RU2660013C2 - Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices - Google Patents

Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices Download PDF

Info

Publication number
RU2660013C2
RU2660013C2 RU2016152060A RU2016152060A RU2660013C2 RU 2660013 C2 RU2660013 C2 RU 2660013C2 RU 2016152060 A RU2016152060 A RU 2016152060A RU 2016152060 A RU2016152060 A RU 2016152060A RU 2660013 C2 RU2660013 C2 RU 2660013C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
side platforms
lower plate
sensors
support
displacement sensors
Prior art date
Application number
RU2016152060A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016152060A3 (en
RU2016152060A (en
Inventor
Олег Юрьевич Стекольщиков
Андрей Игоревич Захаров
Михаил Евгеньевич Прохоров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2016152060A priority Critical patent/RU2660013C2/en
Publication of RU2016152060A3 publication Critical patent/RU2016152060A3/ru
Publication of RU2016152060A publication Critical patent/RU2016152060A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2660013C2 publication Critical patent/RU2660013C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to the definition of technology and can be used in those systems where it is important to know the relative position and orientation of several devices, in particular, it can be used in transport, in space and laboratory equipment. Device is placed on a support and comprises a lower plate, side platforms, fastening means for securing the side platforms and the lower plate to the support, as well as displacement sensors and a data processing unit connected to the displacement sensors, the lower plate and the side platforms being configured to be mounted on the support to form a pyramidal structure. In this case, the lower plate and the side platforms are mutually disposed with gaps along the ribs of the pyramidal structure being formed, sufficient to accommodate biasing sensors therein, at least one bias sensor is located in each gap. Device is designed to accommodate measuring instruments on side platforms.
EFFECT: technical result is to improve the accuracy of joint instrument measurements.
5 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области контрольной и измерительной аппаратуры и техники и может использоваться в тех системах, где важно знать взаимное положение и ориентацию нескольких приборов. Изобретение может быть применено на транспорте, космической и лабораторной технике, например, в качестве опорных платформ телескопов, оптических приборов, антенных устройств, измерительных систем и т.п.The invention relates to the field of control and measuring equipment and technology and can be used in those systems where it is important to know the relative position and orientation of several devices. The invention can be applied in transport, space and laboratory technology, for example, as supporting platforms for telescopes, optical instruments, antenna devices, measuring systems, etc.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники RU 2312771 С1 (опубликовано В32В 33/00, G01B 9/06, B64G 1/22) известна платформа в виде плоской кольцевой или круговой центрально-симметричной панели, применяемой в высокоточной космической и наземной технике, например, в качестве опоры оптических приборов, антенных устройств, измерительных систем. Платформа содержит обшивки из слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, сотовый заполнитель между обшивками и узлы крепления, расположенные с равным угловым шагом. Каждый слой обшивок состоит из состыкованных между собой секторов с одинаковым центральным углом. Количество секторов в каждом слое равно или кратно количеству узлов крепления. В каждом секторе одного слоя волокна ориентированы под одинаковым углом относительно центральной оси сектора. Секторы каждого последующего слоя смещены относительно секторов предыдущего слоя на угол, равный половине центрального угла сектора. В каждом секторе одного слоя волокна могут быть ориентированы под углом 90° к центральной оси сектора. Могут присутствовать также слои, где волокна ориентированы под углом 0° к этой оси. Платформа обеспечивает заданную точность позиционирования расположенных на ней узлов крепления при выполнении прочностных и жесткостных требований за счет управления термическим деформированием конструкции посредством применения новых структур армирования слоев композиционного материала, согласованных с расположением узлов крепления.From the prior art RU 2312771 C1 (published by B32B 33/00, G01B 9/06, B64G 1/22) a platform is known in the form of a flat annular or circular centrally symmetric panel used in high-precision space and ground technology, for example, as an optical support instruments, antenna devices, measuring systems. The platform contains casing made of layers of fibrous material impregnated with a polymeric binder, a honeycomb core between casing, and attachment points located with equal angular pitch. Each skin layer consists of sectors joined together with the same central angle. The number of sectors in each layer is equal to or a multiple of the number of attachment points. In each sector of one layer, the fibers are oriented at the same angle relative to the central axis of the sector. The sectors of each subsequent layer are offset relative to the sectors of the previous layer by an angle equal to half the central angle of the sector. In each sector of one layer, the fibers can be oriented at an angle of 90 ° to the central axis of the sector. Layers may also be present where the fibers are oriented at an angle of 0 ° to this axis. The platform provides the specified accuracy of positioning of the attachment points located on it when fulfilling the strength and stiffness requirements by controlling the thermal deformation of the structure through the use of new reinforcing structures of layers of composite material, consistent with the location of the attachment points.

Из уровня техники US 6412346 В2 (опубликовано 02.07.2002, кл. G01C 21/16) известен инерциальный измерительный блок (IMU), устанавливаемый на подвижной машине, принятый в качестве ближайшего аналога. Измерительный блок включает корпус, на котором размещены три пары полупроводниковых датчиков, каждая пара содержит гироскоп и соответствующий измеритель ускорения. Корпус выполнен в форме треугольной пирамиды, а основание корпуса закреплено в номинальное положение и зафиксировано соответствующими креплениями для расположения и фиксации корпуса в заданном отношении к оси подвижного средства. Каждая пара полупроводниковых датчиков установлена на соответствующей лицевой стороне корпуса. Достоинством изобретения является корпус, который выполнен компактным по размерам, весу и объему и который легко можно установить на движущемся объекте (подвижном средстве).The prior art US 6412346 B2 (published 02.07.2002, class G01C 21/16) known inertial measuring unit (IMU), mounted on a movable machine, adopted as the closest analogue. The measuring unit includes a housing on which three pairs of semiconductor sensors are placed, each pair contains a gyroscope and a corresponding acceleration meter. The casing is made in the shape of a triangular pyramid, and the base of the casing is fixed in a nominal position and fixed with appropriate fixtures for positioning and fixing the casing in a predetermined relation to the axis of the movable means. Each pair of semiconductor sensors is mounted on the corresponding front side of the housing. An advantage of the invention is a housing that is compact in size, weight and volume, and which can be easily mounted on a moving object (mobile vehicle).

Общим недостатком вышеуказанных устройств является отсутствие возможности регистрации собственных деформаций оснований, используемых в таких устройствах.A common disadvantage of the above devices is the inability to register their own deformations of the bases used in such devices.

Для решения определенных технических задач необходимо контролировать взаимную ориентацию и взаимное положение измерительных приборов, а также изменение их ориентации и положения со временем.To solve certain technical problems, it is necessary to control the mutual orientation and relative position of the measuring instruments, as well as the change in their orientation and position over time.

Примером задачи, для решения которой может быть применено предлагаемое устройство, является построение высокоточной системы звездной ориентации с несколькими оптическими головками (датчиками). Каждая оптическая головка представляет собой фотокамеру с матричным фотоприемником, блоком электроники для обработки изображения и специальным математическим обеспечением. Каждая оптическая головка фотографирует фрагмент звездного неба, попадающий в ее поле зрения. Электронное изображение этого кадра считывается с матричного фотоприемника и передается в блок электроники для обработки. В кадре выделяются изображения звезд и определяются положения их центров в системе координат, связанной с оптической головкой. Часть полученного списка изображений отождествляется с звездами из бортового каталога, хранящегося в памяти блока электроники. Зная координаты отождествленных звезд в системе координат оптической головки, полученные в результате обработки изображения, и координаты этих же звезд в инерциальной системе координат (например, экваториальные небесные координаты звезд), хранящиеся в каталоге, можно определить ориентацию (разворот) системы координат, связанной с оптической головкой, относительно инерциальной системы координат, например две угловые экваториальные координаты центра поля зрения и разворот сторон кадра относительное направления на полюс мира. Показания всех оптических головок системы ориентации обрабатываются совместно и позволяют определить разворот системы ориентации относительно инерциальной системы координат. Для этого необходимо знать положение оптических головок внутри системы координат с точностью не хуже внутренней погрешности оптических головок. Также необходимо, чтобы положение оптических головок сохранялось во время эксплуатации системы ориентации с точностью не хуже внутренней погрешности оптических головок.An example of a problem for which the proposed device can be applied is the construction of a high-precision stellar orientation system with several optical heads (sensors). Each optical head is a camera with a matrix photodetector, an electronics unit for image processing and special mathematical software. Each optical head photographs a fragment of the starry sky falling into its field of view. The electronic image of this frame is read from the matrix photodetector and transmitted to the electronics unit for processing. Images of stars are highlighted in the frame and the positions of their centers in the coordinate system associated with the optical head are determined. Part of the resulting list of images is identified with the stars from the on-board catalog stored in the memory of the electronics unit. Knowing the coordinates of the identified stars in the coordinate system of the optical head obtained as a result of image processing, and the coordinates of the same stars in the inertial coordinate system (for example, equatorial celestial coordinates of stars) stored in the catalog, one can determine the orientation (rotation) of the coordinate system associated with the optical head, relative to the inertial coordinate system, for example, two angular equatorial coordinates of the center of the field of view and the rotation of the sides of the frame relative directions to the pole of the world. The readings of all the optical heads of the orientation system are processed together and make it possible to determine the turn of the orientation system relative to the inertial coordinate system. For this, it is necessary to know the position of the optical heads within the coordinate system with an accuracy no worse than the internal error of the optical heads. It is also necessary that the position of the optical heads is maintained during operation of the orientation system with an accuracy no worse than the internal error of the optical heads.

В настоящее время сохранение положения оптических головок в системе ориентации обеспечивается за счет механической стабильности конструкций. Проведенные лабораторные и летные испытания показали, что конструкции систем ориентации космических аппаратов испытывают термоупругие деформации, приводящие к изменению взаимной ориентации оптических головок на 5-20 угловых секунд при том, что внутренняя погрешность современных оптических головок датчиков звездной ориентации составляет 1-3 угловые секунды. Решение этой проблемы путем увеличения размеростабильности конструкции системы ориентации малоперспективно.Currently, the position of the optical heads in the orientation system is maintained due to the mechanical stability of the structures. Laboratory and flight tests have shown that the design of spacecraft orientation systems undergo thermoelastic deformation, leading to a change in the mutual orientation of the optical heads by 5-20 angular seconds, while the internal error of modern optical heads of stellar orientation sensors is 1-3 angular seconds. The solution to this problem by increasing the dimensional stability of the design of the orientation system is unpromising.

Таким образом, технической проблемой является создание устройства для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, обеспечивающего возможность исключения получения результатов совместных измерений приборов с большой систематической ошибкой вследствие влияния термоупругих деформаций на их крепления.Thus, a technical problem is the creation of a device for controlling the mutual orientation and relative position of measuring instruments, which makes it possible to exclude the results of joint measurements of instruments with a large systematic error due to the effect of thermoelastic deformations on their mountings.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом изобретения является повышение точности совместных измерений приборов.The technical result of the invention is to improve the accuracy of joint measurements of devices.

Технический результат достигается за счет создания устройства для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, размещаемого на опоре, которое содержит нижнюю плиту, боковые платформы, средства крепления, предназначенные для фиксации боковых платформ и нижней плиты к опоре, а также датчики смещения и блок обработки данных, соединенный с датчиками смещения, при этом нижняя плита и боковые платформы выполнены с возможностью установки на опоре с образованием пирамидальной конструкции, при этом нижняя плита и боковые платформы взаимно расположены с зазорами вдоль ребер образуемой пирамидальной конструкции, достаточными для размещения в них датчиков смещения, при этом в каждом зазоре размещен по меньшей мере один датчик смещения, а устройство выполнено с возможностью размещения измерительных приборов на боковых платформах.The technical result is achieved by creating a device for controlling the mutual orientation and relative position of measuring instruments placed on a support, which contains a lower plate, side platforms, fasteners designed to fix the side platforms and the lower plate to the support, as well as displacement sensors and a processing unit data connected to the displacement sensors, while the lower plate and side platforms are made with the possibility of installation on a support with the formation of a pyramidal structure, while the lower plate and the side platforms are mutually arranged with gaps along the edges of the pyramidal structure formed, sufficient to accommodate displacement sensors, with at least one displacement sensor placed in each gap, and the device is arranged to place measuring instruments on the side platforms.

При этом образуемая пирамидальная конструкции может быть выполнена в форме треугольной, или четырехугольной, или пятиугольной, или шестиугольной пирамиды.In this case, the pyramidal structure formed can be made in the form of a triangular, or quadrangular, or pentagonal, or hexagonal pyramid.

В каждом зазоре могут быть размещены два или три датчика смещения.In each gap, two or three displacement sensors can be placed.

Датчик смещения может представлять собой емкостной датчик. Краткое описание чертежейThe displacement sensor may be a capacitive sensor. Brief Description of the Drawings

На фиг. 1 изображено устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов; вариант, в котором на каждое из ребер треугольной пирамиды установлен один датчик сдвига, при этом его ось перпендикулярна ребру образуемой пирамиды, на которой он установлен.In FIG. 1 shows a device for monitoring the relative orientation and relative position of measuring instruments; an option in which one of the shear sensors is mounted on each of the edges of the triangular pyramid, while its axis is perpendicular to the edge of the formed pyramid on which it is mounted.

Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:

1 - нижняя плита устройства;1 - bottom plate of the device;

2 - боковые платформы устройства;2 - side platforms of the device;

3 - датчик смещения;3 - displacement sensor;

4 - средства крепления;4 - fastening means;

5 - блок обработки данных.5 - data processing unit.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Устройство состоит из нижней плиты 1, боковых платформ 2, датчиков смещения 3, средств крепления 4, служащих для закрепления боковых платформ 2 и нижней плиты 1 к опоре в составе аппарата, в котором используется заявляемое устройство, а также блока обработки данных 5.The device consists of a bottom plate 1, side platforms 2, displacement sensors 3, fasteners 4, used to secure the side platforms 2 and the bottom plate 1 to the support as part of the apparatus in which the inventive device is used, as well as a data processing unit 5.

Для нижней плиты 1 типичные средства крепления 4 могут представлять собой ушки, предназначенные для крепления к опоре с помощью винтов/болтов и гаек. Для боковых платформ 2 средствами крепления 4 могут быть кронштейны, один конец которых закрепляется на боковой платформе 2, а другой - на опоре с помощью винтов/болтов/гаек.For the bottom plate 1, typical fastening means 4 may be ears intended for fastening to the support using screws / bolts and nuts. For the side platforms 2, the fastening means 4 can be brackets, one end of which is fixed on the side platform 2, and the other on the support with screws / bolts / nuts.

Так, например, нижняя плита 1 может быть закреплена на опоре, которая является частью космического или летательного аппарата, или непосредственно на целевой аппаратуре.So, for example, the bottom plate 1 can be fixed on a support, which is part of a spacecraft or aircraft, or directly on the target equipment.

На каждую из платформ 2 установлено по одному измерительному прибору (датчику), положение и ориентацию которого относительно нижней плиты 1 устройства необходимо контролировать. Нижняя плита 1 и боковые платформы 2 закреплены к опоре таким образом, что их плоскости образуют пирамиду (не обязательно правильную), при этом боковые платформы 2 не соприкасаются друг с другом и не соприкасаются с нижней плитой 1. Т.е. вдоль ребер образуемой пирамиды остается небольшой зазор. В зазоре вдоль каждого ребра пирамиды установлен по меньшей мере один датчик смещения 3 (на каждое ребро). А в зазорах между боковыми платформами 2 и нижней плитой 1 также установлен по меньшей мере один датчик смещения 3.Each platform 2 has one measuring device (sensor) installed, the position and orientation of which relative to the bottom plate 1 of the device must be controlled. The bottom plate 1 and the side platforms 2 are fixed to the support in such a way that their planes form a pyramid (not necessarily correct), while the side platforms 2 are not in contact with each other and are not in contact with the bottom plate 1. That is, a small gap remains along the edges of the formed pyramid. At least one displacement sensor 3 (per edge) is installed in the gap along each edge of the pyramid. And in the gaps between the side platforms 2 and the bottom plate 1 is also installed at least one displacement sensor 3.

Возможно четыре варианта выполнения заявляемого устройства:There are four possible embodiments of the inventive device:

первый вариант, когда устройство содержит три боковые платформы 2, в таком случае образуется треугольная пирамида;the first option, when the device contains three side platforms 2, in which case a triangular pyramid is formed;

второй вариант - устройство содержит четыре боковые платформы 2, в таком случае образуется четырехугольная пирамида;the second option - the device contains four side platforms 2, in which case a quadrangular pyramid is formed;

третий вариант - устройство содержит пять боковых платформ 2, в таком случае образуется пятиугольная пирамида;the third option - the device contains five side platforms 2, in which case a pentagonal pyramid is formed;

четвертый вариант - устройство содержит шесть боковых платформ 2, в таком случае образуется шестиугольная пирамида.the fourth option - the device contains six side platforms 2, in which case a hexagonal pyramid is formed.

Устройство с тремя боковыми платформами 2 может контролировать положение одного, двух или трех измерительных приборов, установленных на боковых платформах 2, являющихся гранями треугольной пирамиды. Если приборов меньше чем три, одна или две боковые грани останутся незанятыми. Если необходимо контролировать положение и ориентацию более чем трех приборов, то необходимо использовать устройство с соответствующим числом боковых платформ 2, образующих вместе с нижней плитой 1 многоугольную пирамиду.A device with three side platforms 2 can control the position of one, two or three measuring devices installed on the side platforms 2, which are the faces of a triangular pyramid. If there are less than three devices, one or two side faces will remain unoccupied. If it is necessary to control the position and orientation of more than three devices, then it is necessary to use a device with an appropriate number of side platforms 2, forming together with the bottom plate 1 a polygonal pyramid.

Датчики смещения 3 являются одноосными, т.е. регистрируют смещение в одном направлении - вдоль оси датчика - и не реагируют на смещения поперек этой оси. Показания всех датчиков смещения передаются в блок обработки данных 5 по соединительным проводам. На основе показаний датчиков вычисляются смещения и повороты каждой боковой платформы 2 относительно нижней плиты 1.Displacement sensors 3 are uniaxial, i.e. register displacement in one direction - along the axis of the sensor - and do not respond to displacements across this axis. The readings of all displacement sensors are transmitted to the data processing unit 5 via connecting wires. Based on the sensor readings, the displacements and rotations of each side platform 2 relative to the bottom plate 1 are calculated.

Одним из возможных типов датчиков 3 являются емкостные датчики смещения (например, датчики серии D100, D510 фирмы Physik Instrumente). Данные датчики 3 состоят из пары контактов, образующих конденсатор. Один из контактов закреплен на одной из платформ 2, а второй на противоположной (либо на нижней плите 1). Изменение расстояния между контактами приводит к изменению емкости образуемого ими конденсатора, что регистрируется блоком обработки данных 5. Возможна конфигурация, когда датчик 3 содержит только один измерительный контакт, а вторым служит плоский участок противоположной платформы 2 (нижней плиты 1).One of the possible types of sensors 3 are capacitive displacement sensors (for example, sensors of the D100, D510 series from Physik Instrumente). These sensors 3 consist of a pair of contacts forming a capacitor. One of the contacts is fixed on one of the platforms 2, and the second on the opposite (or on the bottom plate 1). Changing the distance between the contacts leads to a change in the capacitance of the capacitor formed by them, which is recorded by the data processing unit 5. A configuration is possible when the sensor 3 contains only one measuring contact, and the second is a flat section of the opposite platform 2 (bottom plate 1).

В качестве блока обработки данных может быть использован компьютер, обеспечивающий решение системы линейных алгебраических уравнений, в результате чего показания датчиков смещения переводят в данные изменения положения и поворота граней пирамиды, составляющей заявляемое устройство.As a data processing unit, a computer can be used that provides a solution to a system of linear algebraic equations, as a result of which the readings of the displacement sensors are translated into data on changes in the position and rotation of the faces of the pyramid that makes up the claimed device.

Каждая боковая платформа 2 и, соответственно, установленный на ней прибор имеют 6 степеней свободы, например три координаты положения в пространстве центра платформы и три угла ее разворота в пространстве. Для устройства, содержащего N боковых платформ, число степеней свободы будет равно 6N.Each side platform 2 and, accordingly, the device installed on it have 6 degrees of freedom, for example, three coordinates of the position in space of the center of the platform and three angles of its rotation in space. For a device containing N side platforms, the number of degrees of freedom will be 6N.

При установке на каждое ребро образуемой пирамиды устройства трех датчиков смещения 3 число измеряемых параметров оказывается равным числу степеней свободы. Для определения положений и разворотов всех платформ 2 необходимо решить линейную систему из 6N уравнений относительно 6N неизвестных (параметров степеней свободы). Система является невырожденной, если оси датчиков 3 не параллельны друг другу.When installing on each edge of the formed pyramid of the device three displacement sensors 3, the number of measured parameters is equal to the number of degrees of freedom. To determine the positions and turns of all platforms 2, it is necessary to solve a linear system of 6N equations for 6N unknowns (parameters of degrees of freedom). The system is non-degenerate if the axes of the sensors 3 are not parallel to each other.

Если число датчиков 3, установленных на ребре пирамиды, менее трех, то линейная система уравнений содержит менее 6N уравнений относительно тех же 6N переменных и, соответственно, является недоопределенной. В результате решения этой системы может быть определено значение лишь части параметров или будут определены некоторые линейные комбинации этих параметров.If the number of sensors 3 installed on the edge of the pyramid is less than three, then the linear system of equations contains less than 6N equations for the same 6N variables and, accordingly, is underdetermined. As a result of solving this system, only a part of the parameters can be determined, or some linear combinations of these parameters can be determined.

Число датчиков 3 более трех на ребре образуемой пирамиды позволяет сохранить работоспособность устройства при выходе из строя одного или нескольких датчиков.The number of sensors 3 more than three on the edge of the formed pyramid allows you to save the device when the failure of one or more sensors.

Решение полной системы уравнений позволяет определить все параметры (и положения, и разворота) боковых платформ 2, но требует установки трех датчиков смещения 3 на ребро пирамиды, что делает устройство сложнее и дороже.The solution of the complete system of equations allows you to determine all the parameters (both position and turn) of the side platforms 2, but requires the installation of three displacement sensors 3 on the edge of the pyramid, which makes the device more complicated and more expensive.

При меньшем числе датчиков смещения 3 определяются не все параметры, но они не всегда бывают нужны. Так при использовании в качестве контролируемых приборов звездных датчиков ориентации смещения центров платформ неважны, необходимо определить только углы разворота боковых платформ 2 устройства, а для узкопольных звездных датчиков достаточно определять только изменения направления нормали к боковой платформе 2. В первом случае для определения этих параметров необходимо решить систему 3N уравнений (достаточно 2 датчиков смещения на ребро), в последнем - 2N уравнений (достаточно 1 датчика смещения на ребро).With a smaller number of displacement sensors 3, not all parameters are determined, but they are not always needed. So when using stellar sensors as controlled instruments, the orientations of the centers of the platforms are unimportant, it is only necessary to determine the angles of rotation of the side platforms 2 of the device, and for narrow-field stellar sensors it is enough to determine only the changes in the direction of the normal to the side platform 2. In the first case, to determine these parameters, it is necessary to solve a system of 3N equations (2 displacement sensors per edge are sufficient), in the latter - 2N equations (1 displacement sensor per edge is sufficient).

Как один из вариантов выполнения изобретения: заявляемое устройство также может быть закреплено на единой плоской опорной пластине, которая в свою очередь будет крепится на опоре в составе аппарата.As one of the embodiments of the invention: the claimed device can also be mounted on a single flat base plate, which in turn will be mounted on a support in the apparatus.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Рассмотрим работу устройства на примере конфигурации с тремя боковыми платформами 2. Нижняя плита 1 и три боковые платформы 2 закреплены посредством креплений 4 на опоре аппарата (например, космического корабля). Таким образом, плоскости нижней платформы 1 и трех боковых платформ 2 образуют треугольную пирамиду. В зазоре вдоль каждого ребра пирамиды установлены по три датчика смещения 3, и в зазоре между боковыми платформами 2 и нижней плитой 1 также установлено по три датчика смещения 3 (т.е. в общей сложности 18 датчиков смещения). При смещении одной или нескольких боковых платформ 2 с установленными на них датчиками 3 показания всех или части датчиков смещения 3 изменятся. Эти показания всех 18 датчиков смещения 3 передаются в блок обработки данных 5 по соединительным проводам. В блоке обработки данных 5 на основе показаний всех 18 датчиков смещения 3 вычисляются ориентация и смещения трех боковых платформ 2 относительно нижней плиты 1.Consider the operation of the device as an example of a configuration with three side platforms 2. The bottom plate 1 and three side platforms 2 are fixed by means of fasteners 4 on the support of the device (for example, a spaceship). Thus, the planes of the lower platform 1 and the three side platforms 2 form a triangular pyramid. Three displacement sensors 3 are installed in the gap along each edge of the pyramid, and three displacement sensors 3 are also installed in the gap between the side platforms 2 and the bottom plate 1 (i.e., a total of 18 displacement sensors). When one or more side platforms 2 are displaced with sensors 3 installed on them, the readings of all or part of the displacement sensors 3 will change. These readings of all 18 displacement sensors 3 are transmitted to the data processing unit 5 via connecting wires. In the data processing unit 5, based on the readings of all 18 displacement sensors 3, the orientation and displacements of the three side platforms 2 relative to the bottom plate 1 are calculated.

Предлагаемое устройство позволяет одновременно с высокой точностью контролировать положение и ориентацию (поворот или разворот) нескольких измерительных приборов (датчиков) относительно опоры в составе аппарата, т.е. позволяет исключить влияния систематических погрешностей взаимного положения и ориентации приборов, вызываемых термоупругими деформациями креплений. Каждый из контролируемых приборов может смещаться на некоторое расстояние и поворачиваться на некоторый угол в процессе эксплуатации. Типичные смещение и поворот невелики: смещение не превышает сотен микрон, а поворот - нескольких угловых секунд.The proposed device allows simultaneously with high accuracy to control the position and orientation (rotation or turn) of several measuring instruments (sensors) relative to the support in the apparatus, i.e. eliminates the influence of systematic errors in the relative position and orientation of devices caused by thermoelastic deformations of fixtures. Each of the controlled devices can be displaced by a certain distance and rotated by a certain angle during operation. Typical displacement and rotation are small: the displacement does not exceed hundreds of microns, and the rotation is a few angular seconds.

Claims (5)

1. Устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, размещенное на опоре, содержащее нижнюю плиту, боковые платформы, средства крепления, предназначенные для закрепления боковых платформ и нижней плиты к опоре, а также датчики смещения и блок обработки данных, соединенный с датчиками смещения, при этом нижняя плита и боковые платформы выполнены с возможностью установки на опоре с образованием пирамидальной конструкции, при этом нижняя плита и боковые платформы взаимно расположены с зазорами вдоль ребер образуемой пирамидальной конструкции, достаточными для размещения в них датчиков смещения, при этом в каждом зазоре размещен по меньшей мере один датчик смещения, а устройство выполнено с возможностью размещения измерительных приборов на боковых платформах.1. A device for monitoring the mutual orientation and relative position of the measuring devices, placed on a support, containing a lower plate, side platforms, fasteners designed to secure the side platforms and the lower plate to the support, as well as displacement sensors and a data processing unit connected to the sensors displacements, while the lower plate and side platforms are made with the possibility of installation on a support with the formation of a pyramidal structure, while the lower plate and side platforms are mutually located with gaps in the length l ribs formed by the pyramidal structure, sufficient to accommodate displacement sensors, while at least one displacement sensor is placed in each gap, and the device is arranged to place measuring instruments on the side platforms. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что образуемая пирамидальная конструкция выполнена в форме треугольной, или четырехугольной, или пятиугольной, или шестиугольной пирамиды.2. The device according to p. 1, characterized in that the formed pyramidal structure is made in the form of a triangular, or quadrangular, or pentagonal, or hexagonal pyramid. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в каждом зазоре размещены два датчика смещения.3. The device according to p. 1, characterized in that in each gap there are two displacement sensors. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в каждом зазоре размещены три датчика смещения.4. The device according to claim 1, characterized in that in each gap there are three displacement sensors. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик смещения представляет собой емкостной датчик.5. The device according to claim 1, characterized in that the displacement sensor is a capacitive sensor.
RU2016152060A 2016-12-28 2016-12-28 Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices RU2660013C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016152060A RU2660013C2 (en) 2016-12-28 2016-12-28 Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016152060A RU2660013C2 (en) 2016-12-28 2016-12-28 Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016152060A3 RU2016152060A3 (en) 2018-06-28
RU2016152060A RU2016152060A (en) 2018-06-28
RU2660013C2 true RU2660013C2 (en) 2018-07-04

Family

ID=62814121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016152060A RU2660013C2 (en) 2016-12-28 2016-12-28 Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660013C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5753808A (en) * 1995-09-11 1998-05-19 Quest Integrated, Inc. Self-compensating rolling weight deflectometer
US6412346B2 (en) * 2000-07-28 2002-07-02 Israel Aircraft Industries Ltd. Compact inertial measurement unit
RU2312771C1 (en) * 2006-02-17 2007-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Composite stable-sized platform

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5753808A (en) * 1995-09-11 1998-05-19 Quest Integrated, Inc. Self-compensating rolling weight deflectometer
US6412346B2 (en) * 2000-07-28 2002-07-02 Israel Aircraft Industries Ltd. Compact inertial measurement unit
RU2312771C1 (en) * 2006-02-17 2007-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Composite stable-sized platform

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016152060A3 (en) 2018-06-28
RU2016152060A (en) 2018-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8056412B2 (en) Inertial measurement unit and method of constructing the same using two orthogonal surfaces
JP5617134B2 (en) Space optical system having means for active control of optical system
CA1113071A (en) Strapped down attitude and heading reference system for aircraft employing skewed axis two-degree-of-freedom rate gyros
US8887587B2 (en) Measurement device
CN101354250B (en) Combined wide angle aviation digital camera system with self-checking self-stabilization function
CN104482874A (en) On-orbit measurement system used for pointing relative deformation of satellite load
CN105737848B (en) System-level star sensor star viewing system and star viewing method
MX2015003675A (en) Real-time structural measurement (rtsm) for control devices.
RU2660013C2 (en) Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices
RU2620288C1 (en) Method and device for determining orientation of space or air crafts
RU2662455C1 (en) Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices
JPH0827192B2 (en) How to measure angles and angle characteristic curves
US20050217127A1 (en) Measurement device and method for determining the three-dimensional orientation of a body relative to two horizontal reference directions
US11898926B2 (en) Inspection apparatus and methods for precision vibration-isolation tabletops
CN201294606Y (en) Combined wide-angle avigation digital camera system with self-checking and self-stabilization function
US4844383A (en) Apparatus for redundant axis stabilization and control of an aircraft
CN112146641A (en) Four-axis high-precision optical fiber gyroscope combination for space
KR101988186B1 (en) Mems inertial sensor device
RU2620448C1 (en) Method and device for determining orientation of space or air crafts
RU2797150C1 (en) Strapdown inertial measurement unit
CN116295018B (en) Target pose measurement method and system
Chen et al. A stereo vision-based attitude measurement system for aircraft model in wind tunnel
Örtel et al. Integrated motion measurement illustrated by a cantilever beam
CN111380563A (en) Detection device, photoelectric theodolite detection system and aviation airborne optical platform detection system
CN103926673B (en) A kind of adjusting process of multi-faceted atmospheric remote sensing ultraviolet imager reflection axicon lens