SU1536204A1 - Device for determining position and orienting an object - Google Patents

Device for determining position and orienting an object Download PDF

Info

Publication number
SU1536204A1
SU1536204A1 SU884418850A SU4418850A SU1536204A1 SU 1536204 A1 SU1536204 A1 SU 1536204A1 SU 884418850 A SU884418850 A SU 884418850A SU 4418850 A SU4418850 A SU 4418850A SU 1536204 A1 SU1536204 A1 SU 1536204A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
laser beam
scanning
inputs
information processing
information
Prior art date
Application number
SU884418850A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Львович Даниелян
Ашот Макабеевич Манукян
Степа Гегамович Мартиросян
Original Assignee
Институт радиофизики и электроники АН АрмССР
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 Институт радиофизики и электроники АН АрмССР filed Critical Институт радиофизики и электроники АН АрмССР
Priority to SU884418850A priority Critical patent/SU1536204A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1536204A1 publication Critical patent/SU1536204A1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике. Цель изобретени  - повышение информативности за счет определени  шести координат, определ ющих положение и ориентацию объекта в пространстве, повышение точности за счет обеспечени  малой угловой расходимости сканирующего луча и дискретности считывани  информации о его положении, повышение достоверности за счет устранени  вли ни  импульсных световых помех от посторонних источников и повышение разрешающей способности за счет уменьшени  вли ни  фоновых световых помех. Коллимирующа  линза 5, установленна  в полом валу 3 механизма 2 сканировани  с поперечным смещением относительно фокусирующей линзы 4, образует в совокупности с ней телескоп, с помощью которого из луча лазера 1 формируетс  луч с малым угловым расхождением, сканирующий контролируемую зону пространства, описыва  в процессе сканировани  коническую поверхность. Мишень 11, закрепл ема  на объекте, выполнена в виде креста, четыре луча которого образованы соответственно четырьм  группами по N фотоприемных  чеек 16. Информаци  о положении объекта считываетс  непрерывно путем регистрации номеров засвечиваемых в процессе сканировани  лазерным лучом фотоприемных  чеек 16 и показаний M-разр дного цифрового преобразовател  6 угла, расположенного на валу 3. Эта информаци  используетс  дл  вычислени  шести координат, необходимых и достаточных дл  определени  положени  и ориентации объекта в пространстве. Устранение вли ни  импульсных световых помех оThis invention relates to instrumentation technology. The purpose of the invention is to increase the information content by determining six coordinates determining the position and orientation of an object in space, improving accuracy by providing small angular divergence of the scanning beam and discreteness of reading information about its position, increasing reliability by eliminating the influence of pulsed light interference from outsiders. sources and increased resolution by reducing the effect of background light interference. The collimating lens 5, mounted in the hollow shaft 3 of the scanning mechanism 2 with transverse displacement relative to the focusing lens 4, forms together with it a telescope, with which a beam with a small angular divergence forms a scanning area of the space, describing the scanning process conical surface. The target 11, fixed on the object, is made in the form of a cross, the four beams of which are formed by four groups of N photodetector cells respectively 16. Information on the position of the object is read continuously by registering the photodetector cells 16 exposed by the laser beam and the readings of the M-digit a digital angle converter 6 located on the shaft 3. This information is used to calculate the six coordinates necessary and sufficient for determining the position and orientation of the object in space. Elimination of the influence of pulsed light interference on

любОМиРОВ АНАТОлий ВиКТОРОВичLyubOMIROV ANATOLY VIKTOROVICH

КАРпОВ МиХАил ВлАдиМиРОВичKARPOV MIHAIl VLADIMIROVICH

КиРЕЕВА гАлиНА АлЕКСАНдРОВНА+7507635DISPLACEMENT TRANSDUCER WITH PHASE OUTPUT11 440052 пЕНзА11Kireeva gALINA ALEXANDROVNA + 7507635DISPLACEMENT TRANSDUCER WITH PHASE OUTPUT11 440052 PENZA11

Description

рОлируемую зону пространства, описыва  в процессе сканировани  коническую поверхность Мишень 11, закрепл ема  на объекте, выполнена в виде креста, четыре луча которого образованы соотвественно четырьм  группами по N фотоприемных  чеек 16, Информаци  о положении объекта считы- в&етс  непрерывно путем регистрации номеров засвечиваемых в процессе сканировани  лазерным лучом фотоприемных  чеек 16 и показаний N-разр дно- го цифрового преобразовател  6 угла, расположенного на валу 30 Эта инфор- м&ци  используетс  дл  вычислени During the scanning process, describing the conical surface of the Target 11, fixed on the object, is made in the form of a cross, the four beams of which are formed by four groups of N photodetector cells, respectively, 16 and information on the position of the object is continuously measured by registering the numbers of during the laser beam scanning process of the photodetector cells 16 and the N-bit readings of the bottom digital angle converter 6 located on the shaft 30 This information & chi is used to calculate

шести координат, необходимых и достаточных дл  определени  положени  и ориентации объекта в пространстве. Устранение вли ни  импульсных световых помех осуществл етс  путем их временной селекции относительно информационных импульсов в четырех блоках 7-10 обработки информации„ Фотоприемна   чейка 16, выполненна  в виде бленды с установленным внутри нее оптическим полосовым фильтром, осуществл ет селекцию полезного оптического сигнала относительно фоно- . вой световой помехи по угловым отклонени м и спектру. 2 з.п0ф-лы, 6 ил.six coordinates necessary and sufficient to determine the position and orientation of the object in space. The effect of pulsed light interference is eliminated by temporally selecting them for information pulses in four information processing units 7-10, a photo-receiving cell 16, made in the form of a hood with an optical band-pass filter installed inside it, selects the useful optical signal relative to the phono. howling of light interference in the angular deviations and the spectrum. 2 з.п0ф-л, 6 Il.

ГR

:p-i: p-i

Изобретение относитс  к контроль- нб-измерительной технике и может быть использовано дл  автоматического контрол  в динамике положени  и ориентации в заданной области пространства различных объектов, например платформ с- аппаратурой, антенных устройств и т.п The invention relates to the control and measurement technique and can be used to automatically control the dynamics of the position and orientation in a given area of space of various objects, for example, platforms with hardware, antenna devices, etc.

Целью изобретени   вл етс  повышение информативности за счет определени  шести координат, определ ющих положение и ориентацию объекта в пространстве , повышение точности за счет обеспечени  малой угловой расходимости сканирующего луча и дискретности считывани  информации о его положении ,, повышение достоверности за счет устранени  вли ни  импульсных, свето- ых помех от посторонних источников повышение разрешающей способности за счет уменьшени  вли ни  фоновых световых помех.The aim of the invention is to increase the information content by determining six coordinates that determine the position and orientation of an object in space, improving accuracy by providing a small angular divergence of the scanning beam and discreteness of reading information about its position, increasing the reliability by eliminating the influence of pulsed light. - foreign interference from external sources, increased resolution by reducing the effect of background light interference.

На фиг„1 представлена блок-схема устройства; на. - структурна  схема блока обработки информации;на фиГоЗ - устройство фотоприемной Ячейки; на фиг.4 - временные диаграммы , иллюстрирующие работу блоков обработки информации; на - крестообразна  мишень и траектори  све- toBoro п тна - проекции лазерного луча - на плоскость мишени при отсутствии ее наклона относительно оптической оси лазера; на фиг.6 - случай взаимного расположени  конуса Сканировани  и системы координат,св занной с объектом.Fig „1 shows the block diagram of the device; on. - block diagram of the information processing unit; on fig. 3 — device of the photodetector cell; figure 4 - timing diagrams illustrating the operation of the information processing units; on — a cross-shaped target and a trajectory of a bright Boro spot — the projection of a laser beam — onto the plane of the target in the absence of its inclination relative to the optical axis of the laser; Figure 6 illustrates the case of the relative position of the Scan cone and the coordinate system associated with the object.

Устройство содержит (фиг..1) лазер I, механизм 2 сканировани  с полымThe device contains (Fig. 1) a laser I, a scanning mechanism 2 with a hollow

00

5five

00

5five

00

5five

валом 3, установленный по ходу лазерного луча так, чТо ось полого вала 3 механизма сканировани  (вала 3) совпадает с оптической осью лазера 1, фокусирующую линзу 4, установленную между валом 3 и лазером 1 соосно его оптической оси, коллимирующую линзу 5, закрепленную внутри вала 3 так, что ее главна  оптическа  ось параллельна оптической оси лазера 1, но смещена относительно нее,, М-разр д- ный цифровой преобразователь 6 угла (ЦПУ), расположенный на валу 3, четыре блока 7-10 обработки информации, перва  группа из М входов каждого из которых соединена соответственно с М выходами ЦПУ 6, и мишень 11, закрепл емую на контролируемом объекте , выполненную в виде пр мого креста , четыре луча 12-15 (полуоси 12-15) которого образованы соответственно четырьм  группами по N линейных и с равномерным шагом расположенных фотоприемных  чеек 16 (ФП  чеек 16), выходы которых соединены соответственно с вторыми группами из N входов соответствующих блоков 7-10 обработки информации, четыре группы выходов которых  вл ютс  выходами устройства и предназначены дл  соединени  с многоразр дной шиной интерфейса ЭВМshaft 3 mounted along the laser beam so that the axis of the hollow shaft 3 of the scanning mechanism (shaft 3) coincides with the optical axis of laser 1, focusing lens 4 mounted between shaft 3 and laser 1 coaxially with its optical axis, collimating lens 5 mounted inside shaft 3 so that its main optical axis is parallel to the optical axis of the laser 1, but is offset relative to it, an M-digit digital angle converter 6 (CPU) located on the shaft 3, four information processing units 7-10, the first group of the M inputs of each of which is connected Respectively with M outputs of CPU 6, and target 11, fixed on a controlled object, made in the form of a straight cross, four beams 12-15 (semi-axes 12-15) of which are formed by four groups of N linear and uniformly spaced, respectively 16 (OP cells 16), the outputs of which are connected respectively to the second groups of N inputs of the corresponding information processing units 7-10, four groups of outputs of which are outputs of the device and are intended for connection to a multi-bit computer interface bus

Каждый из четырех блоков 7-10 обработки информации состоит (фиг.2) из N селективных предусилителей 11 { , ..|17),..017|| (на фиг о 2 условно показан только один селективный пред- усилитель N;), входы которых образуют вторую группу из N входовEach of the four blocks 7-10 of information processing consists (N 2) of N selective preamps 11 {, .. | 17), .. 017 || (Fig. 2 conditionally shows only one selective preamplifier N;), whose inputs form the second group of N inputs

соответствующего бпока 7-10 обработки информации, формировател  18 кода номера (формировател  18 кода) и формировател  19 импульса пересечени  (формировател  19 импульса), N входов каждого из которых соединены соответственно с выходами N селективных предусилителей 1 7, ,. .. 7, , „ „ „ 17N, регистра 20 когда угла (регистра 20), М входов которого представл ют собой первую группу из М входов соответствующего блока 7-10 обработки информации, а многоразр дный выход объединен с многоразр дным выходом формировател  18 кода в группу выходов соответствующего блока 7 - 10 обработки информации, и формировател  21 временного интервала (формировател  21 интервала), выход которого соединен с блокирующими входами формировател  18 кода, формировател  19 импульса и регистра 20, а вход объединен с входом синхронизации регистра 20 и соединен с выходом формировател  19 импульса.corresponding to the information processing 7-10, the number code generator 18 (code generator 18) and the intersection pulse generator 19 (pulse generator 19), N inputs each of which are connected respectively to the outputs of the N selective preamplifiers 1 7,. .. 7, „„ „17N, register 20 when the angle (register 20), whose M inputs represent the first group of M inputs of the corresponding information processing block 7-10, and the multi-bit output combined with the multi-discharge output of the code 18 generator to the group of outputs of the corresponding information processing unit 7 - 10, and the time period generator 21 (interval generator 21), the output of which is connected to the blocking inputs of the code generator 18, the pulse former and register 20, and the input combined with the synchronization input of the register 20 and coi Inonii yield pulse shaper 19.

Какжда  из 4N фотоприемных  чеек 16 состоит (фиГоЗ) из бленды 22 с углом раскрыти , соответствующим максимальному контролируемому значению угла наклона объекта относительно оптической оси лазера 1, в которой установлены по ходу сканирующего луча соосно ей (бленде 22) оптический полосовой фильтр 23, оптическа  линза 24 и фотоприемный диод 25, приемной поверхностью помещенный в фокусе линзы 24.Each of the 4N photodetector cells 16 consists (fig. 3) of a hood 22 with a opening angle corresponding to the maximum monitored value of the angle of the object relative to the optical axis of the laser 1, which is installed along the scanning beam with the coaxial axis (lens 22) optical bandpass filter 23, optical lens. 24 and the photodetector diode 25, the receiving surface placed in the focus of the lens 24.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

В исходном положении оптическа  ось лазера 1 направлена в центр мишени 11 по нормали к ее плоскости. Коллимирующа  линза 5 расположена на таком рассто нии от фокусирующей линзы 4, чтобы диаметр светового п тна - проекции лазерного луча - не превышал размера ФП  чейки .Механизм 2 сканировани  приводит во вращение вал 3, обеспечива  сканирование мишени 11, при котором луч лазера 1 описывает правильную коническую поверхность с заданным углом 2у раскрыти  конуса Угол J1 определ етс  соотношением: jf arctg ., где Д1 - рассто ние между главной оптической осью коллимирующей линзы 5 и оптической осью лазера 1; fk - фокусное рассто ние коллимирующейIn the initial position, the optical axis of the laser 1 is directed to the center of the target 11 along the normal to its plane. The collimating lens 5 is located at such a distance from the focusing lens 4 so that the diameter of the light spot — the projection of the laser beam — does not exceed the size of the AF cell. The scanning mechanism 2 rotates the shaft 3, providing scanning of the target 11, at which the laser beam 1 describes the correct conical surface with a predetermined angle of opening 2 of the cone. The angle J1 is determined by the relation: jf arct., where D1 is the distance between the main optical axis of the collimating lens 5 and the optical axis of the laser 1; fk is the focal distance of the collimating

53620465362046

линзы 5. При выборе угла у соблюдаетс  также следующее условие: в исходном положении (при отсутствии отклонений и смещении объекта с мишенью 11) пересечение лучом лазера 1 го- луосеи 12 - 15 мишени 11 происходит ориентировочно в середине каждой из полуосей 12 - 15. Диапазон контроIQ лируемых перемещений и отклонений объекта с мишенью ограничиваетс  условием: при каждом обороте вала 3 сканирующий луч лазера 1 пересекает каждую из четырех полуосей 12-15lenses 5. When choosing an angle y, the following condition is also observed: in the initial position (in the absence of deviations and displacement of the object with target 11), the intersection of the laser 1 of the 12-by-15 axis 11 to the target 11 takes place approximately in the middle of each of the 12 -15 axes. the controlled displacements and deviations of the object with a target are limited by the condition: at each revolution of the shaft 3, the scanning beam of the laser 1 crosses each of the four semi-axes 12-15

15 мишени 11. Таким образом, указанный диапазон зависит от размеров мишени 11 о Одновременно со сканированием мишени лазерным лучом механизм 2 сканировани  вращает ЦПУ 6 таким обра- 20 зом, что текущее значение кода угла однозначно соответствует текущему значению угла с/, развертки. Дл  рациональной обработки информации значение оС 0° совмещено с одной из15 target 11. Thus, the specified range depends on the size of the target 11 o Simultaneously with scanning the target with a laser beam, the scanning mechanism 2 rotates the CPU 6 in such a way that the current value of the angle code unambiguously corresponds to the current value of the angle c /, sweep. For rational information processing, the value of оС 0 ° is combined with one of

25 полуосей (например, 12), котора  принимаетс  за положительное направление оси X. Совмещение механизма 2 сканировани , коллимирующей линзы 5, ЦПУ 6 на одном валу 3 обеспечивает после25 axes (for example, 12), which is taken as the positive direction of the X axis. Combining the scanning mechanism 2, the collimating lens 5, the CPU 6 on one shaft 3 provides

30 юстировки наименьшие погрешности геометрии оптического тракта и точное соответствие регистрируемого угла углу csi разверткио30 adjustments the smallest errors in the optical path geometry and exact correspondence of the recorded angle to the csi sweep angle

При пересечении лучом лазера 1 ФПWhen crossing the beam of the laser 1 OP

 чейки 16 полуоси 12 мишени 11 в ней . Jbthe cells 16 of the semiaxis 12 targets 11 in it. Jb

генерируетс  электрический импульс,an electrical impulse is generated,

поступающий в блок 7 обработки информации Аналогично при пересечении лучом лазера 1 полуосей 13, 14, 15 40 импульсы поступают соответственно на блоки 8, 9, 10 обработки информации. Сигналы с блоков 7-10 обработки информации поступают на выход устройства и далее на многоразр дную шину 45 интерфейса ЭВМ дл  последующей об- работкИоarriving at information processing unit 7 Similarly, when the laser beam 1 intersects semiaxes 13, 14, 15, 40, the pulses arrive at the information processing units 8, 9, 10, respectively. The signals from the information processing units 7-10 are fed to the output of the device and then to the multi-bit bus 45 of the computer interface for further processing.

Каждый из блоков 7-10 обработки информации работает следующим обра - зом оEach of blocks 7-10 of information processing operates as follows.

сп Световой поток, состо щий из све- тового импульса (фиг.4а) лазерного луча, попадающего на ФП  чейку 16 в процессе сканировани  фоновой засветки и импульсной помехи (фиг.46), пресс образуетс  фотоприемьым диодом 25 в электрический сигнал (фиг 4в) и поступает на вход соответствующего селективного предусшппел  1/J В селективных предусилител х 17, , . , 17( ,...cc Light flux consisting of a light pulse (Fig. 4a) of a laser beam that hits the FP cell 16 during the backlight scanning process and a pulse noise (Fig. 46), the press is formed by a photodiode diode 25 into an electrical signal (Fig. 4c) and is fed to the input of the corresponding selective preamp 1 / J In the selective preamps 17,. , 17 (, ...

. ,. , 1 7 jj осуществл ютс  селекци  и формирование импульсов с логическим уровнем, соответствующих световым импульсам на входах ФП  чеек 16 (фиг,4г). Сигналы с выходов N селективных предусилителей 17 ,„.., 7; ,... . +.,17 поступают в формирователь 19 импульса, где формируетс  одиночный импульс независимо от того, н,а ка- кс)й вход поступил импульс. Сигналы с селективных предусилителей 17 ,,,„., 17.;,..,.7у1 поступают также на входы формировател  18 кода засвечиваемой ФП  чейки 16, где определ етс  номер и формируетс  код номера засвечиваемой ФП  чейки 160 Вы/деление ин- фс рмативных лазерных импульсов осу- щфствл етс  блокирующими импульсами (фиг.4д), формируемыми задними фронтами информативных импульсов от л4зера 1 (). Длительность защитного временного интервала опре- д л етс  из соотношени . , , 1 7 jj, selection and formation of pulses with a logic level corresponding to the light pulses at the inputs of the FP cells 16 are carried out (Fig. 4d). The signals from the outputs of the N selective preamps 17, „.., 7; ... +., 17 enter the pulse shaper 19, where a single pulse is formed, regardless of which n and the input received a pulse. The signals from the selective preamplifiers 17 ,, 7., 17.;, ..,. 7у1 also go to the inputs of the shaper 18 of the code of the illuminated FP of the cell 16, where the number is determined and the code of the number of the illuminated of the FP of the cell 160 is generated. The laser radiation pulses are pulsed by blocking pulses (fig.4d), formed by the falling edges of informative pulses from laser 4 (). The duration of the guard time is determined from the ratio

оabout

ьи  yy

(ABOUT

где Т - длительность запитного | интервала;where T - the duration of the power | interval;

Тск - период сканировани ; tH - длительность импульса от лазерного луча на выходе ЪП  чейки 1 6;Tsk is the scan period; tH is the duration of the pulse from the laser beam at the output of the LEP cell 1 6;

t ц - максимальна  нестабильность периода развертки за врем  одного оборота вала 3;t C - the maximum instability of the sweep period during one revolution of the shaft 3;

ta максимальное значение временного интервала, внос щего поправку в период встречи лазерного луча с данной полуосью мишени 11 вследствие движени  объект та4 который,двига сь навстречу сканирующему лучу или от него, будет изме-.- н ть период Тск встречи полуоси мишени 11 с лучом в сторону сокращени  или увеличени  соответственно„ Блокирующий импульс с выхода фор- мировател  21 интервала поступает на. входы блокировки формировател  18 кода, формировател  19 импульса и регистра 20. В регистре 20 записываетс  код угла сканировани  с ЦПУ 6 в момент пересечени  лазерного луча с полуосью 12 (13, 14, 15) мишени И.Этот момент определ етс  по влением на вкоде синхронизации регистра 20 импульса , который поступает с выхода формировател  19 импульса„ta the maximum value of the time interval that amends during the meeting of the laser beam with the given semi-axis of the target 11 due to the movement of an object that 4, moving towards or away from the scanning beam, will change the period Tc of the meeting of the semi-axis 11 of the beam with the beam the side of the reduction or increase, respectively, is the “blocking impulse from the output of the former 21 interval arrives on. the inputs of blocking the imaging unit 18, the imaging unit 19 of the pulse and the register 20. In register 20, the scan angle code from the CPU 6 is recorded at the moment of intersection of the laser beam with the semi-axis 12 (13, 14, 15) of the target I. This moment is determined by the synchronization code register 20 of the pulse, which comes from the output of the former 19 pulse "

Выходной код от формировател  18 кода засвечиваемой ФП  чейки 16 и код угла регистра 20, соответствующи данному моменту пересечени , передаютс  на выход устройства и далее на многоразр дную шину интерфейса ЭВМ дл  дальнейшей обработки и вычислени координат объектаThe output code from the imaging unit 18 of the code of the illuminated OP cell 16 and the angle code of the register 20, corresponding to the given intersection moment, are transmitted to the output of the device and then to the multi-bit bus of the computer interface for further processing and calculating the coordinates of the object

Луч лазера 1 представл ет собой параллельный пучок света;отличающийс  узкой (по длине волны) полосой. Пересека  в процессе сканировани  соответствующую ФП  чейку, 16, лазерный луч совместно с фоновой световой помехой попадает на оптический полосовой фильтр 23, который селектирует лазерный луч по спектру относительно фоновой световой помехи Затем лазерный луч фокусируетс  оптической линзой 24 на приемную поверхность фотоприемного диода 25, генериру  на его выходе информационный электрический импульс.еLaser beam 1 is a parallel beam of light, characterized by a narrow (wavelength) band. During the scanning process, the corresponding FP cell, 16, the laser beam, together with the background light interference, hits the optical bandpass filter 23, which selects the laser beam from the spectrum relative to the background light interference. Then the laser beam is focused by the optical lens 24 onto the receiving surface of the photodetector diode 25, generating its output information electric impulse

При отсутствии наклона мишени 11 (фиг.5) относительно оптической оси лазера 1 (фиг.1) траектори  26 фиг„ светового п тна 27 (проекции лазерного луча на плоскость мишени 11) представл ет собой окружность. Однако в общем случае траектори  светового п тна 27 представл ет собой эллипс, эксцентриситет и ориентаци  которого относительно осей Ґ и J7 крестовидной мишени И завис т от ориентационных характеристик объекта , задаваемых, например углами Эйлера (фиг.6):In the absence of inclination of the target 11 (Fig. 5) relative to the optical axis of the laser 1 (Fig. 1), the trajectory 26 of Fig. 1 of the light spot 27 (the projection of the laser beam on the plane of the target 11) is a circle. However, in the general case, the path of the light spot 27 is an ellipse, the eccentricity and orientation of which is relative to the axes Ґ and J7 of the cross-shaped target AND depends on the orientation characteristics of the object, for example, specified by Euler angles (Fig. 6):

5 - пол рный угол (между осью Z неподвижной системы XYZ и осью Ј системы , св занной с объектом, Ј Ј , которыйпоказывает наклон объекта относительно оптической оси лазера 1 (фиг.1);5 is the polar angle (between the Z axis of the fixed XYZ system and the Ј axis of the system associated with the object, Ј Ј, which shows the tilt of the object relative to the optical axis of the laser 1 (Fig. 1);

Ц - азимутальный угол линии узлов 1 в системе XYZ, который показывает, в какую сторону наклонен объект;Z is the azimuthal angle of the line of nodes 1 in the XYZ system, which shows which way the object is tilted;

азимутальный угол линии узлов 1 в системе, св занной с объектом , который показывает поворот объекта , претерпевшего пока лишь наклон N , ВОКРУГ ОСИ V . The azimuthal angle of the line of nodes 1 in the system associated with the object, which shows the rotation of the object that has so far only inclined N, AROUND AXIS V.

Мала  полуось эллипса траектории светового п тна по плоскости (,{) в процессе сканировани  и его местонахождение на этой плоскости  вл ютс  функцией пространственного положени  объекта: удаленности Z0 от вершины конуса сканировани  вдоль его оси и поперечного смещени  (XQ, Y,0 ) от оси конуса, В процессе сканировани  лазерньй луч пересекает четыре полуоси 12 - 15 (фиг,) мишени 1 1 в точках с координатами , { , t , t , которые регистрируютс  устройством в виде номеров, засвечиваемых лазерным лучом ФП  чеек 16: Nt,, N,The small semi-axis of the ellipse of the light spot trajectory along the plane (, {) during the scanning process and its location on this plane is a function of the spatial position of the object: distance Z0 from the top of the scanning cone along its axis and lateral displacement (XQ, Y, 0) from the axis During the scanning process, the laser beam intersects four semi-axes 12-15 (FIG.) of the target 1 1 at the points with coordinates, {, t, t, which are registered by the device in the form of numbers illuminated by the laser beam of the 16: Nt, F cell,

N:, N.N:, N.

Координаты и номера св заны при этом через шаг квантовани  q четырех полуосей 12.- 15 соотношением: Coordinates and numbers are connected in this case through the quantization step q of four semiaxes 12.- 15 by the relation:

;-NSqj; -NSqj

Ј q;Ј q;

ГR

ГR

чh

-N q;-N q;

-N; q;-N; q;

(2)(2)

|Г (cosCf cosV-sinCpsinVcos)+Xe-(sin(f sJn-0 +Z0)tg у cosoi % (sincpcosV-cos Cf sin( )+Yo-( sin-) +Z0) tgj sin oiv«- (-coscf sin -sincpcos cos- )+Х0(созф sin +Z0)tgy coseCj 2(-Bintf sincp+costfcos cos )+Ye (j7f cos ( sin +Z0)tgJ sinoLh - (coscfcos -sintf sin cos 3 )+X0 ( in ф sin +Z0)tgj cos od (s in q cos Cfsin cos 9 )+Y0 (sinC,; sin 9 +Z0 ) tgj sinoC - jT(-cosq sin({ -sinq cos cos} )+Xe-(cosy sin 9 )tg cosoi2- (-sin sin +cos coscpcos) )+Y6(cos(sin +Z0)tg sinoir| G (cosCf cosV-sinCpsinVcos) + Xe- (sin (f sJn-0 + Z0) tg in cosoi% (sincpcosV-cos Cf sin () + Yo- (sin-) + Z0) tgj sin oiv "- (- coscf sin -sincpcos cos-) + X0 (Sozf sin + Z0) tgy coseCj 2 (-Bintf sincp + costfcos cos) + Ye (j7f cos (sin + Z0) tgJ sinoLh - (coscfcos -sintf sin cos 3) + X0 ( in f sin + Z0 tgj cos od (s in q cos Cfsin cos 9) + Y0 (sinC; sin 9 + Z0) tgj sinoC - jT (-cosq sin ({-sinq cos cos}) + Xe- (cozy sin 9) tg cosoi2- (-sin sin + cos coscpcos)) + Y6 (cos (sin + Z0) tg sinoir

4040

четвертой пары уравнений в (3) при по влении четвертого пересечени  пучка с осью # в точке Ј значени  шести характеристик корректируютс , исход  из последних трех пар уравнений (3). Таким образом, информаци  о положении объекта считываетс  непрерывно посредством регистрации номеров засвечиваемых ФИ  чеек 16 и сн ти  показани  с М-разр дного ЦПУ 6 в триthe fourth pair of equations in (3) with the appearance of the fourth beam intersection with the # axis at the Ј point value of six characteristics is adjusted, based on the last three pairs of equations (3). Thus, information on the position of the object is read continuously by registering the numbers of the illuminated PI cells 16 and taking readings from the M-digit CPU 6 in three

Дл  исчерпывающей характеристики положени  объекта в пространстве не- обходимо и достаточно знать шесть координат (X0,Y0,Z0, -Э ,(f , (j )j, однако в системе (3 положение объекта описываетс  восемью уравнени ми, таким образом, любые два уравнени  из системы (3) вытекают из остальных шести Например, (Ј, 1, Ј4, об , %, u6U), то ({,о.п) получаютс  автоматически , что геометрически соответ- ,,- последовательных момента пересечени  ствует нахождению четвертой точки пересечени  лазерного луча с мишенью 11, а лишн  , с точки зрени  статики , пара уравнений в системе (3) используетс  в вычислени х дл  коррекции Динамики о Например, после набора трех первых пар уравнений системы (3) после пересечени  лазерным лучом осей Ј и П в трех точках , Ј , Ј, име  к тому же углы «Л, сД oL & сканировани , при которых произошли , эти пересечени , определ ютс  значени  шести характеристик объекта (Х0, YO Z0, 0 , f,(j ) , С возникновениемFor an exhaustive description of the position of an object in space, it is necessary and sufficient to know six coordinates (X0, Y0, Z0, -E, (f, (j) j), but in the system (3, the position of the object is described by eight equations, thus, any two equations from system (3) follow from the remaining six. For example, (, 1, Ј4, vol,%, u6U), then ({, o.p) are obtained automatically, which geometrically corresponds to, - the consecutive moments of intersection to find the fourth the point of intersection of the laser beam with the target 11, and, from the point of view of statics, a superfluous pair of equations in the system (3) Used in calculations to correct Dynamics Динами For example, after dialing the first three pairs of equations of system (3) after intersecting the Ј and Ј axes with a laser beam at three points, Ј, Ј, having the same angles L, dL o & scan, at which these intersections occurred, the values of the six characteristics of the object are determined (X0, YO Z0, 0, f, (j), With the occurrence

5050

сканирующего лазерного пучка с полуос ми 12-15 крестовидной мишени 11scanning laser beam with semiaxes 12-15 cross-shaped target 11

Claims (3)

Формула изобретени Invention Formula 1 о Устройство дл  определени  положени  и ориентации объекта, содержащее лазер, установленные по ходу лазерного луча фокусирующую линзу и механизм сканировани  лазерного луча по образующей конуса, полый вал которого соосен лазерного лучу, М-раз р дный цифровой преобразователь угла, расположенный на полом валу меха1 o A device for determining the position and orientation of an object, containing a laser, a focusing lens mounted along the laser beam and a laser beam scanning mechanism along a cone, whose hollow shaft is coaxial with the laser beam, M-fold digital angle converter located on the hollow fur shaft Одновременно с по влением импуль-. са на одной из полуосей 12 - 15, на- пример на +, в соответствующем блоке 7 - 10 обработки информации (фиг.1) записываетс  угол сканировани , например Otto оSimultaneously with the appearance of impulses. Sa on one of the half axes 12-15, for example, +, in the corresponding block 7-10 of information processing (Fig. 1), the scanning angle is recorded, for example, Otto С завершением одного полного оборота лазерного луча четыре пары зарегистрированных данных (, &Јк +With the completion of one full revolution of the laser beam, four pairs of recorded data (, & k + оГog iP, /Ј ),iP, / Ј), несущих полезнуюcarrying useful информацию, поступают с выходов блоков , 7 - 10 обработки информации во внешнее, по отношению к данному, устройство (ЭВМ) дл  вычислени  пространственных и угловых координат X , Y , Ј,) , Cf, Cf1 мишени 11 (объекта) из соотношени :information comes from the outputs of the blocks, 7 - 10 information processing in an external, relative to this, device (computer) for calculating the spatial and angular coordinates X, Y, Ј,), Cf, Cf1 target 11 (object) from the ratio: (3)(3) четвертой пары уравнений в (3) при по влении четвертого пересечени  пучка с осью # в точке Ј значени  шести характеристик корректируютс , исход  из последних трех пар уравнений (3). Таким образом, информаци  о положении объекта считываетс  непрерывно посредством регистрации номеров засвечиваемых ФИ  чеек 16 и сн ти  показани  с М-разр дного ЦПУ 6 в триthe fourth pair of equations in (3) with the appearance of the fourth beam intersection with the # axis at the Ј point value of six characteristics is adjusted, based on the last three pairs of equations (3). Thus, information on the position of the object is read continuously by registering the numbers of the illuminated PI cells 16 and taking readings from the M-digit CPU 6 in three последовательных момента пересечени  consecutive crossing times последовательных момента пересечени  consecutive crossing times сканирующего лазерного пучка с полуос ми 12-15 крестовидной мишени 11scanning laser beam with semiaxes 12-15 cross-shaped target 11 Формула изобретени Invention Formula 1 о Устройство дл  определени  положени  и ориентации объекта, содержащее лазер, установленные по ходу лазерного луча фокусирующую линзу и механизм сканировани  лазерного луча по образующей конуса, полый вал которого соосен лазерного лучу, М-раз- р дный цифровой преобразователь угла, расположенный на полом валу механ изма сканировани j и мишень, выполненную в виде креста, закрепл емую на контролируемом объекте, отличающеес  тем, что, с целью повышени  информативности за счет Определени  шести координат, определ ющих положение и ориентацию объ- е)кта в пространстве, и повышени  точности за счет.обеспечени  малой угловой расходимости сканирующего .туча и дискретности считывани  информации о его положении;, оно снабжено коллимирующей линзой, закрепленной внутри полого вала механизма сканировани  так, что ее главна  оп- ическа  ось параллельна оптической лазера и смещена относительно rtee, и образующей с фокусирующей лин ; ой телескоп, четырьм  блоками обработки информации, перва  группа из1 o A device for determining the position and orientation of an object, containing a laser, a focusing lens mounted along the laser beam and a laser beam scanning mechanism along a cone, whose hollow shaft is coaxial with the laser beam, an M-digit digital angle converter located on the hollow shaft the scanning engine j and the target, made in the form of a cross, mounted on a controlled object, characterized in that, in order to increase the information content by determining the six coordinates that determine the position and orientation e) in space, and increase in accuracy due to the low angular divergence of the scanning and discreteness of reading information about its position; it is equipped with a collimating lens fixed inside the hollow shaft of the scanning mechanism so that its main component the axis is parallel to the optical laser and is offset relative to the rtee, and forming with the focusing line; Oh telescope, four processing units, the first group of входов каждого из которых соедине- а соответственно с М выходами циф- ювого преобразовател  угла, и че- |ырьм  группами по N фотоприемных  чеек, расположенными с равномерным нагом на четырех полуос х мишени, ныходы каждой группы фотоприемных  чеек соединены соответственно с второй группой из N входов соответствующего блока обработки информации, 6 четыре группы выходов четырех бло- $сов обработки информации  вл ютс  выходами устройства.the inputs of each of which are connected respectively to the M outputs of the digital angle transducer, and four groups of N photodetector cells located with uniform naked on four semi-axial targets, the outputs of each group of photoreceiver cells are connected respectively to the second group of N the inputs of the corresponding information processing unit; 6, the four groups of outputs of the four information processing units are the outputs of the device. 2. Устройство по , о т л и ч а- ю щ е е с   тем, что,, с целью повы- рени  достоверности за счет устране2. The device, which is based on the fact that, in order to increase the reliability by eliminating 5five 00 5five 00 5five ни  вли ни  импульсных световых помех от посторонних источников, каждый из четырех блоков обработки информации выполнен в виде N селективных предусилителей, входы которых образуют вторую группу из N входов блока обработки информации, формировател  кода номера и формировател  импульса пересечени , N входов каждого из которых соединены соответственно с выходами N селективных предуск- лителей, регистра кода угла, М входов которого представл ют собой первую группу из М входов блока обработки информации, а мнскгоразр дный выход объединен с многоразр дным выходом формировател  кода номера в группу выходов блока обработки информации , и формировател  временного интервала, выход которого соединен с блокирующими входами формирователей кода номера и импульса пересечени  и регистра кода угла, а вход объединен с входом синхронизации регистра кода угла и соединен с выходом формировател  импульса пересечени .Neither the effect of pulsed light interference from extraneous sources, each of the four information processing units is made in the form of N selective preamplifiers, the inputs of which form the second group of N inputs of the information processing unit, a number code generator and an intersection pulse generator, N inputs of each of which are connected respectively with the outputs of N selective preamps, the register of the angle code, the M inputs of which represent the first group of M inputs of the information processing unit, and the multi-output output En with the multi-bit output of the number code generator in the output group of the information processing unit, and the time interval generator, the output of which is connected to the blocking inputs of the number code and intersection pulse generator and the angle code register, and the input is combined with the angle code synchronization input and connected to the output intersection pulse former. 3. Устройство по п.2 у отличающеес  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности за счет уменьшени  вли ни  фоновых световых помеху кажда  из 4N фотоприемных  чеек выполнена в виде бленды, в которой установлены по ходу сканирующего луча соосно ей оптический полосовой фильтр, оптическа  линза и фотоприемньй диод, приемной поверхностью помещенный в фокусе линзы.3. The device according to claim 2, wherein, in order to increase the resolution by reducing the effect of background light interference, each of the 4N photodetector cells is designed as a hood in which an optical band-pass optical filter lens and photodetector diode, the receiving surface placed in the focus of the lens. Фи#гPhi #g Фи.ЧFi.CH Фиг. 5FIG. five fcfc
SU884418850A 1988-05-03 1988-05-03 Device for determining position and orienting an object SU1536204A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884418850A SU1536204A1 (en) 1988-05-03 1988-05-03 Device for determining position and orienting an object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884418850A SU1536204A1 (en) 1988-05-03 1988-05-03 Device for determining position and orienting an object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1536204A1 true SU1536204A1 (en) 1990-01-15

Family

ID=21372255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884418850A SU1536204A1 (en) 1988-05-03 1988-05-03 Device for determining position and orienting an object

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1536204A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент US V 1519469, кл. G 01 J 1/20, 1962. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3781111A (en) Short range laser obstacle detector
US3870890A (en) Method and apparatus for measuring mutually perpendicular dimensions
US5767960A (en) Optical 6D measurement system with three fan-shaped beams rotating around one axis
US5006721A (en) Lidar scanning system
US3790276A (en) Direct measurement of ship body distortion using a laser beam
GB1535352A (en) Remote thickness measuring systems
US3924107A (en) The path of a vehicle method and apparatus for recording
US4684249A (en) Angular position sensors
US4622462A (en) Method and apparatus for three-dimensional scanning
CN109462033A (en) A kind of satellite tracking method and device of portable antenna carrier
JPS63500892A (en) Device for determining and monitoring changes in axis position
US4790660A (en) Shape measuring instrument
US5191385A (en) Method for determining the spatial coordinates of points, application of said method to high-precision topography, system and optical device for carrying out said method
US3793518A (en) Optical scanning system with a crossed scanning pattern
US4192612A (en) Device for contact-free thickness measurement
SU1536204A1 (en) Device for determining position and orienting an object
US3890840A (en) Laser controlled fathometer
CN210952526U (en) Reflection type shooting aiming training device
US3724923A (en) Digital correlation pattern tracker
JPS5834313A (en) Active type distance measuring device
US3535527A (en) Digital correlation pattern tracker with single axis scanning
EP0310231B1 (en) Optical measuring apparatus
GB1566155A (en) Laser device
JPS63231286A (en) Tracking distance measuring instrument for moving body using laser beam
SU1659795A1 (en) Photometer for scanning firmament