подразумевает поворот на один и тот же угол в плоскости поперечного сечения элементов (или одного из элементов). Предпочтительно, осуществляется согласованный поворот элементов (01, 02) на угол в 30 градусов, по отношению к положению А. Однако необходимо понимать, что установка элементов (01, 02) и/или измерительных модулей (11, 12) в положение В может быть проведена и любым подходящим способом, например повторным закреплением их на элементах (01, 02) в положении, отличающемся от положения А, без поворота самих элементов (01, 02). Аналогично, положение В может отличаться от положения А на любую угловую величину, не ограничиваясь величиной угла в 30 градусов, указанной выше в качестве примера.After that, the elements (01, 02), together with the measuring modules attached to them (11, 12), are rotated around the corresponding rotation axes, if possible in a coordinated manner, into position B. By a coordinated rotation in this case is meant such a rotation of the elements (01, 02 ) and / or measuring modules (11, 12), in which the image shift of the beam (03) in the detection region of the position-sensitive detector (121) is caused only by the mismatch of the elements (01, 02), and not by the offset of the receiver module (12) relative to the module (11) source . In other words, a coordinated rotation means a rotation at the same angle in the plane of the cross-section of the elements (or one of the elements). Preferably, a coordinated rotation of the elements (01, 02) is made at an angle of 30 degrees with respect to position A. However, it must be understood that setting the elements (01, 02) and / or measuring modules (11, 12) to position B can be carried out by any suitable method, for example, by re-securing them on the elements (01, 02) in a position different from position A, without turning the elements themselves (01, 02). Similarly, position B may differ from position A by any angular value, not limited to an angle of 30 degrees, indicated above as an example.

На следующем этапе работы осуществляется измерение показаний позиционно-чувствительного детектора (121) в положении В. Далее, по аналогии с описанными выше измерениями в положениях А и В, осуществляются измерения показаний позиционно-чувствительного детектора (121) в отличающихся друг от друга положениях измерительных модулей, вплоть до составления системы уравнений, достаточной для вычисления набора геометрических параметров, характеризующих взаимное расположение в пространстве элементов (01, 02) с заданной степенью точности.At the next stage of work, the readings of the position-sensitive detector (121) are measured in position B. Then, by analogy with the measurements described above in positions A and B, the readings of the position-sensitive detector (121) are measured at different positions of the measuring modules up to the compilation of a system of equations sufficient to calculate a set of geometric parameters characterizing the mutual arrangement in the space of elements (01, 02) with a given degree of accuracy.

Как уже отмечалось выше, для определения набора геометрических параметров, характеризующих рассогласование элементов (01, 02) в пространстве с заданной точностью, достаточно в каждом из положений А, В и т.д. определять только одну из координат точки падения (изображения) луча (03) в области детектирования на плоскости (122) регистрации позиционно-чувствительного детектора (121).As noted above, to determine the set of geometric parameters characterizing the mismatch of elements (01, 02) in space with a given accuracy, it is enough in each of the positions A, B, etc. determine only one of the coordinates of the point of incidence (image) of the beam (03) in the detection area on the registration plane (122) of the position-sensitive detector (121).

Необходимым условием измерений с помощью системы (10) является попадание, по меньшей мере, части изображения луча (03) оптического излучения в пределы области детектирования на плоскости (122) регистрации оптического излучения позиционно-чувствительного детектора (121), например, как это изображено на фиг.2. Данное условие однозначно задает диапазон измерений системы (10). Предельная величина упомянутой части изображения луча (которая может характеризоваться, например, отношением оптической мощности, соответствующей части изображения, к полной мощности), достаточная для проведения измерений в системе (10), определяется параметрами системы. А именно: величиной чувствительности детектора, мощностью оптического излучения, формируемого модулем (11) источника, а также затуханием оптической мощности при распространении луча (03) до плоскости (122) регистрации (параметрами среды распространения, например присутствием газов на пути распространения луча).A necessary condition for measurements using the system (10) is that at least part of the image of the beam (03) of optical radiation falls within the detection region on the plane (122) of recording optical radiation from a position-sensitive detector (121), for example, as shown in figure 2. This condition uniquely sets the measurement range of the system (10). The limiting value of the mentioned part of the image of the beam (which can be characterized, for example, by the ratio of the optical power, the corresponding part of the image to the total power), sufficient for measurements in the system (10), is determined by the parameters of the system. Namely: the value of the sensitivity of the detector, the power of the optical radiation generated by the source module (11), as well as the attenuation of the optical power during beam propagation (03) to the registration plane (122) (parameters of the propagation medium, for example, the presence of gases on the beam propagation path).

Согласно варианту осуществления изобретения, на входе модуля (12) детектора, по направлению распространения луча (03) от модуля (11) источника, размещен оптический элемент (123). Оптический элемент (123) обеспечивает преобразование луча (03) до его попадания в область детектирования на плоскости (122) регистрации с целью расширения диапазона измерений системы (10).According to an embodiment of the invention, an optical element (123) is placed at the input of the detector module (12), in the direction of beam propagation (03) from the source module (11). The optical element (123) converts the beam (03) before it enters the detection area on the registration plane (122) in order to expand the measurement range of the system (10).

На фиг.2 схематически изображена область детектирования в плоскости (122) регистрации детектора (121), а также примерный вид обычного (не преобразованного) изображения (04) луча оптического излучения и примерный вид преобразованного изображения (05) луча (03), согласно настоящему изобретению.Figure 2 schematically shows the detection area in the registration plane (122) of the detector (121), as well as an exemplary view of a conventional (not converted) image (04) of an optical beam and an exemplary view of a converted image (05) of a beam (03), according to the present invention.

Как можно видеть на фиг.2, в результате упомянутого преобразования с помощью оптического элемента (123), изображение (05) масштабируется с увеличением по одной из координатных осей в плоскости (122) регистрации излучения. Предпочтительно, изображение луча (03) на плоскости (122) преобразуется в световую полосу (05), вместо обычного светового пятна (04), имеющего форму круга. В соответствии с формой преобразованного изображения (05) и геометрическими соотношениями, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что часть световой полосы (05) будет попадать в пределы ограниченной геометрической области детектирования на плоскости (122) при большей величине сдвига вдоль, по меньшей мере, одной из координатных осей, заданных в данной плоскости. В частности, как изображено на фиг.2, по координатной оси (06), параллельной световой линии (05). Таким образом, можно сделать вывод, что описанное выше преобразование луча (03) с помощью оптического элемента (123) обеспечивает расширение диапазона детектирования изображения луча (03) по одной из координатных осей на плоскости (122) регистрации. Учитывая, что для определения рассогласования элементов (01, 02) в пространстве достаточно регистрации только одной из координат точки падения луча (03) на плоскость (122) детектора в серии повторяющихся измерений (в положениях А, В и т.д.), упомянутое расширение диапазона детектирования равнозначно увеличению диапазона измерений в системе (10).As can be seen in FIG. 2, as a result of the aforementioned conversion using the optical element (123), the image (05) is scaled to increase along one of the coordinate axes in the radiation detection plane (122). Preferably, the image of the beam (03) on the plane (122) is converted into a light strip (05), instead of the usual light spot (04) having the shape of a circle. In accordance with the shape of the transformed image (05) and geometric relationships, it will be understood by those skilled in the art that part of the light strip (05) will fall within the limited geometric detection area on the plane (122) with a larger shift along at least at least one of the coordinate axes defined in this plane. In particular, as shown in FIG. 2, along the coordinate axis (06) parallel to the light line (05). Thus, we can conclude that the above-described transformation of the beam (03) using the optical element (123) provides an extension of the detection range of the image of the beam (03) along one of the coordinate axes on the registration plane (122). Given that to determine the mismatch of elements (01, 02) in space, it is sufficient to register only one of the coordinates of the point of incidence of the ray (03) on the plane (122) of the detector in a series of repeated measurements (at positions A, B, etc.), expanding the detection range is equivalent to increasing the measurement range in the system (10).

Описанное выше и проиллюстрированное на фиг.2 масштабное преобразование изображения луча (03) в плоскости (122) является только одним из возможных вариантов осуществления упомянутого преобразования согласно настоящему изобретению. В общем случае настоящее изобретение включает в себя масштабное преобразование изображения луча (03) на плоскости (122) по двум взаимно перпендикулярным осям, лежащим в плоскости (122) и имеющим отличающиеся друг от друга коэффициенты масштабирования.The scale transformation of the image of the beam (03) in the plane (122) described above and illustrated in FIG. 2 is only one of the possible embodiments of the said conversion according to the present invention. In the General case, the present invention includes a large-scale transformation of the image of the beam (03) on the plane (122) along two mutually perpendicular axes lying in the plane (122) and having different scaling factors.

При этом, согласно данному варианту осуществления изобретения, в позиционно-чувствительном детекторе (121) регистрируется только одна из координат изображения (05) преобразованного луча, а именно координата расположения оси масштабного преобразования с большим коэффициентом масштабирования. Например, если преобразованное изображение (05) имеет форму световой полосы, в детекторе (121) будет определяться только координата изображения по оси (06), перпендикулярной центральной линии симметрии световой полосы.In this case, according to this embodiment of the invention, only one of the image coordinates of the transformed beam is recorded in the position-sensitive detector (121), namely, the coordinate of the axis location of the scale transformation with a large scaling factor. For example, if the converted image (05) has the shape of a light strip, only the image coordinate along the axis (06) perpendicular to the center line of symmetry of the light strip will be determined in the detector (121).

Описанное выше преобразование луча (03) осуществляется с помощью оптического элемента (123), размещенного на входе модуля (12) детектора. Более подробно модуль (12) детектора изображен на фиг.3. Отметим, что оптический элемент (123) согласно настоящему изобретению, может обеспечивать преобразование луча (03) оптического излучения как при его прохождении через элемент (123), так и посредством отражения от элемента (123).The beam conversion (03) described above is carried out using an optical element (123) located at the input of the detector module (12). In more detail, the detector module (12) is shown in FIG. Note that the optical element (123) according to the present invention, can provide the conversion of the beam (03) of optical radiation as it passes through the element (123), and by reflection from the element (123).

В одном из вариантов осуществления изобретения, оптический элемент (123) представляет собой дифракционную решетку и обеспечивает дифракционное разложение проходящего через него луча (03) оптического излучения, однако не ограничивается данным конкретным примером. В другом варианте осуществления, оптический элемент (123) может представлять собой анаморфот (например, плоскую линзу или объектив анаморфот), который, соответственно, обеспечивает анаморфирование изображения луча (03) на плоскости (122) регистрации оптического излучения, посредством преобразования проходящего через него, или отраженного луча (03). Более того, оптический элемент (123) согласно настоящему изобретению не ограничен перечисленными выше примерными вариантами осуществления и может быть реализован с помощью любых подходящих одного или нескольких оптических средств, выполняющих преобразование светового излучения с соответствующим масштабированием изображения луча (03) в плоскости (122) регистрации позиционно-чувствительного детектора (121).In one embodiment of the invention, the optical element (123) is a diffraction grating and provides diffraction decomposition of the optical radiation beam (03) passing through it, but is not limited to this specific example. In another embodiment, the optical element (123) may be an anamorphic (for example, a flat lens or anamorphic lens), which, respectively, provides anamorphic image of the beam (03) on the plane (122) of recording optical radiation by converting passing through it, or reflected beam (03). Moreover, the optical element (123) according to the present invention is not limited to the above exemplary embodiments, and can be implemented using any suitable one or more optical means that convert light radiation with appropriate scaling of the image of the beam (03) in the registration plane (122) position sensitive detector (121).

В предпочтительном варианте осуществления позиционно-чувствительный детектор (121) является однокоординатным детектором, что обеспечивает существенное снижение стоимости системы (10). В данном варианте осуществления координатная ось однокоординатного детектора будет соответствовать координатной оси (06), отмеченной на фиг.2.In a preferred embodiment, the position-sensitive detector (121) is a single-axis detector, which provides a significant reduction in the cost of the system (10). In this embodiment, the coordinate axis of the single-axis detector will correspond to the coordinate axis (06) marked in FIG. 2.

Однако настоящее изобретение не ограничивается указанным выше вариантом осуществления, поскольку детектор (121) также может представлять собой двухкоординатный детектор, если параметры конкретной решаемой задачи требуют определения двух координат изображения (05) луча.However, the present invention is not limited to the aforementioned embodiment, since the detector (121) can also be a two-coordinate detector, if the parameters of a particular problem being solved require the determination of two coordinates of the image (05) of the beam.

Вне зависимости от типа позиционно-чувствительного детектора (121), в системе (10) согласно настоящему изобретению достигается упрощение процесса настройки и расширение диапазона измерений, по сравнению с известным уровнем техники.Regardless of the type of position-sensitive detector (121), in the system (10) according to the present invention, a simplification of the tuning process and an extension of the measurement range are achieved in comparison with the prior art.

Согласно варианту осуществления изобретения, модуль (13) обработки представляет собой вычислительное устройство, соединенное с возможностью передачи данных с измерительными модулями (11, 12), которое осуществляет обработку этих данных и вычисляет на их основе набор геометрических параметров, характеризующий рассогласование элементов (01, 02) в пространстве. Модуль (13) обработки может представлять собой любое устройство с возможностью обработки данных, такое как контроллер, процессор, микропроцессор, программируемую интегральную схему и т.д.According to an embodiment of the invention, the processing module (13) is a computing device connected to the possibility of transmitting data with measuring modules (11, 12), which processes this data and calculates on their basis a set of geometric parameters characterizing the mismatch of elements (01, 02 ) in space. The processing module (13) can be any device with the ability to process data, such as a controller, processor, microprocessor, programmable integrated circuit, etc.

В другом варианте осуществления, один или оба измерительных модуля (11, 12) могут содержать средство обработки данных, такое как процессор, и/или средство хранения данных, такое как машиночитаемый носитель любого типа. В этом случае, модуль (13) обработки может быть реализован с помощью программных средств, например, в виде набора машинных кодов, записанных на упомянутом носителе и исполняемых упомянутым процессором.In another embodiment, one or both of the measurement modules (11, 12) may comprise data processing means, such as a processor, and / or data storage means, such as any type of computer readable medium. In this case, the processing module (13) can be implemented using software, for example, in the form of a set of machine codes recorded on said medium and executed by said processor.

Кроме того, в одном из вариантов осуществления изобретения, система (10) может содержать вспомогательные модули для осуществления сбора данных из измерительных модулей (11, 12) и модуля (13) обработки, их передачи, хранения и представления пользователю. В числе упомянутых вспомогательных модулей, система (10) может содержать интерфейс для обмена данными между компонентами системы с помощью проводного и/или беспроводного соединения. Аналогично, система (10) может включать в себя средство передачи данных, выполненное с возможностью передачи данных, полученных в измерительных модулях (11, 12) и/или модуле (13) обработки, стороннему устройству с помощью проводного и/или беспроводного соединения.In addition, in one embodiment, the system (10) may include auxiliary modules for collecting data from the measuring modules (11, 12) and the processing module (13), their transmission, storage and presentation to the user. Among these auxiliary modules, system (10) may include an interface for exchanging data between system components using a wired and / or wireless connection. Similarly, the system (10) may include data transmission means configured to transmit data received in the measurement modules (11, 12) and / or the processing module (13) to a third-party device using a wired and / or wireless connection.

Также система (10) может содержать запоминающее устройство, выполненное с возможностью сохранения данных, полученных в измерительных модулях (11, 12) и/или модуле (13) обработки, которое может быть выполнено как часть одного из модулей (11, 12, 13) системы (10), или же как отдельное устройство.The system (10) may also contain a storage device configured to store data obtained in the measuring modules (11, 12) and / or the processing module (13), which can be performed as part of one of the modules (11, 12, 13) system (10), or as a separate device.

Далее система (10) может включать в себя модуль отображения, выполненный с возможностью представления данных, полученных в измерительных модулях (11, 12) и/или модуле (13) обработки, пользователю в графической и/или другой доступной для восприятия форме.Further, the system (10) may include a display module, configured to present the data obtained in the measuring modules (11, 12) and / or the processing module (13) to the user in a graphic and / or other readable form.

Все упомянутые выше вспомогательные модули могут быть реализованы любыми программно-аппаратными средствами, известными в уровне техники. Причем в разных вариантах осуществления, упомянутые вспомогательные модули могут быть реализованы в качестве составных частей, по меньшей мере, одного из измерительных модулей (11, 12) и модуля (13) обработки.All the auxiliary modules mentioned above can be implemented by any firmware known in the art. Moreover, in various embodiments, the aforementioned auxiliary modules can be implemented as components of at least one of the measuring modules (11, 12) and the processing module (13).

В соответствии с принципами, изложенными выше в варианте осуществления изобретения в виде оптической измерительной системы (10), настоящее изобретение предусматривает также способ определения взаимного расположения, по меньшей мере, двух элементов в пространстве, с помощью оптической измерительной системы (10). Этапы заявляемого способа, конкретно изложенные в формуле изобретения, полностью соответствуют функциональным возможностям элементов системы (10) и выполняются с помощью этих элементов. Поэтому подробное описание способа определения взаимного расположения элементов в пространстве согласно настоящему изобретению опущено здесь для краткости.In accordance with the principles set forth above in the embodiment of the invention in the form of an optical measuring system (10), the present invention also provides a method for determining the relative position of at least two elements in space using an optical measuring system (10). The steps of the proposed method, specifically set forth in the claims, are fully consistent with the functionality of the elements of the system (10) and are performed using these elements. Therefore, a detailed description of the method for determining the relative position of elements in space according to the present invention is omitted here for brevity.

Также, заявленное изобретение включает в себя устройство регистрации оптического излучения для использования в системе (10) в качестве модуля (12) детектора, примерный вариант осуществления которого изображен на фиг.3. Соответственно, описание элементов упомянутого устройства регистрации оптического излучения, подробно изложенное в нижеследующей формуле изобретения, полностью повторяет описание соответствующих элементом модуля (12) детектора (т.е. измерительного модуля (12)). Поэтому подробное описание устройства регистрации оптического излучения согласно настоящему изобретению опущено здесь для краткости.Also, the claimed invention includes an optical radiation recording device for use in the system (10) as a detector module (12), an exemplary embodiment of which is shown in FIG. 3. Accordingly, the description of the elements of said optical radiation recording device, described in detail in the following claims, completely repeats the description of the corresponding detector module (12) (i.e., measuring module (12)). Therefore, a detailed description of an optical radiation recording apparatus according to the present invention is omitted here for brevity.

Для специалистов в данной области техники будет понятно, что функциональные возможности описанных выше модулей системы (10), и/или устройства регистрации оптического излучения, а также действия соответствующих этапов способа согласно настоящему изобретению, могут быть реализованы с помощью программных средств, в частности с помощью машинных кодов, сохраненных на машиночитаемом носителе, которые исполняются вычислительным устройством, например процессором.It will be understood by those skilled in the art that the functionality of the above-described modules of the system (10) and / or the optical radiation recording device, as well as the actions of the corresponding steps of the method according to the present invention, can be implemented using software, in particular using machine codes stored on a computer-readable medium that are executed by a computing device, such as a processor.

Кроме того, необходимо отметить, что не все из описанных выше компонентов системы (10) являются необходимыми для достижения технического результата настоящего изобретения, поэтому могут быть исключены из системы (10) в определенном варианте изобретения.In addition, it should be noted that not all of the above components of the system (10) are necessary to achieve the technical result of the present invention, therefore, they can be excluded from the system (10) in a particular embodiment of the invention.

Учитывая все вышесказанное, настоящее описание вариантов осуществления изобретения не должно интерпретироваться в ограничительном плане, поскольку содержит только примеры осуществления аспектов изобретения, приведенные с целью объяснения ключевых аспектов настоящего изобретения. Соответственно, объем изобретения определяется только нижеследующей формулой изобретения, и любые измерения в описанных выше вариантах осуществления изобретения, которые могут быть предложены специалистами в данной области техники после прочтения данного описания, должны рассматриваться, как попадающие в объем настоящего изобретения.In view of the foregoing, the present description of embodiments of the invention should not be interpreted in a restrictive way, since it contains only examples of the implementation of aspects of the invention, given to explain key aspects of the present invention. Accordingly, the scope of the invention is defined only by the following claims, and any measurements in the above-described embodiments of the invention that may be proposed by those skilled in the art after reading this description should be considered as falling within the scope of the present invention.

Claims

1. The method of determining the relative position of at least two elements in space using an optical measuring system containing at least two measuring modules made with the possibility of fixing on said elements, comprising stages in which:
form using the first measuring module a beam of optical radiation directed towards the second measuring module;
ensure that the beam of optical radiation enters the detection area on the registration plane of the optical radiation of the position-sensitive optical radiation detector in the second measuring module;
determining, using said position-sensitive detector, at least one image coordinate of the optical beam in a rectangular coordinate system within the detection area on the detection plane of the optical radiation of the detector; and
calculating at least one geometric parameter characterizing the relative position of said at least two elements in space based on said at least one coordinate;
characterized in that the method comprises the step of:
carry out the conversion of the formed beam of optical radiation using the optical element in the second measuring module before it enters the aforementioned detection region on the registration plane,
moreover, as a result of the aforementioned conversion of the optical radiation beam using the optical element, the image of the optical radiation beam on the registration plane is scaled on two mutually perpendicular axes lying in this plane and having different scaling factors,
moreover, said image coordinate of the converted optical beam is a coordinate defining a position corresponding to one of said scaling axes in a rectangular coordinate system on said registration plane.

2. The method according to claim 1, in which the said conversion of the beam of optical radiation is a diffraction decomposition carried out using a diffraction grating.

3. The method according to claim 1, in which the said conversion of the beam of optical radiation is anamorphic carried out using anamorphic.

4. The method according to claim 1, wherein said step of determining at least one image coordinate of the optical beam is repeated two or more times,
wherein said calculation step comprises calculating said at least one geometric parameter based on corresponding two or more coordinates obtained as a result of said repetition.

5. The method according to claim 4, in which the aforementioned repetition of the step of determining at least one coordinate of the image of the beam of optical radiation is performed after changing the position in space of the said elements and / or measuring modules.

6. The method according to claim 5, in which said change in position in space is the rotation of the said elements and / or measuring modules around the respective axes of rotation.

7. The method according to claim 1, further comprising the step of performing an additional conversion of the optical beam using one or more optical means, said additional conversion being performed before and / or after said conversion step.

8. The method according to claim 1, further comprising a step in which data obtained as a result of said determination step and / or said calculation step is presented to a user in graphical and / or other intelligible form.

9. The method according to claim 1, additionally containing a stage in which data obtained as a result of said determination stage and / or said calculation step is transmitted to a third-party device using a wired and / or wireless connection.

10. An optical measuring system for determining the relative position of at least two elements in space, comprising:
the first measuring module, made with the possibility of fixing on the first of these elements and containing a radiation unit, configured to form a directed beam of optical radiation;
a second measuring module, configured to be mounted on the second of the mentioned elements and containing a position-sensitive detector, configured to determine at least one image coordinate of the optical beam in a rectangular coordinate system within the detection area on the detection plane of the optical radiation of the detector; and
a processing module, configured to receive data from the first and second measuring modules, including the aforementioned at least one coordinate, and the ability to calculate at least one geometric parameter characterizing the relative position of the said at least two elements in space based on the data mentioned;
characterized in that the second measuring module contains:
an optical element that converts the beam of optical radiation before it enters the aforementioned detection region on the registration plane,
moreover, as a result of the aforementioned conversion of the optical radiation beam using the optical element, the image of the optical radiation beam on the registration plane is scaled on two mutually perpendicular axes lying in this plane and having different scaling factors,
wherein said image coordinate of the converted optical beam is a coordinate defining a position corresponding to one of said scaling axes in a rectangular coordinate system on said registration plane.

11. The system of claim 10, in which said optical element is a diffraction grating and performs diffraction decomposition.

12. The system of claim 10, in which said optical element is an anamorphic and performs anamorphic image of the beam of optical radiation on said registration plane.

13. The system of claim 10, in which the second measuring module is configured to repeat the aforementioned determination of at least one coordinate of the image of the beam of optical radiation two or more times,
moreover, the processing module is further configured to calculate said at least one geometric parameter based on two or more coordinates obtained as a result of said repetition.

14. The system of claim 13, wherein said repetition of the determination of at least one image coordinate of the optical beam is performed after the spatial position of said elements and / or measurement modules is changed.

15. The system of claim 14, wherein said spatial change is a rotation of said elements and / or measurement modules around respective rotation axes.

16. The system of claim 10, in which the second measuring module further comprises one or more auxiliary optical means configured to further convert the optical beam, which are located before and / or after the optical element in the direction of propagation of the optical beam.

17. The system of claim 10, further comprising an interface for exchanging data between system components using a wired and / or wireless connection.

18. The system of claim 10, further comprising a storage device configured to store data obtained in the measurement modules and / or the processing module.

19. The system of claim 10, further comprising a display module configured to present the data obtained in the measurement modules and / or the processing module to a user in graphical and / or other readable form.

20. The system of claim 10, further comprising means for transmitting data configured to transmit data received in the measurement modules and / or the processing module to a third-party device using a wired and / or wireless connection.

21. The system according to one of claims 18 to 20, wherein at least one of said storage device, display module and transmission means is included in the processing module.

22. The system of claim 10, in which the first measuring module further comprises a position-sensitive detector and an optical element for converting the beam of optical radiation, similar to those in the second measuring module.

23. The system of claim 10, in which the second measuring module further comprises a radiation unit similar to that in the first measuring module.

24. The system of claim 10, in which the first and / or second measuring module further comprises a processor and a storage device.

25. The system according to paragraph 24, in which the processing module is implemented using software stored in the memory of the first and / or second measuring module and executed by the processor of the first and / or second measuring module.

26. A device for recording optical radiation in an optical measuring system for determining the relative position of at least two elements in space, made with the possibility of fixing on the second element of the said elements, said system comprising an optical radiation source configured to be fixed on the first element from the above elements and the formation of a directed beam of optical radiation, the device comprising:
a position-sensitive detector configured to determine at least one coordinate of the image of the optical radiation beam from the optical radiation source in a rectangular coordinate system within the detection area on the detection plane of the optical radiation of the detector,
moreover, said at least one coordinate characterizes the location in space of a given recording device with respect to said optical radiation source;
characterized in that the device comprises:
an optical element that converts the beam of optical radiation before it enters the aforementioned detection region on the registration plane,
moreover, as a result of the aforementioned conversion of the optical radiation beam using the optical element, the image of the optical radiation beam on the registration plane is scaled on two mutually perpendicular axes lying in this plane and having different scaling factors,
wherein said image coordinate of the converted optical beam is a coordinate defining a position corresponding to one of said scaling axes in a rectangular coordinate system on said registration plane.

27. The device according to p, optionally containing a source of optical radiation, made with the possibility of forming a directed beam of optical radiation.

28. The device according to p. 26, in which said optical element is a diffraction grating and performs diffraction decomposition.

29. The device according to p. 26, in which said optical element is an anamorphic and performs anamorphic image of the beam of optical radiation on said registration plane.

30. The device according to p, in which the position-sensitive detector is configured to repeat the above definitions of at least one coordinate of the image of the beam of optical radiation two or more times.

31. The device according to clause 30, in which said repetition of the determination of at least one coordinate of the image of the beam of optical radiation is performed after changing the position in space of the said elements.

32. The device according to p, in which the aforementioned change in position in space is a rotation of the above-mentioned elements around the respective axes of rotation.

33. The device according to p. 26, additionally containing one or more auxiliary optical means configured to additionally convert the beam of optical radiation, which are located before and / or after the optical element in the direction of propagation of the beam of optical radiation.

34. The device according to p, optionally containing a storage device configured to store data received by a position-sensitive detector.

35. The device according to p. 26, further comprising a display module, configured to present the data obtained by the position-sensitive detector to the user in a graphical and / or other accessible form.

36. The device according to p. 26, additionally containing means for transmitting data, configured to transmit data received by a position-sensitive detector to a third-party device using a wired and / or wireless connection.

37. The device according to any one of paragraphs.26-36, further comprising a computing module configured to process data obtained by a position-sensitive detector to calculate at least one geometric parameter characterizing the location in space of said second element with respect to said first element.