RU2609443C1 - System for monitoring angular deformations of large-sized platforms - Google Patents
System for monitoring angular deformations of large-sized platforms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2609443C1 RU2609443C1 RU2015133471A RU2015133471A RU2609443C1 RU 2609443 C1 RU2609443 C1 RU 2609443C1 RU 2015133471 A RU2015133471 A RU 2015133471A RU 2015133471 A RU2015133471 A RU 2015133471A RU 2609443 C1 RU2609443 C1 RU 2609443C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control elements
- angular deformations
- platform
- platforms
- faces
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к зеркальным и зеркально-линзовым телескопам космического базирования при решении задач высокоточного измерения взаимного углового положения между нормалями к плоским зеркальным поверхностям, привязанным к соответствующим механическим базам.The present invention relates to optical instrumentation, in particular to space-based mirror and mirror-lens telescopes in solving problems of high-precision measurement of the mutual angular position between normals to flat mirror surfaces attached to corresponding mechanical bases.
Во многих прикладных задачах требуемая точность измерения азимутального угла между нормалями к плоским зеркальным поверхностям составляет величины менее десяти угловых секунд. Есть широкий класс приборов, обеспечивающих измерение углов разворота вокруг оптической (визирной) оси, так называемых углов скручивания - С.П. Буюкян. «Видеоизмерительные системы». М.: МИИГАиК, 2008. [1].In many applications, the required accuracy of measuring the azimuthal angle between normals to flat mirror surfaces is less than ten arc seconds. There is a wide class of instruments that provide measurement of rotation angles around the optical (target) axis, the so-called torsion angles - S.P. Buyukyan. "Video measuring systems." M .: MIIGAiK, 2008. [1].
Существуют два традиционных способа решения задачи измерения угла скручивания. Первый способ решает задачу методами геометрической оптики. Этот метод ставит результирующую точность измерения в зависимость от размеров оптических баз, т.е. в конечном итоге от размеров устройств. Кроме того, существуют серьезные проблемы в получении высокой точности при наличии смещений и наклонов контрольных баз. У геометрических схем лучшие результаты соответствуют погрешности измерения угла скручивания ±15ʺ при полном измерении угла ±1,5°.There are two traditional ways to solve the problem of measuring the angle of twist. The first method solves the problem by methods of geometric optics. This method makes the resulting measurement accuracy dependent on the size of the optical bases, i.e. ultimately on device sizes. In addition, there are serious problems in obtaining high accuracy in the presence of offsets and inclinations of the control bases. In geometric schemes, the best results correspond to an error in measuring the twist angle of ± 15ʺ with a full measurement of the angle of ± 1.5 °.
Второй способ решения задачи измерения угла скручивания основан на методах физической оптики, а именно на применении поляризованного излучения.The second way to solve the problem of measuring the angle of twist is based on the methods of physical optics, namely, the use of polarized radiation.
Известно устройство вертикального переноса направления (УВПН) - О.Л. Олендский, М.Н. Сокольский, В.П. Трегуб. «Поляризационный канал переноса азимутального направления по вертикали». «Оптический журнал», №76, октябрь 2009 г. [2].A device for vertical transfer of direction (UVPN) - O.L. Olendsky, M.N. Sokolsky, V.P. Tribube. "The polarization channel of the vertical azimuthal transfer." “Optical Journal”, No. 76, October 2009 [2].
Поляризационный УВПН состоит из излучателя, поляризатора, модулятора Фарадея, анализатора и приемника. Излучатель обеспечивает световой луч нужной интенсивности, поляризатор делает этот луч плоскополяризованным. Модулятор обеспечивает раскачку плоскости поляризации по гармоническому закону без постоянной составляющей по углу. Анализатор преобразует модуляцию плоскости поляризации по углу в амплитудную модуляцию интенсивности светового потока. Фотоприемник преобразует модулированный световой поток в электрический сигнал, который проходит узкополосную фильтрацию с целью выделить сигнал с частотой модуляции. При нулевом угле скручивания поляризатора относительно анализатора электрический сигнал равен нулю. Таким образом, данная схема выполняет роль ноль-датчика в составе следящей системы, в которой привод разворачивает поляризатор относительно анализатора.The polarization UVPN consists of an emitter, a polarizer, a Faraday modulator, an analyzer, and a receiver. The emitter provides a light beam of the desired intensity, the polarizer makes this beam plane-polarized. The modulator provides a buildup of the plane of polarization according to a harmonic law without a constant component in angle. The analyzer converts the modulation of the plane of polarization by angle into amplitude modulation of the intensity of the light flux. The photodetector converts the modulated light flux into an electrical signal that undergoes narrow-band filtering in order to isolate the signal with a modulation frequency. At zero torsion angle of the polarizer relative to the analyzer, the electrical signal is zero. Thus, this circuit acts as a zero sensor in the servo system, in which the drive deploys the polarizer relative to the analyzer.
УВПН [2] обеспечивает точность передачи азимутального направления не хуже ±3ʺ, причем точность самого поляризационного канала в составе прибора не хуже ±2ʺ, а также позволяет передавать азимутальное направление по вертикали до 3-х метров при смещениях нижней контрольной базы относительно верхней в поперечном направлении до ±40 мм.UVPN [2] ensures the accuracy of transmission of the azimuthal direction is not worse than ± 3ʺ, and the accuracy of the polarization channel in the device is not worse than ± 2ʺ, and also allows you to transmit the azimuthal direction vertically up to 3 meters with displacements of the lower control base relative to the upper in the transverse direction up to ± 40 mm.
Также аналогами могут служить автоколлиматоры унифицированные АКУ-0,2; АКУ-0,5; АКУ-1 (0,2; 0,5; 1 - цена деления секундной шкалы), предназначенные для визуального измерения углов и непрямолинейности направляющих, для определения взаимного углового расположения осей и плоскостей в пространстве, а также используются в качестве нуля-индикатора.Also, unified AKU-0.2 autocollimators can serve as analogues; AKU-0.5; AKU-1 (0.2; 0.5; 1 - the price of the division of the second scale), designed for visual measurement of angles and linearity of guides, to determine the relative angular arrangement of axes and planes in space, and are also used as a zero indicator.
Автоколлиматоры имеют двухкоординатную окулярную головку, что позволяет одновременно производить измерения в двух плоскостях без дополнительной настройки. Автоколлиматоры АКУ-0,2 и АКУ-0,5 применяются для проведения измерений в лабораториях цехов прецизионного производства. Автоколлиматор АКУ-1 применяется для проведения измерений на рабочих местах в цехах машиностроительных предприятий.Autocollimators have a two-coordinate eyepiece head, which allows simultaneous measurements in two planes without additional configuration. Autocollimators AKU-0.2 and AKU-0.5 are used for measurements in the laboratories of precision manufacturing workshops. The AKU-1 autocollimator is used for measurements at workplaces in workshops of machine-building enterprises.
Главным недостатком как УВПН, так и автоколлиматоров является отсутствие возможности трехмерного измерения. То есть, в первом случае мы получаем только один угол разворота, а во втором - 2, но ни один из приведенных аналогов не дает полной картины - трех углов измерения.The main disadvantage of both OHPN and autocollimators is the lack of the possibility of three-dimensional measurement. That is, in the first case we get only one turning angle, and in the second - 2, but not one of the above analogues gives a complete picture - three measurement angles.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является система контроля деформации крупногабаритных платформ, представленная в статье «Стабилизация космической платформы с помощью трех автоколлиматоров», изв. ВУЗов, Приборостроение, 2014, т. 57, №7, стр. 69-75 [3].Closest in its technical essence to the proposed invention is a control system for the deformation of large platforms, presented in the article "Stabilization of a space platform using three autocollimators", Izv. Universities, Instrument Engineering, 2014, v. 57, No. 7, pp. 69-75 [3].
Изначально система контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ (Фиг. 1) представляет собой платформу 1 с закрепленными на ней базовым контрольным элементом (БКЭ) 2 и контрольными элементами (КЭ) 3, 4. БКЭ 2 и КЭ 3, КЭ 4 представляют собой призмы с аттестованными между собой зеркальными гранями и расположены так, что нормали к их граням составляют между собой треугольник. На каждой стороне образованного треугольника расположены три двухкоординатных автоколлиматора (АК) 5, 6, 7, каждый из которых выдает по два угла разворота граней КЭ 3 и КЭ 4, между которыми он расположен, друг относительно друга.Initially, the system of monitoring the angular deformations of large platforms (Fig. 1) is a
БКЭ 2 считается неподвижным, и все отклонения измеряются относительно него, поэтому при измерениях автоколлиматорами АК 5 и АК 7 не возникает никаких неопределенностей, в то время как при измерении автоколлиматором АК 6 угла разворота КЭ 3 и КЭ 4 вокруг оси х возникает неопределенность, т.е. автоколлиматор АК 6 не может определить, какой из контрольных элементов КЭ 3 или КЭ 4 развернулся, в результате чего система становится двухмерной.
Для того чтобы система контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ стала трехмерной, эту задачу решают в прототипе двумя способами:In order for the control system of angular deformations of large platforms to become three-dimensional, this problem is solved in the prototype in two ways:
1) один из контрольных элементов КЭ 3 или КЭ 4 должен иметь два, заведомо известных положения в пространстве, для чего в систему контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ вводится механизм поворота контрольного элемента, что в значительной степени снижает точность контроля угловых деформаций и усложняет всю систему контроля в целом.1) one of the control elements KE 3 or KE 4 must have two obviously known positions in space, for which a rotation mechanism of the control element is introduced into the control system of angular deformations of large platforms, which significantly reduces the accuracy of control of angular deformations and complicates the entire control system generally.
2) на один из контрольных элементов КЭ 3 или КЭ 4 наклеивают небольшой зеркальный клин с аттестованным углом при вершине. Это приводит к необходимости дополнительного конструктивного решения, поскольку появляется необходимость обработки одновременно двух измерительных марок на приемнике автоколлиматора АК 6, что снижает поле зрения автоколлиматора, как минимум в 2 раза, поскольку под каждую измерительную марку необходимо будет отвести свою зону на приемнике автоколлиматора АК 5 во избежание взаимного перекрытия марок.2) a small mirror wedge with a certified angle at the apex is glued to one of the control elements KE 3 or KE 4. This leads to the need for an additional constructive solution, since it becomes necessary to simultaneously process two measuring grades at the
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение характеристик системы контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ по точности измерений, упрощение конструкции и алгоритма обработки информации.The task of the invention is to improve the characteristics of the control system of angular deformations of large platforms in terms of measurement accuracy, simplifying the design and information processing algorithm.
Для решения поставленной задачи предлагается система контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ, которая, как и прототип, содержит крупногабаритную платформу с закрепленными на ней базовым контрольным элементом и двумя контрольными элементами, представляющими собой призмы с аттестованными между собой зеркальными гранями и размещенными в вершинах треугольника, образованного нормалями к граням контрольных элементов, причем на каждой стороне треугольника расположено по одному двухкоординатному автоколлиматору.To solve this problem, we propose a system for monitoring the angular deformations of large-sized platforms, which, like the prototype, contains a large-sized platform with a basic control element fixed on it and two control elements representing prisms with mirrored faces certified between each other and placed at the vertices of the triangle formed by the normals to the faces of the control elements, and on each side of the triangle there is one two-coordinate auto-collimator.
В отличие от прототипа в систему контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ дополнительно включен двухкоординатный автоколлиматор, размещенный между двумя контрольными элементами с другой стороны платформы, кроме того, один из контрольных элементов выполнен в форме призмы с крышей.In contrast to the prototype, the angular deformation control system for large-sized platforms additionally includes a two-coordinate autocollimator located between two control elements on the other side of the platform, in addition, one of the control elements is made in the form of a prism with a roof.
Сущность изобретения заключается в том, что дополнительный двухкоординатный автоколлиматор, благодаря крыше, расположенной на одной из граней контрольного элемента, не чувствует разворота грани призмы вокруг оси х, то есть он выдает значение разворота второго контрольного элемента вокруг оси х относительно базового контрольного элемента. Таким образом, устраняется неопределенность во взаимном положении контрольных элементов, и система может контролировать угловые деформации крупногабаритной платформы вокруг трех координатных осей.The essence of the invention lies in the fact that the additional two-coordinate autocollimator, thanks to the roof located on one of the faces of the control element, does not feel the turn of the prism face around the x-axis, that is, it gives the value of the turn of the second control element around the x-axis relative to the base control element. Thus, the uncertainty in the relative position of the control elements is eliminated, and the system can control the angular deformations of the large platform around three coordinate axes.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами: фиг. 1 - прототип системы контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ, фиг. 2 - предлагаемая система контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ, фиг. 3 - контрольный элемент системы контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ, фиг. 4 - оптическая схема работы системы.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings: FIG. 1 is a prototype of the control system of angular deformations of large platforms, FIG. 2 - the proposed system for monitoring the angular deformations of large platforms, FIG. 3 - a control element of the system for monitoring the angular deformations of large platforms, FIG. 4 is an optical diagram of the system.
Система контроля угловых деформаций крупногабаритной платформы (Фиг. 2) содержит платформу 8 с закрепленными на ней базовым контрольным элементом (БКЭ) 9, контрольными элементами (КЭ) 10 и 11. БКЭ 9, КЭ 10 представляют собой призмы с аттестованными между собой зеркальными гранями. КЭ 11 (Фиг. 3) представляет собой призму с крышей 12 с частично зеркальными аттестованными между собой гранями 13, смонтированную на оправе 14. БКЭ 9, КЭ 10 и КЭ 11 расположены так, что нормали к их граням составляют между собой треугольник. На каждой стороне образованного треугольника расположены двухкоординатные автоколлиматоры (АК) 15, 16, 17 и 18.The system for monitoring the angular deformations of a large platform (Fig. 2) contains a
Система контроля угловых деформаций крупногабаритной платформы работает следующим образом.The system for monitoring the angular deformations of a large platform works as follows.
Каждый АК 15, 16, 17, 18 состоит из объектива с вынесенной передней главной плоскостью Н (Фиг. 4), в исходном состоянии во внешней системе координат xy оптическая ось объектива совпадает с осью y. Точка О - главная точка объектива, совпадающая с его узловой точкой. Измерительная марка А совмещается с точкой О. Марка А с увеличением +1 изображается в заднюю главную точку О'. На расстоянии 0,5f', где f - заднее фокусное расстояние объектива, устанавливается зеркальная грань 13 КЭ 11. Параллельный пучок лучей, вышедших из объектива АК 17, отражается от зеркальной грани КЭ 10 и в обратном ходе образует в плоскости Н автоколлимационное изображение марки А. Если зеркальная грань 13 КЭ 11 наклонена относительно оси y на угол β, то из объектива выходит параллельный пучок лучей также под углом β относительно оси y. Если зеркальная грань КЭ 10 наклонена на угол α относительно оптической оси объектива, то изображение марки А смещается в точку с координатой х' в плоскости Н, при этомEach
Такая оптическая система делает АК нерасстраиваемыми, так как малые смещения объектива АК 17 в плоскости, перпендикулярной оси y, а также малые наклоны объектива не приводят к смещению автоколлимационного изображения марки А, то есть к изменению значения координаты х' и, соответственно, не приводят к изменению контролируемой разности (α-β).Such an optical system makes AK non-detunable, since small offsets of the
По величине смещения изображения измерительной марки относительно центра ФПУ можно судить о величине деформаций платформы.By the magnitude of the displacement of the image of the measuring mark relative to the center of the FPU, one can judge the magnitude of the deformations of the platform.
Рассмотрим работу системы на примере угловой деформации платформы, вызвавшей разворот КЭ 10 вокруг всех трех осей x, y и z, тогда:Consider the operation of the system as an example of the angular deformation of the platform, which caused the
С АК 17, по смещению измерительной марки мы получим данные о взаимном развороте КЭ 10 и КЭ 11 вокруг осей х и z, но не сможем определить, какой из контрольных элементов развернулся.With
С АК 16, по смещению измерительной марки мы получим данные о развороте КЭ 11 вокруг оси х и взаимном развороте КЭ 10 и КЭ 11 вокруг оси z, но не сможем определить, какой из контрольных элементов развернулся вокруг оси z.With
С АК 15, по смещению измерительной марки мы получим данные о развороте КЭ 10 вокруг осей y и z.With
С АК 18, по смещению измерительной марки мы получим данные о развороте КЭ 11 вокруг осей y и z (исходя из данного примера, полученные данные будут равны 0, поскольку развернулся только КЭ 10).With
По величине смещения изображения измерительной марки относительно центра ФПУ можно судить о величине угловых деформаций платформы.By the magnitude of the displacement of the image of the measuring mark relative to the center of the FPU, one can judge the magnitude of the angular deformations of the platform.
Таким образом, предлагаемое изобретение решает поставленную задачу - упрощение конструкции без введения дополнительного механизма поворота, упрощение алгоритма обработки информации, а также улучшение характеристик системы контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ по точности измерений, без уменьшения поля зрения автоколлиматора.Thus, the present invention solves the problem - simplification of the design without introducing an additional rotation mechanism, simplification of the information processing algorithm, as well as improving the characteristics of the angular deformation control system of large platforms in terms of measurement accuracy, without reducing the field of view of the autocollimator.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015133471A RU2609443C1 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | System for monitoring angular deformations of large-sized platforms |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015133471A RU2609443C1 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | System for monitoring angular deformations of large-sized platforms |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2609443C1 true RU2609443C1 (en) | 2017-02-01 |
Family
ID=58457150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015133471A RU2609443C1 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | System for monitoring angular deformations of large-sized platforms |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2609443C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1101672A1 (en) * | 1980-01-18 | 1984-07-07 | Предприятие П/Я Г-4903 | Device for touch=free measuring of deformations |
SU1270555A1 (en) * | 1984-02-08 | 1986-11-15 | Ковровский филиал Владимирского политехнического института | Laser interferometer for measuring dynamic deformations |
JPH09126737A (en) * | 1995-11-01 | 1997-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for inspecting optical disk |
EP2392892A1 (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Deformation measuring apparatus and deformation measuring method |
-
2015
- 2015-08-10 RU RU2015133471A patent/RU2609443C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1101672A1 (en) * | 1980-01-18 | 1984-07-07 | Предприятие П/Я Г-4903 | Device for touch=free measuring of deformations |
SU1270555A1 (en) * | 1984-02-08 | 1986-11-15 | Ковровский филиал Владимирского политехнического института | Laser interferometer for measuring dynamic deformations |
JPH09126737A (en) * | 1995-11-01 | 1997-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for inspecting optical disk |
EP2392892A1 (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Deformation measuring apparatus and deformation measuring method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10036786B2 (en) | Magnetic field measuring apparatus and manufacturing method of magnetic field measuring apparatus | |
CN100570310C (en) | Measuring optical aeolotropic parameter method and determinator | |
CN104061895B (en) | Precision detection method of high-precision angle measurement instrument | |
CN109655079A (en) | Star sensor measures coordinate system to prism coordinate system measurement method and system | |
CN103308281A (en) | Detection device and detection method for wedge-shaped lens | |
CN101221044A (en) | Device and method for large distance light parallel regulation | |
CN102865834A (en) | Even number narrow slit type photoelectric autocollimator | |
RU2635336C2 (en) | Method of calibrating optical-electronic device and device for its implementation | |
KR20100041024A (en) | Apparatus for six-degree-of-freedom displacement measurement using a two-dimensional grating | |
RU2523736C1 (en) | Measurement of dihedral angles at mirror-prismatic elements and device to this end | |
JP5972061B2 (en) | Polarization axis direction measuring apparatus and polarization axis direction measuring method | |
CN108061527A (en) | A kind of two-dimensional laser autocollimator of anti-air agitation | |
RU2609443C1 (en) | System for monitoring angular deformations of large-sized platforms | |
US3554653A (en) | Autocollimator | |
JP2008102051A (en) | Interferometer angle sensitivity calibration method | |
CN102288129A (en) | System for testing surface shape deviation of birefringent crystal optical element | |
US4738532A (en) | Method of calibrating an optical measuring system | |
US4600304A (en) | Optical level | |
CN107869964A (en) | The detection method and device of aspheric surface | |
CN106969682A (en) | Measurement apparatus | |
CN202885788U (en) | Even number narrow slit type photoelectric autocollimator | |
CN202195805U (en) | Birefringent crystal optical element surface shape test system | |
RU2478185C1 (en) | Apparatus for determining spatial orientation of objects | |
JPH03167404A (en) | Method for measuring size of large object | |
CN212378715U (en) | Angle measuring instrument |