WO2015163795A1 - Optical measuring system for determining the relative position of elements in space with a two-coordinate measuring module, and corresponding methods and devices for recording optical radiation - Google Patents

Optical measuring system for determining the relative position of elements in space with a two-coordinate measuring module, and corresponding methods and devices for recording optical radiation Download PDF

Info

Publication number
WO2015163795A1
WO2015163795A1 PCT/RU2015/000259 RU2015000259W WO2015163795A1 WO 2015163795 A1 WO2015163795 A1 WO 2015163795A1 RU 2015000259 W RU2015000259 W RU 2015000259W WO 2015163795 A1 WO2015163795 A1 WO 2015163795A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
optical radiation
radiation
decomposition
elements
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000259
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Клим Николаевич КИФОРЕНКО
Федор Викторович СЕМЕНОВ
Original Assignee
Клим Николаевич КИФОРЕНКО
Федор Викторович СЕМЕНОВ
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 Клим Николаевич КИФОРЕНКО, Федор Викторович СЕМЕНОВ filed Critical Клим Николаевич КИФОРЕНКО
Publication of WO2015163795A1 publication Critical patent/WO2015163795A1/en

Links

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
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings

Definitions

  • the invention relates to systems for determining the location of material objects in space using optical methods, and more particularly to an optical measuring system for determining the relative positions of structural elements in space, to corresponding methods and devices for detecting optical radiation for use in it.
  • the system [1] comprises a processing module, a first measuring module, mounted on the first of the elements to be measured and containing a radiation unit for generating an optical beam in the direction of the second measuring module, mounted on the second of the elements and containing a position-sensitive detector for determining at least one coordinate of the image of the received beam in a rectangular coordinate system on the registration plane of the detector.
  • a distinctive feature of this system is the optical element in the second measuring module, which provides the conversion of the beam of optical radiation before it hits the registration plane of the detector.
  • the coordinate of the image of the transformed beam is a coordinate defining the position of the corresponding one of the aforementioned scaling axes on the registration plane.
  • the image of the beam on the registration plane is converted into a light line, and the detector, preferably being a linear detector, determines the coordinate of the axis along which this light line is extended, i.e. the coordinate of the point of intersection of the light line with the sensitive element of the linear detector. Due to the distinctive properties of the system [1], a technical result is achieved consisting in simplifying the tuning process, increasing the measurement range and reducing the cost of the system.
  • the system [1] has some disadvantages. Namely, in a single measurement, the system [1] provides the ability to determine only one image coordinate of the converted optical beam, namely the coordinate of the point of intersection of the light line of the image of the beam and the sensitive element of the linear detector, along the length of the sensitive element.
  • the system [1] usually in the problem of determining the mutual arrangement of structural elements in space, it is necessary to determine the two coordinates of the point of incidence of the radiation beam from the source to the detector site, based on which, for example, the values of the transverse and angular mismatches of the measured elements.
  • the system [1] also provides the ability to determine the values of the transverse and angular mismatch of the measured elements, however, for this in the system [1] it is necessary to perform at least three repeated measurements, each time moving the measured structural elements or the first and second measuring modules. For example, if the spatial mismatch of the rotating shafts is measured, then before each of the at least three repeated measurements in the system [1], two measured shafts, and correspondingly measuring modules mounted on the shafts, rotate synchronously around their rotation axes. In addition, in the system [1], it would be possible to determine the second coordinate of the light line of the image of the source beam at the detector site, if we use a two-dimensional (matrix) detector rather than a linear optical radiation detector as a position-sensitive detector.
  • Optoelectronic converter [2] is designed for non-contact measurement of the movements of objects relative to each other and contains a radiation source in the form of an LED mounted on one of the objects, and a multi-element linear photodetector installed on another object.
  • the publication [2] solves the problem of determining the position of the sprung body of a railway car relative to the axis of the wheelset.
  • the photodetector is made in the form of two pairs of space-separated multi-element linear photodetectors made in the form of a CCD, the photosensitive arrays of which are installed in each pair at an angle oci relative to the other pair, and a lens and a formation device are installed between the LED and each pair of linear photodetectors images of the light mark from the LED in the form of a cross in the plane of each pair of linear photodetectors, made in the form of at least two cylindrical lens rasters, not shielding each other, the angle between the planes of symmetry which a 2.
  • the disadvantage of the device [2] is the need to form a complex light mark in the form of a cross on a plane in which pairs of linear detectors are installed, which in [2] is carried out by using a system of at least two cylindrical lens rasters.
  • the constructive arrangement of pairs of linear detectors on the same plane, perpendicular to each other, is also the disadvantage of the device [2], because increases the minimum geometric dimensions of the device for recording optical radiation.
  • the advantages of the solution described in [2] are achieved due to a significant complication of the design of the optoelectronic converter, which leads to an increase in its cost.
  • the invention presented in this application is aimed at overcoming the disadvantages of the known solutions of the prior art, in particular, at providing the possibility of determining the relative position of structural elements in space using an optical measuring system operating in a two-coordinate mode, but characterized by low cost and simplicity of design.
  • the inventive system allows to increase the detection area, and the addition of the second coordinate allows to increase the accuracy of the positioning of the object at a reduced cost of implementing the system and at the same time while maintaining the technical characteristics of the system similar to the characteristics of the known prototype system.
  • System [1] is the closest technical solution to the presented invention and was selected in this application for the prototype.
  • the objective of the present invention is to provide an optical measuring system for determining the relative position of structural elements in a space operating in a two-coordinate mode, the corresponding method and two-coordinate optical radiation registration device for use in it.
  • the technical result achieved is to increase the accuracy of measurements and determine the relative position of objects in space, as well as to simplify the process of setting up the system and measuring it using it, as well as to increase the permissible measurement range without significantly increasing the cost of the system.
  • the present invention claims an optical measuring system for determining the relative position of two structural elements in space, containing:
  • the first measuring module made with the possibility of fixing on the first of the mentioned structural elements, and containing a radiation unit, configured to form a directed beam of optical radiation;
  • the second measuring module made with the possibility of fixing on the second of the aforementioned structural elements and containing a receiving unit for receiving a beam of optical radiation formed by the first measuring module incident on the radiation receiving plane.
  • Receive block contain:
  • a system of optical elements located after the radiation receiving plane along the propagation path of the optical radiation beam and configured to convert the incoming optical radiation beam at least in such a way that the image of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane is substantially scaled into a light line;
  • optical radiation detecting means configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane.
  • the claimed system contains a processing module, configured to receive data from the first and second measuring modules, including the aforementioned at least one coordinate, and with the ability to calculate at least one geometric parameter characterizing the mutual the location of the two structural elements in space, based on the data.
  • said optical system of the receiving unit is further configured to decompose the beam of optical radiation into two beams propagating in different directions to two respective radiation detection planes.
  • Said optical radiation detecting means includes two linear detectors located in said two radiation detection planes, respectively, wherein each linear detector is configured to register a corresponding one of two optical radiation obtained by decomposing the rays and determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of this beam, with a sensitive element of the detector, along the length of the sensitive element.
  • the processing module of the system is configured to calculate said at least one geometric parameter based on two coordinates of the intersection points of the images of said two decomposed optical radiation beams with sensitive elements of two linear detectors.
  • said optical element system includes an optical conversion element for performing said conversion of an incoming optical radiation beam, and an optical decomposition element for performing said decomposition of an incoming optical radiation beam.
  • the optical conversion element can be a diffraction grating or anamorphic
  • the optical decomposition element can be at least a dividing prism, which decomposes the beam of optical radiation into a transmitted beam and a reflected beam.
  • the optical conversion element is located in front of the optical decomposition element along the propagation path of the input beam of optical radiation, so that the optical decomposition element decomposes the converted beam.
  • the optical element system further comprises a cylindrical lens placed on the propagation path of the reflected or transmitted beam, made with the possibility of rotation of the light line, which is the image of a given beam, by 90 ° in the corresponding plane of registration of radiation.
  • the optical conversion element is located after the optical decomposition element along the propagation path of the input beam of optical radiation, so that the optical conversion element converts two decomposition rays.
  • the optical conversion element contains two diffraction gratings or two anamorphs located on the propagation paths of the reflected and transmitted rays, respectively.
  • the claimed system also provides that the determination of the coordinate pairs of images of two obtained by the decomposition of rays by two linear detectors can be repeated two or more times.
  • the calculation of at least one geometric parameter may be performed based on the corresponding two or more pairs of coordinates obtained as a result of said repetition.
  • the aforementioned repetition can be performed after changing the position in space of the said elements and / or measuring modules, for example, after they are rotated around the corresponding axis of rotation.
  • the optical element system may further comprise one or more auxiliary optical means adapted to further convert the optical beam, which can be located anywhere along the path of the optical beam inside the receiving unit of the second measurement module, if necessary conversion and decomposition of the beam and the claimed result is achieved.
  • the present invention provides for the possibility of storing data obtained as a result of said determination and / or said calculation, presenting such data to a user in a graphic and / or other intelligible form, and transmitting it to a third-party device using a wired and / or wireless connection.
  • the invention provides for the possibility of having an interface in the claimed system for exchanging data between system components using a wired and / or wireless connection, and a storage device for storing data.
  • the claimed system may also include means for transmitting data received in the system to a third-party device using a wired and / or wireless connection, and a display module for presenting data to the user in a graphic and / or another perceptible form.
  • the mentioned storage device, data transfer means and display module can be performed as an integral part of the processing module.
  • the first measuring module of the claimed system may contain elements similar to the elements of the second measuring module, and the second measuring module may contain elements similar to the elements of the first measuring module.
  • the measuring modules can simultaneously conduct bilateral measurements, and are interchangeable.
  • system processing module may be implemented as software stored in memory and executed by a processor of a computing device configured to communicate with the first and / or second measurement modules.
  • the present invention also provides two methods (options) implemented by the optical measurement system described above.
  • the claimed method for determining the relative position of two structural elements in space using an optical measuring system containing at least two measuring modules, made with the possibility of fixing on the said structural elements comprising the steps of: forming, using the first measuring module, an optical radiation beam directed towards the second measuring module;
  • said definition of at least one image coordinate of an optical radiation beam comprises registering two optical radiation rays obtained by decomposing optical rays by two linear detectors as a part of optical radiation detection means located in said two radiation detection planes, respectively, and
  • the claimed respectively, a method for determining the relative position of two structural elements in space using an optical measuring system containing at least two measuring modules made with the possibility of fixing on the said structural elements, comprising stages in which:
  • said beam conversion of optical radiation contains
  • said determination of at least one image coordinate of an optical radiation beam comprises registering said two decomposed and converted optical radiation rays with two linear detectors as a part of optical radiation detection means located in said two radiation detection planes, respectively, and
  • said calculation of at least one geometric parameter is performed on the basis of two coordinates of the intersection points of the images of said two rays of optical radiation with sensitive elements of two linear detectors.
  • a two-coordinate optical radiation recording device for use in an optical measuring system for determining the relative position of two structural elements in space, configured to be fixed to the second structural element from the two elements, said system comprising an optical radiation source configured to fixing on the first structural element of the above two elements and forming directed th beam of optical radiation, comprising:
  • a system of optical elements configured to convert the incoming optical beam, at least in such a way that the image of the optical beam on the plane of registration of optical radiation is scaled essentially converted into a light line;
  • optical radiation detecting means configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane, said at least one coordinate characterizing the spatial arrangement of the registration device optical radiation with respect to said optical radiation source;
  • said optical element system includes
  • an optical conversion element configured to perform said conversion of the optical radiation beam, such that the image of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane is substantially scaled into a light line
  • an optical decomposition element configured to decompose the converted optical radiation beam into two beams propagating in different directions to two corresponding radiation detection planes
  • said optical radiation detecting means includes two linear detectors located in said two radiation detection planes, respectively, wherein each linear detector is configured to register a corresponding one of two optical radiation obtained by decomposing the rays and determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of this beam, with a sensitive element of the detector, along the length of the sensitive element.
  • a two-axis optical radiation recording device comprises:
  • a system of optical elements configured to convert the incoming optical beam, at least in such a way that the image of the optical beam on the plane of registration of optical radiation is scaled essentially converted into a light line;
  • optical radiation detecting means configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane, said at least one coordinate characterizing the spatial arrangement of the optical radiation recording device with respect to said optical radiation source;
  • said optical element system includes
  • an optical decomposition element configured to decompose the beam of optical radiation into two beams propagating in different directions to two respective radiation detection planes, and two optical conversion elements configured to perform the conversion of each of the two obtained by decomposing the rays of optical radiation, so that the image of each of these rays on the corresponding plane of registration of optical radiation is scaled essentially converted into a light line;
  • said optical radiation detecting means includes two linear detectors located in said two radiation detection planes, respectively, wherein each linear detector is configured to register a respective one of the two decomposed and converted optical radiation beams and determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is image of this beam, with a sensitive element of the detector, along the length of the sensitive element.
  • Embodiments related to the optical measuring system and optical radiation recording devices can, with advantage, be realized also in the form of corresponding method steps (and vice versa). Signs of various dependent items may be with achievement the advantages are combined if they do not contradict each other or unless otherwise expressly indicated in this application.
  • Figure 1 schematically illustrates a system of optical elements and an arrangement of linear detectors in a receiving unit of a second measurement module of a system according to one embodiment of the invention
  • Fig. 2 schematically illustrates a system of optical elements and an arrangement of linear detectors in a receiving unit of a second measurement module of a system according to another embodiment of the invention.
  • An optical measuring system for determining the relative position of two structural elements in space (hereinafter briefly called a system) is preferably designed to measure the relative position of two shafts, mounted in blocks of industrial equipment with the possibility of rotation around the respective axes of rotation.
  • structural elements the position of which is determined by the present invention, can be in general any material objects that can be placed in space in an arbitrary way. Accordingly, in the present application, the term “structural element” should be understood in the most general sense.
  • the rotational axes of the structural elements mentioned above are preferably their symmetry axes, however, they can be any axes around which the corresponding elements rotate.
  • the system like the prototype [1], includes a first measuring module, mounted on the first of the mentioned structural elements; a second measuring module mounted on a second structural member; and a processing module configured to receive and process data from the first and second measurement modules.
  • This system is made with the ability to take measurements, and calculate on their basis a set of geometric parameters (in the simplest case, one geometric parameter), characterizing the mismatch of structural elements in space.
  • geometric parameters in the simplest case, one geometric parameter
  • the terms “arrangement of one element with respect to another” and “mutual arrangement of elements” are synonyms and are used interchangeably hereinafter.
  • experts in the field of technology should understand that the definition of the mismatch of elements in space involves determining the relative position of these elements, and vice versa.
  • the mutual arrangement in space of the structural elements under consideration can be characterized by any mismatch, both in magnitude and type, including combined mismatch (for example, simultaneous transverse and angular mismatch), however, it will be clear to specialists that any mismatch can be described by some set geometric parameters with a given accuracy.
  • the necessary measurement accuracy in this embodiment of the system depends on the particular problem being solved and / or the conditions in which the system is used. For modern measuring systems that determine the mismatch between elements of industrial equipment, resolution requirements of 0.01 mm or less are specified.
  • the first measuring module comprises a radiation unit configured to generate an optical beam in the direction of the second measuring module.
  • the second measuring module comprises a receiving unit including an optical element system located after the radiation receiving plane along the path of the optical radiation beam, configured to convert the incoming optical beam at least in such a way that the image (light print, light spot) of the beam optical radiation on the corresponding plane of registration of optical radiation (possibly imaginary if the beam is then subject to further transformations) It converted to a substantially light line.
  • the receiving unit also comprises means for detecting optical radiation, configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam, after its conversion (i.e., the light line), on the plane of registration of optical radiation.
  • the optical radiation detecting means may be a linear photodetector (hereinafter simply a detector) (at least one) configured to determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of the converted optical radiation beam, with a linear photodetector sensing element, along the length of the sensitive element.
  • a linear photodetector hereinafter simply a detector
  • the optical radiation detecting means may be a linear photodetector (hereinafter simply a detector) (at least one) configured to determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of the converted optical radiation beam, with a linear photodetector sensing element, along the length of the sensitive element.
  • the length of the sensitive element of the linear detector will determine the size of the detection area of the optical radiation of the detector, which is one of the most important parameters that determine the capabilities of such measuring systems.
  • the complexity of tuning the system for starting measurements (the difficulty of ensuring that the light spot of the beam from the source falls within the limits of the mentioned detection region), as well as the measurement range of the system, depend on the size of the detection region.
  • the measurement range is understood as the range of the mismatch of the structural elements to be measured in space, within which it is technically possible to carry out measurements using the system, i.e. it is technically possible to ensure that the beam from the source enters the detection region.
  • the functionality of the optical radiation detection means or detector in the inventive system can be implemented by various devices.
  • the detector may be a PIN photodiode with the same resistance value in one or two directions, providing the ability to determine the coordinates of the point (spot) of the fall beam of optical radiation in its photosensitive region.
  • the detector may be any type of CCD, etc.
  • the terms “optical radiation detecting means”, “detector”, in the present invention are understood to mean any technical means for detecting optical radiation. Any means of appropriate designation that will be developed in the future should also fall within the scope of the definition of the optical radiation detection means and detector according to the present invention.
  • the operator After fixing the measuring modules of the system on the corresponding structural elements, the relative position of which must be determined, the operator carries out the process of tuning the system. As a result of the adjustment, such a propagation path of the optical radiation beam generated by the radiation unit of the first module is ensured that its image falls into the detection area of the optical radiation of the detector in the receiving unit of the second module. Said tuning process may be referred to as a search for a system operating point.
  • a prerequisite for making measurements with the system is that at least part of the beam image is hit optical radiation, i.e. at least part of the light strip, within the detection area of the detector.
  • the optical radiation beam coming from the source of the first measuring module is not only converted using an optical conversion element, as described above (i.e., by scaling its image into a light line), but is also expanded using an optical decomposition element into two preferably identical beams.
  • the system of optical elements in the receiving unit of the second module is characterized in that it contains not only optical (e) conversion element (s), but also optical decomposition element (s). The two rays obtained by decomposition propagate in different directions to the corresponding two different radiation detection planes in which two linear detectors are located.
  • each of the two rays obtained by decomposition is converted in such a way that it forms an image on the corresponding radiation detection plane in the form of a light line perpendicular to the longitudinal line of the detector’s sensitive element located in given registration plane.
  • each of the two linear detectors in the measuring system according to the invention simultaneously records the coordinate of the point of intersection of the light line, which is the image of this one of the rays obtained by decomposition, with the sensor element of the detector, along the length of the sensor element.
  • a pair of linear detectors provides two coordinates characterizing the location of the point of incidence of the incoming beam on the plane of reception (possibly abstract) radiation in the receiving unit of the second module, for example, in a rectangular coordinate system.
  • the invention provides for the possibility of arranging the optical conversion element in front of the optical decomposition element along the propagation path of the input beam of optical radiation when the optical decomposition element decomposes the converted beam.
  • the invention equally provides for the possibility of arranging the optical conversion element after the optical decomposition element when the optical conversion element converts two decomposition rays.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the claimed system in terms of the arrangement of optical elements and means for detecting optical radiation from two linear detectors, in which, firstly, along the propagation path of the incoming optical beam after the input window 1, an optical element transformations implemented as a diffraction grating
  • an optical decomposition element is implemented, implemented as a dividing prism
  • the detectors 5 are oriented perpendicular to each other in space, in different, also perpendicular, radiation detection planes.
  • a cylindrical lens 4 is placed that rotates the image (light line) of the beam on the corresponding radiation detection plane by 90 °.
  • each of the two linear detectors 5 simultaneously registers the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of the corresponding one of the rays obtained by decomposition, with sensitive element of the detector 5, along the length of the sensitive element.
  • Fig. 2 shows another arrangement of optical elements and means for detecting optical radiation from two linear detectors.
  • an optical decomposition element is arranged in the form of a dividing prism 3, which divides the incoming beam into transmitted and reflected rays propagating in different, perpendicular to each other, immediately on the path of propagation of the optical beam; as shown, directions (in the direction of the radiation registration planes).
  • a transformation element one sub-element of the common transformation element, which is similar
  • the transmitted and reflected rays fall to the corresponding two radiation registration planes, in which two linear detectors 5 are located.
  • Detectors 5 are already suitably oriented (like detectors 5 in FIG. 1), perpendicular to each other in space, for simultaneously registering the coordinates of the point of intersection of the light line, which is an image of the corresponding one of the rays obtained by the decomposition, with the sensor element of the detector, along the length of the sensor element .
  • the measuring system according to this embodiment of the invention also provides the ability to work in two-coordinate mode, while maintaining and developing the advantages of the prototype system.
  • the present invention includes the possibility of a very different arrangement of optical elements within the optical elements system in the receiving unit of the second measuring module.
  • a necessary condition for the successful implementation of the goals set in the claimed invention is only a combination of the above conversion and decomposition of the incoming beam of optical radiation.
  • the optical conversion element is a diffraction grating that provides diffraction decomposition of the optical radiation beam passing through it.
  • the invention is not limited to this specific example.
  • the optical conversion element may be an anamorphic (for example, a flat lens or anamorphic lens), which, accordingly, provides anamorphic image of the beam on the plane of registration of optical radiation.
  • the optical conversion element according to the present invention can be implemented using any suitable one or more optical means, performing the conversion of light radiation with appropriate scaling of the image of the beam in the plane of its registration essentially in the light line.
  • the optical decomposition element in one embodiment of the invention is a separating prism.
  • the invention is not limited to this specific example.
  • the optical decomposition element may be a combination of a separating prism and a cylindrical lens 4, as shown in FIG. 1.
  • the optical decomposition element according to the present invention can be implemented using any suitable one or more optical means, performing the division of the incoming beam into two optical radiation beams propagating in different directions to different radiation detection planes.
  • the processing module is a computing device connected, with the possibility of transmitting data, with two measuring modules.
  • the processing module processes the received data and calculates on their basis a set of geometric parameters characterizing the mismatch of structural elements in space.
  • the processing module can be any device with the ability to process data, such as a controller, processor, microprocessor, programmable integrated circuit, etc.
  • the processing module may be implemented using software, for example, in the form of a set of machine codes recorded on a computer-readable medium and executed by a processor of a computer or computing device.
  • the system may include auxiliary modules for collecting data from the measuring modules and the processing module, their transmission, storage and presentation to the user.
  • the system may include an interface for exchanging data between system components using a wired and / or wireless connection.
  • the system may also comprise means for transmitting data configured to transmit data received in the measurement modules and / or the processing module to a third-party device using a wired and / or wireless connection.
  • the system may include a storage device configured to store data obtained in the measuring modules and / or the processing module, which can be performed as part of one of the modules of the system, or as a separate device.
  • system may include a display module configured to present the data obtained in the measurement modules and / or the processing module to a user in graphical and / or other readable form.
  • auxiliary modules mentioned above can be implemented by any firmware known in the art.
  • said auxiliary modules can be implemented as components of at least one of the measuring modules and the processing module.
  • the present invention also provides methods (options) for determining the relative position of at least two elements in space, implemented using this optical measuring system.
  • the steps of the claimed methods set forth in the claims fully correspond to the functionality of the elements of the described measuring system, and are performed using these elements. Therefore, a detailed description of the methods for determining the relative position of elements in space in the two-coordinate mode according to the present invention is not given here for brevity.
  • the claimed invention includes appropriate two-coordinate devices (options) for recording optical radiation for use in the claimed system as a receiving unit or the entire second measuring module. Accordingly, a description of the elements of said two-coordinate optical radiation recording devices, described in detail in the following the claims, repeats the description of the corresponding elements of the second measuring module (reception unit) and is not given here for brevity.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

This invention relates to optical measuring systems for determining the relative position of structural elements in space. The present system comprises a processing module and two measuring modules, namely an emitting (first) module and a receiving (second) module, fastened to two structural elements. The receiving module comprises a system of optical elements which provides for conversion of an incoming beam of optical radiation such that an image of the beam on a radiation recording plane is scale converted into a line of light, and also provides for splitting of the beam of optical radiation into two beams which propagate in different directions. Furthermore, the receiving module comprises two linear detectors, each of which records one of the two converted beams produced by splitting and gives a coordinate of the point at which the line of light that is the image of the beam in question intersects a sensitive element of the detector. On the basis of the two coordinates obtained, the processing module calculates the geometrical parameters characterizing the relative position of the structural elements in space.

Description

ОПТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЗАИМНОГО OPTICAL MEASURING SYSTEM FOR MUTUAL DETERMINATION
РАСПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРОСТРАНСТВЕ С ДВУХКООРДИНАТНЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ МОДУЛЕМ, СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА LOCATIONS OF ELEMENTS IN A SPACE WITH A TWO-ORDER MEASURING MODULE, RELATED TO METHODS AND DEVICES
РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ  OPTICAL REGISTRATION REGISTRATIONS
Область техники, к которой относится изобретение FIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к системам для определению расположения материальных объектов в пространстве с помощью оптических методов, и более конкретно к оптической измерительной системе для определения взаимного расположения конструктивных элементов в пространстве, соответствующим способам и устройствам регистрации оптического излучения для использования в ней.  The invention relates to systems for determining the location of material objects in space using optical methods, and more particularly to an optical measuring system for determining the relative positions of structural elements in space, to corresponding methods and devices for detecting optical radiation for use in it.
Уровень техники State of the art
Задача определения расположения в пространстве конструктивных элементов оборудования и/или позиционирования таких элементов по отношению друг к другу актуальна во многих областях техники и промышленности. Известно множество способов и устройств, предназначенных для решения этой задачи, отличающихся как конструкцией и характеристиками, так и принципами работы. В частности, известны оптическая измерительная система для определения взаимного расположения элементов в пространстве, способ и устройство регистрации оптического излучения для использования в ней, описанные в патенте РФ на изобретение Ш 2482448 (опубликован 20.05.2013) (авторство данного патента принадлежит авторам изобретения по настоящей заявке) [1] · The task of determining the spatial arrangement of structural elements of equipment and / or positioning of such elements with respect to each other is relevant in many areas of technology and industry. There are many methods and devices designed to solve this problem, differing in both design and characteristics, and principles of operation. In particular, an optical measuring system for determining the relative position of elements in space, a method and optical radiation registration device for use in it, described in the RF patent for the invention Ш 2482448 (published on 05/20/2013) (the authorship of this patent belongs to the inventors of this application) [1] ·
Система [1] содержит модуль обработки, первый измерительный модуль, закрепляемый на первом из подлежащих измерению элементов и содержащий блок излучения для генерации луча оптического излучения в сторону второго измерительного модуля, закрепляемого на втором из элементов и содержащего позиционно-чувствительный детектор для определения по меньшей мере одной координаты изображения принятого луча в прямоугольной системе координат на плоскости регистрации детектора. Отличительной особенностью указанной системы является оптический элемент во втором измерительном модуле, обеспечивающий преобразование луча оптического излучения до его попадания на плоскость регистрации детектора. В результате упомянутого преобразования изображение луча на плоскости регистрации масштабно преобразуется по двум лежащим в этой плоскости взаимно перпендикулярным осям, имеющим отличающиеся друг от друга коэффициенты масштабирования. При этом упомянутая координата изображения преобразованного луча, определяемая детектором, представляет собой координату, определяющую положение соответствующей одной из упомянутых осей масштабирования на плоскости регистрации. В предпочтительном варианте осуществления системы [1] изображение луча на плоскости регистрации преобразуется в световую линию, и детектор, предпочтительно являющийся линейным детектором, определяет координату оси, по которой вытянута эта световая линия, т.е. координату точки пересечения световой линии с чувствительным элементом линейного детектора. Благодаря отличительным свойствам системы [1] достигается технический результат, состоящий в упрощении процесса настройки, увеличении диапазона измерений и уменьшении стоимости системы. The system [1] comprises a processing module, a first measuring module, mounted on the first of the elements to be measured and containing a radiation unit for generating an optical beam in the direction of the second measuring module, mounted on the second of the elements and containing a position-sensitive detector for determining at least one coordinate of the image of the received beam in a rectangular coordinate system on the registration plane of the detector. A distinctive feature of this system is the optical element in the second measuring module, which provides the conversion of the beam of optical radiation before it hits the registration plane of the detector. As a result of the aforementioned transformation, the image of the beam on the registration plane is scaled along two mutually perpendicular axes lying in this plane, having different scaling factors. Moreover, the coordinate of the image of the transformed beam, determined by the detector, is a coordinate defining the position of the corresponding one of the aforementioned scaling axes on the registration plane. In a preferred embodiment of the system [1], the image of the beam on the registration plane is converted into a light line, and the detector, preferably being a linear detector, determines the coordinate of the axis along which this light line is extended, i.e. the coordinate of the point of intersection of the light line with the sensitive element of the linear detector. Due to the distinctive properties of the system [1], a technical result is achieved consisting in simplifying the tuning process, increasing the measurement range and reducing the cost of the system.
Однако у системы [1] есть некоторые недостатки. А именно, при однократном измерении система [1] обеспечивает возможность определения только одной координаты изображения преобразованного луча оптического излучения, а именно координаты точки пересечения световой линии изображения луча и чувствительного элемента линейного детектора, по длине чувствительного элемента. Однако обычно в задаче определения взаимного расположения конструктивных элементов в пространстве требуется определение двух координат точки падения луча излучения от источника на детекторную площадку, на основании которых можно рассчитать, например, величины поперечного и углового рассогласования измеряемых элементов. Система [1] также обеспечивает возможность определения величин поперечного и углового рассогласования измеряемых элементов, однако для этого в системе [1] необходимо выполнить по меньшей мере три повторяющихся измерения, каждый раз перемещая измеряемые конструктивные элементы или первый и второй измерительные модули. Например, если измеряется величина пространственного рассогласования вращающихся валов, то перед каждым из упомянутых по меньшей мере трех повторных измерений в системе [1] два измеряемых вала, и соответственно, закрепленные на валах измерительные модули, синхронно поворачивают вокруг их осей вращения. Кроме того, в системе [1] можно было бы определять вторую координату световой линии изображения луча источника на детекторной площадке, если использовать в качестве позиционно-чувствительного детектора двумерный (матричный) , а не линейный, детектор оптического излучения. Использование двумерного детектора приведет к уменьшению или даже устранению одного из основных преимуществ системы [1] - детекторы такого типа являются очень дорогостоящими устройствами и их применение приведет к существенному увеличению стоимости системы. При этом стоимость двумерного детектора будет расти пропорционально (и очень резко) увеличению площади его чувствительного элемента, а для сохранения преимуществ упрощения процесса настройки и увеличения диапазона измерений в системе [1] понадобиться детектор с достаточно большой площадью чувствительного элемента. В целом можно сказать, что структурные особенности системы [1] приводят к тому, что ее использование выгодно и обосновано только в однокоординатном режиме . However, the system [1] has some disadvantages. Namely, in a single measurement, the system [1] provides the ability to determine only one image coordinate of the converted optical beam, namely the coordinate of the point of intersection of the light line of the image of the beam and the sensitive element of the linear detector, along the length of the sensitive element. However, usually in the problem of determining the mutual arrangement of structural elements in space, it is necessary to determine the two coordinates of the point of incidence of the radiation beam from the source to the detector site, based on which, for example, the values of the transverse and angular mismatches of the measured elements. The system [1] also provides the ability to determine the values of the transverse and angular mismatch of the measured elements, however, for this in the system [1] it is necessary to perform at least three repeated measurements, each time moving the measured structural elements or the first and second measuring modules. For example, if the spatial mismatch of the rotating shafts is measured, then before each of the at least three repeated measurements in the system [1], two measured shafts, and correspondingly measuring modules mounted on the shafts, rotate synchronously around their rotation axes. In addition, in the system [1], it would be possible to determine the second coordinate of the light line of the image of the source beam at the detector site, if we use a two-dimensional (matrix) detector rather than a linear optical radiation detector as a position-sensitive detector. The use of a two-dimensional detector will reduce or even eliminate one of the main advantages of the system [1] - detectors of this type are very expensive devices and their use will lead to a significant increase in the cost of the system. At the same time, the cost of a two-dimensional detector will increase in proportion to (and very sharply) an increase in the area of its sensitive element, and to preserve the advantages To simplify the tuning process and increase the measurement range in the system [1], you need a detector with a sufficiently large area of the sensitive element. In general, we can say that the structural features of the system [1] lead to the fact that its use is beneficial and justified only in the single-coordinate mode.
Таким образом, существует потребность в создании оптической измерительной системы для определения взаимного расположения конструктивных элементов в пространстве, соответствующих способа и устройства регистрации оптического излучения, которые обеспечивали бы возможность определения двух координат точки падения (пятна) луча оптического излучения от источника на плоскости регистрации излучения даже при однократном измерении. Далее указанная функция называется двухкоординатным режимом работы измерительной системы. При этом желательно сохранить в создаваемой системе важные преимущества, характерные для системы [1] - упрощение процесса настройки, увеличение диапазона измерений и уменьшение стоимости системы (по меньшей мере по сравнению с системами на основе двумерных детекторов оптического излучения) .  Thus, there is a need to create an optical measuring system for determining the relative position of structural elements in space, corresponding to the method and device for recording optical radiation, which would provide the ability to determine the two coordinates of the point of incidence (spot) of the optical beam from the source on the radiation registration plane even at single measurement. Further, this function is called the two-coordinate mode of operation of the measuring system. At the same time, it is desirable to preserve the important advantages characteristic of the system [1] in the created system — simplification of the tuning process, increase in the measurement range and decrease in the cost of the system (at least in comparison with systems based on two-dimensional optical radiation detectors).
Известен оптико-электронный преобразователь для бесконтактного измерения перемещения объектов относительно друг друга, описанный в патенте РФ на изобретение N' 2244904 (опубликован 20.05.2001) [2]. Оптико-электронный преобразователь [2] предназначен для бесконтактного измерения перемещений объектов относительно друг друга и содержит источник излучения в виде светодиода, установленный на одном из объектов, и многоэлементный линейный фотоприемник, установленный на другом объекте. В частности, в публикации [2] решается задача определения положения подрессоренного кузова железнодорожного вагона относительно оси колесной пары. Согласно [2], фотоприемник выполнен в виде двух пар разнесенных в пространстве многоэлементных линейных фотоприемников, выполненных в виде ПЗС, светочувствительные линейки которых в каждой паре установлены под углом oci относительно другой пары, а между светодиодом и каждой парой линейных фотоприемников установлены объектив и устройство формирования изображения световой марки от светодиода в виде креста в плоскости каждой пары линейных фотоприемников, выполненное в виде не менее чем двух цилиндрических линзовых растров, не экранирующих друг друга, угол между плоскостями симметрии которых а2. Достигаемый в [2] технический результат заключается в следующем: образуется стереотелевизионная система, определяющая три координаты изображения световой марки, т.е. полное пространственное положение изображения световой марки в пространстве изображений объективов телекамер, которое имеет взаимно однозначную связь с пространством предметов через законы геометрической оптики. Таким образом, реализуется измерение и линейного перемещения объектов, и углового положения между ними. Known optical-electronic Converter for non-contact measurement of the movement of objects relative to each other, described in the patent of the Russian Federation for the invention N '2244904 (published on 05/20/2001) [2]. Optoelectronic converter [2] is designed for non-contact measurement of the movements of objects relative to each other and contains a radiation source in the form of an LED mounted on one of the objects, and a multi-element linear photodetector installed on another object. In particular, the publication [2] solves the problem of determining the position of the sprung body of a railway car relative to the axis of the wheelset. According to [2], the photodetector is made in the form of two pairs of space-separated multi-element linear photodetectors made in the form of a CCD, the photosensitive arrays of which are installed in each pair at an angle oci relative to the other pair, and a lens and a formation device are installed between the LED and each pair of linear photodetectors images of the light mark from the LED in the form of a cross in the plane of each pair of linear photodetectors, made in the form of at least two cylindrical lens rasters, not shielding each other, the angle between the planes of symmetry which a 2. The technical result achieved in [2] is as follows: a stereo television system is formed that determines the three coordinates of the image of the light mark, i.e. full spatial position of the image light mark in the space of images of camera lenses, which has a one-to-one relationship with the space of objects through the laws of geometric optics. Thus, the measurement of both the linear movement of objects and the angular position between them is realized.
Концепция использования пар линейных детекторов вместо двумерного (матричного) детектора, использованная в [2], представляется выгодной и обоснованной как с экономической точки зрения, так и с точки зрения достигаемой точности измерений. Однако само по себе описанное в [2] устройство представляется избыточно сложным и напрямую приспособленным для решения конкретной задачи - определения положения подрессоренного кузова железнодорожного вагона относительно оси колесной пары. К недостаткам устройства [2] можно отнести, во-первых, использование слишком большого числа линейных детекторов, а именно по меньшей мере двух пар детекторов. Кроме того, недостатком устройства [2] является необходимость формирования сложной световой марки в виде креста на плоскости, в которой установлены пары линейных детекторов, что в [2] осуществляется посредством использования системы по меньшей мере из двух цилиндрических линзовых растров. Собственно, и конструктивное расположение пар линейных детекторов на одной плоскости, перпендикулярно друг другу, также является недостатком устройства [2], т.к. увеличивает минимальные геометрические размеры устройства регистрации оптического излучения. В целом, можно отметить, что преимущества описанного в [2] решения достигаются за счет существенного усложнения конструкции оптико-электронного преобразователя, приводящего к увеличению его стоимости. The concept of using pairs of linear detectors instead of a two-dimensional (matrix) detector used in [2] seems to be advantageous and justified both from an economic point of view and from the point of view of achievable measurement accuracy. However, the device itself described in [2] seems to be excessively complex and directly adapted to solve a specific problem - determining the position of the sprung body of a railway car relative to the axis of the wheelset. The disadvantages of the device [2] include, firstly, the use of too many linear detectors, namely at least two pairs of detectors. In addition, the disadvantage of the device [2] is the need to form a complex light mark in the form of a cross on a plane in which pairs of linear detectors are installed, which in [2] is carried out by using a system of at least two cylindrical lens rasters. Actually, the constructive arrangement of pairs of linear detectors on the same plane, perpendicular to each other, is also the disadvantage of the device [2], because increases the minimum geometric dimensions of the device for recording optical radiation. In general, it can be noted that the advantages of the solution described in [2] are achieved due to a significant complication of the design of the optoelectronic converter, which leads to an increase in its cost.
Изобретение, представленное в настоящей заявке, направлено на преодоление недостатков известных решений из уровня техники, в частности, на обеспечение возможности определения взаимного расположения конструктивных элементов в пространстве с помощью оптической измерительной системы, работающей в двухкоординатном режиме, но характеризующейся низкой стоимостью и простотой конструкции. Заявляемая система позволяет увеличить площадь детектирования, а добавление второй координаты позволяет повысить точность позиционирования объекта при уменьшенной стоимости реализации системы и при этом с сохранением технических характеристик системы аналогичными характеристикам известной системы-прототипа. Система [1] является наиболее близким техническим решением к представленному изобретению и была выбрана в настоящей заявке за прототип.  The invention presented in this application is aimed at overcoming the disadvantages of the known solutions of the prior art, in particular, at providing the possibility of determining the relative position of structural elements in space using an optical measuring system operating in a two-coordinate mode, but characterized by low cost and simplicity of design. The inventive system allows to increase the detection area, and the addition of the second coordinate allows to increase the accuracy of the positioning of the object at a reduced cost of implementing the system and at the same time while maintaining the technical characteristics of the system similar to the characteristics of the known prototype system. System [1] is the closest technical solution to the presented invention and was selected in this application for the prototype.
Раскрытие изобретения Задачей настоящего изобретения состоит в создании оптической измерительной системы для определения взаимного расположения конструктивных элементов в пространстве, работающей в двухкоординатном режиме, соответствующего способа и двухкоординатного устройства регистрации оптического излучения для использования в ней. Disclosure of invention The objective of the present invention is to provide an optical measuring system for determining the relative position of structural elements in a space operating in a two-coordinate mode, the corresponding method and two-coordinate optical radiation registration device for use in it.
Достигаемый технический результат заключается в повышении точности измерений и определения взаимного расположения объектов в пространстве, а также в упрощении процессов настройки системы и измерения с ее помощью, а также увеличении допустимого диапазона измерений без существенного увеличения стоимости системы.  The technical result achieved is to increase the accuracy of measurements and determine the relative position of objects in space, as well as to simplify the process of setting up the system and measuring it using it, as well as to increase the permissible measurement range without significantly increasing the cost of the system.
Для решения поставленной задачи и достижения связанного с ней результата в настоящем изобретении заявлена оптическая измерительная система для определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве, содержащая:  To solve the problem and achieve the result associated with it, the present invention claims an optical measuring system for determining the relative position of two structural elements in space, containing:
первый измерительный модуль, выполненный с возможностью закрепления на первом из упомянутых конструктивных элементов, и содержащий блок излучения, выполненный с возможностью формирования направленного луча оптического излучения; и  the first measuring module, made with the possibility of fixing on the first of the mentioned structural elements, and containing a radiation unit, configured to form a directed beam of optical radiation; and
второй измерительный модуль, выполненный с возможностью закрепления на втором из упомянутых конструктивных элементов и содержащий блок приема для приема луча оптического излучения, сформированного первым измерительным модулем, падающего на плоскость приема излучения . the second measuring module, made with the possibility of fixing on the second of the aforementioned structural elements and containing a receiving unit for receiving a beam of optical radiation formed by the first measuring module incident on the radiation receiving plane.
Блок приема содержи :  Receive block contain:
систему оптических элементов, расположенную после плоскости приема излучения по пути распространения луча оптического излучения и выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; и  a system of optical elements located after the radiation receiving plane along the propagation path of the optical radiation beam and configured to convert the incoming optical radiation beam at least in such a way that the image of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane is substantially scaled into a light line; and
средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения.  optical radiation detecting means configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane.
Кроме того, заявленная система содержит модуль обработки, выполненный с возможностью получения данных от первого и второго измерительных модулей, включающих в себя упомянутую по меньшей мере одну координату, и с возможностью вычисления по меньшей мере одного геометрического параметра, характеризующего взаимное расположение упомянутых двух конструктивных элементов в пространстве, на основании полученных данных. In addition, the claimed system contains a processing module, configured to receive data from the first and second measuring modules, including the aforementioned at least one coordinate, and with the ability to calculate at least one geometric parameter characterizing the mutual the location of the two structural elements in space, based on the data.
Согласно отличительным особенностям заявленной измерительной системы, упомянутая система оптических элементов блока приема дополнительно выполнена с возможностью разложения луча оптического излучения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения. Упомянутое средство детектирования оптического излучения включает в себя два линейных детектора, расположенных в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, причем каждый линейный детектор выполнен с возможностью регистрации соответствующего одного из двух полученных разложением лучей оптического излучения и определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением этого луча, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента. Соответственно, модуль обработки системы выполнен с возможностью вычисления упомянутого по меньшей мере одного геометрического параметра на основании двух координат точек пересечения изображений упомянутых двух полученных разложением лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов. Согласно одному варианту осуществления упомянутая система оптических элементов включает в себя оптический элемент преобразования для выполнения упомянутого преобразования входящего луча оптического излучения, и оптический элемент разложения для выполнения упомянутого разложения входящего луча оптического излучения. Причем оптический элемент преобразования может быть дифракционной решеткой или анаморфотом, а оптический элемент разложения может быть по меньшей мере разделяющей призму, осуществляющую разложение луча оптического излучения на пропущенный луч и отраженный луч . According to the distinctive features of the claimed measuring system, said optical system of the receiving unit is further configured to decompose the beam of optical radiation into two beams propagating in different directions to two respective radiation detection planes. Said optical radiation detecting means includes two linear detectors located in said two radiation detection planes, respectively, wherein each linear detector is configured to register a corresponding one of two optical radiation obtained by decomposing the rays and determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of this beam, with a sensitive element of the detector, along the length of the sensitive element. Accordingly, the processing module of the system is configured to calculate said at least one geometric parameter based on two coordinates of the intersection points of the images of said two decomposed optical radiation beams with sensitive elements of two linear detectors. According to one embodiment, said optical element system includes an optical conversion element for performing said conversion of an incoming optical radiation beam, and an optical decomposition element for performing said decomposition of an incoming optical radiation beam. Moreover, the optical conversion element can be a diffraction grating or anamorphic, and the optical decomposition element can be at least a dividing prism, which decomposes the beam of optical radiation into a transmitted beam and a reflected beam.
Следует отметить, что возможны различные конфигурации указанной системы оптических элементов, обеспечивающие необходимое преобразование и разложение входящего луча оптического излучения на преобразованный пропущенный луч и преобразованный отраженный луч. В частности, согласно одному варианту осуществления, оптический элемент преобразования расположен перед оптическим элементом разложения по пути распространения входного луча оптического излучения, так что оптический элемент разложения осуществляет разложение преобразованного луча. В этом варианте осуществления система оптических элементов дополнительно содержит цилиндрическую линзу, размещенную на пути распространения отраженного или пропущенного луча, выполненную с возможностью поворота световой линии, являющейся изображением данного луча, на 90° в соответствующей плоскости регистрации излучения. It should be noted that various configurations of the indicated system of optical elements are possible, providing the necessary conversion and decomposition of the incoming optical beam into a converted transmitted beam and a converted reflected beam. In particular, according to one embodiment, the optical conversion element is located in front of the optical decomposition element along the propagation path of the input beam of optical radiation, so that the optical decomposition element decomposes the converted beam. In this embodiment, the optical element system further comprises a cylindrical lens placed on the propagation path of the reflected or transmitted beam, made with the possibility of rotation of the light line, which is the image of a given beam, by 90 ° in the corresponding plane of registration of radiation.
В другом варианте осуществления оптический элемент преобразования расположен после оптического элемента разложения по пути распространения входного луча оптического излучения, так что оптический элемент преобразования осуществляет преобразование двух полученных разложением лучей. В этом случае оптический элемент преобразования содержит две дифракционные решетки или два анамормота, размещенные на путях распространения отраженного и пропущенного лучей, соответственно.  In another embodiment, the optical conversion element is located after the optical decomposition element along the propagation path of the input beam of optical radiation, so that the optical conversion element converts two decomposition rays. In this case, the optical conversion element contains two diffraction gratings or two anamorphs located on the propagation paths of the reflected and transmitted rays, respectively.
Заявленная система также предусматривает, что определение пар координат изображений двух полученных разложением лучей двумя линейными детекторами может повторяться два или более раз. В этом случае вычисление по меньшей мере одного геометрического параметра может выполняться на основании соответствующих двух или более пар координат, полученных в результате упомянутого повторения. При этом, упомянутое повторение может выполняться после изменения положения в пространстве упомянутых элементов и/или измерительных модулей, например, после их поворота вокруг соответствующих осей вращения. В некоторых вариантах осуществления система оптических элементов может дополнительно содержать одно или несколько вспомогательных оптических средств, выполненных с возможностью дополнительного преобразования луча оптического излучения, которые могут располагаться в любом месте по пути распространения луча оптического излучения внутри блока приема второго измерительного модуля, если при этом обеспечивается необходимые преобразование и разложение луча и достигается заявленный результат. The claimed system also provides that the determination of the coordinate pairs of images of two obtained by the decomposition of rays by two linear detectors can be repeated two or more times. In this case, the calculation of at least one geometric parameter may be performed based on the corresponding two or more pairs of coordinates obtained as a result of said repetition. Moreover, the aforementioned repetition can be performed after changing the position in space of the said elements and / or measuring modules, for example, after they are rotated around the corresponding axis of rotation. In some embodiments, the optical element system may further comprise one or more auxiliary optical means adapted to further convert the optical beam, which can be located anywhere along the path of the optical beam inside the receiving unit of the second measurement module, if necessary conversion and decomposition of the beam and the claimed result is achieved.
Настоящее изобретение предусматривает возможность сохранения данных, полученных в результате упомянутого определения и/или упомянутого вычисления, представления таких данных пользователю в графической и/или другой доступной для восприятия форме, и передачи стороннему устройству, с помощью проводного и/или беспроводного соединения. В частности, изобретение предусматривает возможность наличия в заявленной системе интерфейса для обмена данными между компонентами системы с помощью проводного и/или беспроводного соединения, и запоминающего устройства для сохранения данных. Также заявленная система может содержать средство передачи данных, полученных в системе, стороннему устройству с помощью проводного и/или беспроводного соединения, и модуль отображения для представления данных пользователю в графической и/или другой доступной для восприятия форме . Причем упомянутые запоминающее устройство, средство передачи данных и модуль отображения могут быть выполнены, как составная часть модуля обработки. The present invention provides for the possibility of storing data obtained as a result of said determination and / or said calculation, presenting such data to a user in a graphic and / or other intelligible form, and transmitting it to a third-party device using a wired and / or wireless connection. In particular, the invention provides for the possibility of having an interface in the claimed system for exchanging data between system components using a wired and / or wireless connection, and a storage device for storing data. The claimed system may also include means for transmitting data received in the system to a third-party device using a wired and / or wireless connection, and a display module for presenting data to the user in a graphic and / or another perceptible form. Moreover, the mentioned storage device, data transfer means and display module can be performed as an integral part of the processing module.
Дополнительно, первый измерительный модуль заявленной системы может содержать элементы, аналогичные элементам второго измерительного модуля, а второй измерительный модуль может содержать элементы, аналогичные элементам первого измерительного модуля. В таком случае измерительные модули могут одновременно проводить двусторонние измерения, и являются взаимозаменяемыми.  Additionally, the first measuring module of the claimed system may contain elements similar to the elements of the second measuring module, and the second measuring module may contain elements similar to the elements of the first measuring module. In this case, the measuring modules can simultaneously conduct bilateral measurements, and are interchangeable.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления модуль обработки системы может быть реализован в виде программных средств, сохраненных в памяти и исполняемых процессором вычислительного устройства, выполненного с возможностью связи с первым и/или вторым измерительными модулями.  In addition, in some embodiments, the system processing module may be implemented as software stored in memory and executed by a processor of a computing device configured to communicate with the first and / or second measurement modules.
Согласно настоящему изобретению также представлены два способа (варианты) , реализуемые описанной выше оптической измерительной системой.  The present invention also provides two methods (options) implemented by the optical measurement system described above.
А именно, в одном варианте заявлен способ определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве с помощью оптической измерительной системы, содержащей по меньшей мере два измерительных модуля, выполненных с возможностью закрепления на упомянутых конструктивных элементах, содержащий этапы, на которых: формируют с помощью первого измерительного модуля луч оптического излучения, направленный в сторону второго измерительного модуля; Namely, in one embodiment, the claimed method for determining the relative position of two structural elements in space using an optical measuring system containing at least two measuring modules, made with the possibility of fixing on the said structural elements, comprising the steps of: forming, using the first measuring module, an optical radiation beam directed towards the second measuring module;
обеспечивают попадание луча оптического излучения на плоскость приема излучения в блоке приема второго измерительного модуля;  ensure that the beam of optical radiation hits the plane of the radiation in the receiving unit of the second measuring module;
осуществляют преобразование луча оптического излучения с помощью системы оптических элементов в блоке приема второго измерительного модуля, после прохождения лучом упомянутой плоскости приема излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию;  converting the beam of optical radiation using a system of optical elements in the receiving unit of the second measuring module, after passing the beam of the said plane of receiving radiation, at least in such a way that the image of the beam of optical radiation on the plane of registration of optical radiation is scaled essentially into a light line;
определяют, с помощью средства детектирования оптического излучения по меньшей мере одну координату изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения; и  determining, using the optical radiation detecting means, at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane; and
вычисляют по меньшей мере один геометрический параметр, характеризующий взаимное расположение упомянутых двух конструктивных элементов в пространстве на основании упомянутой по меньшей мере одной координаты;  calculating at least one geometric parameter characterizing the relative position of said two structural elements in space based on said at least one coordinate;
отличающийся тем, что упомянутое преобразование луча оптического излучения содержит characterized in that said beam conversion of optical radiation contains
преобразование луча оптического излучения с помощью оптического элемента преобразования таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию, и  converting the optical beam using the optical conversion element so that the image of the optical beam on the plane of registration of optical radiation is scaled essentially into a light line, and
разложение преобразованного луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения; упомянутое определение по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения содержит регистрацию двух полученных разложением лучей оптического излучения двумя линейными детекторами в составе средства детектирования оптического излучения, расположенными в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, и  the decomposition of the converted beam of optical radiation using the optical element of the decomposition into two beams propagating in different directions to two corresponding radiation registration planes; said definition of at least one image coordinate of an optical radiation beam comprises registering two optical radiation rays obtained by decomposing optical rays by two linear detectors as a part of optical radiation detection means located in said two radiation detection planes, respectively, and
определение, каждым линейным детектором, координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением соответствующего одного из двух полученных разложением лучей, с чувствительным элементом данного детектора, по длине чувствительного элемента; и упомянутое вычисление по меньшей мере одного геометрического параметра выполняют на основании двух координат точек пересечения изображений упомянутых двух полученных разложением лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов. determination, by each linear detector, the coordinates of the point of intersection of the light line, which is the image of the corresponding one of the two obtained by the decomposition of the rays, with the sensitive element of this detector, along the length of the sensitive element; and the aforementioned calculation of at least one geometric parameter is performed based on two coordinates of the intersection points of the images of the two obtained by decomposing the rays of optical radiation with sensitive elements of two linear detectors.
В другом варианте заявлен, соответственно, способ определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве с помощью оптической измерительной системы, содержащей по меньшей мере два измерительных модуля, выполненных с возможностью закрепления на упомянутых конструктивных элементах, содержащий этапы, на которых :  In another embodiment, the claimed, respectively, a method for determining the relative position of two structural elements in space using an optical measuring system containing at least two measuring modules made with the possibility of fixing on the said structural elements, comprising stages in which:
формируют с помощью первого измерительного модуля луч оптического излучения, направленный в сторону второго измерительного модуля;  form using the first measuring module a beam of optical radiation directed towards the second measuring module;
обеспечивают попадание луча оптического излучения на плоскость приема излучения в блоке приема второго измерительного модуля;  ensure that the beam of optical radiation hits the plane of the radiation in the receiving unit of the second measuring module;
осуществляют преобразование луча оптического излучения с помощью системы оптических элементов в блоке приема второго измерительного модуля, после прохождения лучом упомянутой плоскости приема излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; converting the optical radiation beam using a system of optical elements in the receiving unit of the second measuring module, after passing the beam of said radiation receiving plane, at least in such a way that the image of the optical radiation beam on the registration plane of the optical radiation is scaled substantially into a light line;
определяют с помощью средства детектирования оптического излучения по меньшей мере одну координату изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения; и  determining with the aid of optical radiation detection means at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation recording plane; and
вычисляют по меньшей мере один геометрический параметр, характеризующий взаимное расположение упомянутых двух конструктивных элементов в пространстве на основании упомянутой по меньшей мере одной координаты;  calculating at least one geometric parameter characterizing the relative position of said two structural elements in space based on said at least one coordinate;
отличающийся тем, что  characterized in that
упомянутое преобразование луча оптического излучения содержит  said beam conversion of optical radiation contains
разложение луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения, и преобразование каждого из двух полученных разложением лучей оптического излучения с помощью двух соответствующих оптических элементов преобразования таким образом, что изображение каждого из упомянутых лучей на соответствующей плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; упомянутое определение по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения содержит регистрацию упомянутых двух полученных разложением и преобразованных лучей оптического излучения двумя линейными детекторами в составе средства детектирования оптического излучения, расположенными в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, и decomposition of the optical radiation beam with the help of an optical decomposition element into two rays propagating in different directions to two respective radiation detection planes, and conversion of each of the two optical radiation decomposition rays obtained by using two corresponding optical transformation elements in such a way that the image of each of the aforementioned rays on the corresponding plane of registration of optical radiation is scaled essentially into a light line; said determination of at least one image coordinate of an optical radiation beam comprises registering said two decomposed and converted optical radiation rays with two linear detectors as a part of optical radiation detection means located in said two radiation detection planes, respectively, and
определение, каждым линейным детектором, координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением соответствующего одного из упомянутых двух лучей, с чувствительным элементом данного детектора, по длине чувствительного элемента; и  determination, by each linear detector, the coordinates of the point of intersection of the light line, which is the image of the corresponding one of the two rays, with the sensitive element of this detector, along the length of the sensitive element; and
упомянутое вычисление по меньшей мере одного геометрического параметра выполняют на основании двух координат точек пересечения изображений упомянутых двух лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов .  said calculation of at least one geometric parameter is performed on the basis of two coordinates of the intersection points of the images of said two rays of optical radiation with sensitive elements of two linear detectors.
Наконец, в настоящем изобретении заявлены два варианта двухкоординатного устройства регистрации оптического излучения, используемые в описанной выше оптической измерительной системе. В одном варианте двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения, предназначенное для использования в оптической измерительной системе для определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве, выполненное с возможностью закрепления на втором конструктивном элементе из упомянутых двух элементов, причем упомянутая система содержит источник оптического излучения, выполненный с возможностью закрепления на первом конструктивном элементе из упомянутых двух элементов и формирования направленного луча оптического излучения, содержит: Finally, the present invention claims two variants of a two-axis optical radiation recording device used in the optical measurement system described above. In one embodiment, a two-coordinate optical radiation recording device for use in an optical measuring system for determining the relative position of two structural elements in space, configured to be fixed to the second structural element from the two elements, said system comprising an optical radiation source configured to fixing on the first structural element of the above two elements and forming directed th beam of optical radiation, comprising:
систему оптических элементов, выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; и  a system of optical elements, configured to convert the incoming optical beam, at least in such a way that the image of the optical beam on the plane of registration of optical radiation is scaled essentially converted into a light line; and
средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения, причем упомянутая по меньшей мере одна координата характеризует расположение в пространстве устройства регистрации оптического излучения по отношению к упомянутому источнику оптического излучения; optical radiation detecting means configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane, said at least one coordinate characterizing the spatial arrangement of the registration device optical radiation with respect to said optical radiation source;
отличающееся тем, что  characterized in that
упомянутая система оптических элементов включает в себя  said optical element system includes
оптический элемент преобразования, конфигурированный для выполнения упомянутого преобразования луча оптического излучения, таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию, и оптический элемент разложения, конфигурированный для выполнения разложения преобразованного луча оптического излучения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения; и  an optical conversion element configured to perform said conversion of the optical radiation beam, such that the image of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane is substantially scaled into a light line, and an optical decomposition element configured to decompose the converted optical radiation beam into two beams propagating in different directions to two corresponding radiation detection planes; and
упомянутое средство детектирования оптического излучения включает в себя два линейных детектора, расположенных в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, причем каждый линейный детектор выполнен с возможностью регистрации соответствующего одного из двух полученных разложением лучей оптического излучения и определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением данного луча, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента. В другом варианте, двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения содержит: said optical radiation detecting means includes two linear detectors located in said two radiation detection planes, respectively, wherein each linear detector is configured to register a corresponding one of two optical radiation obtained by decomposing the rays and determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of this beam, with a sensitive element of the detector, along the length of the sensitive element. In another embodiment, a two-axis optical radiation recording device comprises:
систему оптических элементов, выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; и  a system of optical elements, configured to convert the incoming optical beam, at least in such a way that the image of the optical beam on the plane of registration of optical radiation is scaled essentially converted into a light line; and
средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения, причем упомянутая по меньшей мере одна координата характеризует расположение в пространстве устройства регистрации оптического излучения по отношению к упомянутому источнику оптического излучения; и  optical radiation detecting means configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane, said at least one coordinate characterizing the spatial arrangement of the optical radiation recording device with respect to said optical radiation source; and
отличается тем, что  differs in that
упомянутая система оптических элементов включает в себя  said optical element system includes
оптический элемент разложения, конфигурированный для выполнения разложения луча оптического излучения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения, и два оптических элемента преобразования, конфигурированных для выполнения преобразования каждого из двух полученных разложением лучей оптического излучения, таким образом, что изображение каждого из упомянутых лучей на соответствующей плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; an optical decomposition element configured to decompose the beam of optical radiation into two beams propagating in different directions to two respective radiation detection planes, and two optical conversion elements configured to perform the conversion of each of the two obtained by decomposing the rays of optical radiation, so that the image of each of these rays on the corresponding plane of registration of optical radiation is scaled essentially converted into a light line;
упомянутое средство детектирования оптического излучения включает в себя два линейных детектора, расположенных в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, причем каждый линейный детектор выполнен с возможностью регистрации соответствующего одного из двух полученных разложением и преобразованных лучей оптического излучения и определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением данного луча, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента.  said optical radiation detecting means includes two linear detectors located in said two radiation detection planes, respectively, wherein each linear detector is configured to register a respective one of the two decomposed and converted optical radiation beams and determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is image of this beam, with a sensitive element of the detector, along the length of the sensitive element.
Настоящее изобретение не ограничено его кратким раскрытием, приведенным выше. Варианты осуществления, относящиеся к оптической измерительной системе и устройствам регистрации оптического излучения могут быть с достижением преимущества реализованы также и в виде соответствующих этапов способов (и наоборот) . Признаки различных зависимых пунктов могут быть с достижением преимущества объединены между собой, если они не противоречат друг другу или если иное явным образом не указано в настоящей заявке. The present invention is not limited to its brief disclosure above. Embodiments related to the optical measuring system and optical radiation recording devices can, with advantage, be realized also in the form of corresponding method steps (and vice versa). Signs of various dependent items may be with achievement the advantages are combined if they do not contradict each other or unless otherwise expressly indicated in this application.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
Настоящее изобретение подробно раскрывается ниже в описании его вариантов осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:  The present invention is described in detail below in the description of its embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг.1 схематично иллюстрирует систему оптических элементов и расположение линейных детекторов в блоке приема второго измерительного модуля системы согласно одному варианту осуществления изобретения;  Figure 1 schematically illustrates a system of optical elements and an arrangement of linear detectors in a receiving unit of a second measurement module of a system according to one embodiment of the invention;
Фиг .2 схематично иллюстрирует систему оптических элементов и расположение линейных детекторов в блоке приема второго измерительного модуля системы согласно другому варианту осуществления изобретения.  Fig. 2 schematically illustrates a system of optical elements and an arrangement of linear detectors in a receiving unit of a second measurement module of a system according to another embodiment of the invention.
Осуществление изобретения The implementation of the invention
Настоящее изобретение будет пояснено ниже на основании вариантов его осуществления с обращением к прилагаемым чертежам .  The present invention will be explained below on the basis of options for its implementation with reference to the accompanying drawings.
Оптическая измерительная система для определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве согласно настоящему изобретению (далее кратко называемая системой) предпочтительно предназначена для измерений взаимного положения двух валов, закрепленных в блоках промышленного оборудования с возможностью вращения вокруг соответствующих осей вращения. An optical measuring system for determining the relative position of two structural elements in space according to the present invention (hereinafter briefly called a system) is preferably designed to measure the relative position of two shafts, mounted in blocks of industrial equipment with the possibility of rotation around the respective axes of rotation.
При этом следует отметить, что конструктивными элементами, положение которых определяется настоящим изобретением, могут быть в общем любые материальные объекты, которые могут размещаться в пространстве произвольным образом. Соответственно, в настоящей заявке термин «конструктивный элемент» должен пониматься в самом общем смысле .  It should be noted that the structural elements, the position of which is determined by the present invention, can be in general any material objects that can be placed in space in an arbitrary way. Accordingly, in the present application, the term “structural element” should be understood in the most general sense.
Упомянутые выше оси вращения конструктивных элементов предпочтительно являются их осями симметрии, однако могут быть любыми осями, вокруг которых осуществляется поворот соответствующих элементов.  The rotational axes of the structural elements mentioned above are preferably their symmetry axes, however, they can be any axes around which the corresponding elements rotate.
Система, подобно прототипу [1], включает в себя первый измерительный модуль, закрепляемый на первом из упомянутых конструктивных элементов; второй измерительный модуль, закрепляемый на втором конструктивном элементе; и модуль обработки, выполненный с возможностью получения и обработки данных от первого и второго измерительных модулей.  The system, like the prototype [1], includes a first measuring module, mounted on the first of the mentioned structural elements; a second measuring module mounted on a second structural member; and a processing module configured to receive and process data from the first and second measurement modules.
Данная система выполнена с возможностью проведения измерений, и вычисления на их основе набора геометрических параметров (в простейшем случае, одного геометрического параметра) , характеризующего рассогласование конструктивных элементов в пространстве. Отметим, что термины «расположение одного элемента по отношению к другому» и «взаимное расположение элементов» являются синонимами, и используются далее взаимозаменяемо. Также специалистам в данной области техники следует понимать, что определение рассогласования элементов в пространстве подразумевает определение взаимного расположения этих элементов, и наоборот . This system is made with the ability to take measurements, and calculate on their basis a set of geometric parameters (in the simplest case, one geometric parameter), characterizing the mismatch of structural elements in space. Note that the terms “arrangement of one element with respect to another” and “mutual arrangement of elements” are synonyms and are used interchangeably hereinafter. Also, experts in the field of technology should understand that the definition of the mismatch of elements in space involves determining the relative position of these elements, and vice versa.
Следует также отметить, что взаимное расположение в пространстве рассматриваемых конструктивных элементов может характеризоваться любым рассогласованием, как по величине, таки по типу, включая комбинированное рассогласование (например, одновременное поперечное и угловое рассогласование), однако специалистам будет понятно, что любое рассогласование можно описать некоторым набором геометрических параметров с заданной точностью. Необходимая точность измерений в данном варианте осуществления системы зависит от особенностей конкретной решаемой задачи и/или условий, в которых используется система. Для современных измерительных систем, определяющих рассогласования между элементами промышленного оборудования, задаются требования по разрешающей способности в 0,01 мм или менее. Возвращаясь к описанию системы, первый измерительный модуль содержит блок излучения, выполненный с возможностью генерации луча оптического излучения в направлении второго измерительного модуля. Второй измерительный модуль содержит блок приема, включающий в себя систему оптических элементов, расположенную после плоскости приема излучения по пути распространения луча оптического излучения, выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение (световой отпечаток, световое пятно) луча оптического излучения на соответствующей плоскости регистрации оптического излучения (возможно, мнимой, если луч после этого подлежит дальнейшим преобразованиям) масштабно преобразуется по существу в световую линию. Блок приема также содержит средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения, после его преобразования (т.е. световой линии), на плоскости регистрации оптического излучения. Например, средство детектирования оптического излучения может быть линейным фотодетектором (далее - просто детектором) (по меньшей мере одним) , конфигурированным для определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением преобразованного луча оптического излучения, с чувствительным элементом линейного фотодетектора, по длине чувствительного элемента. It should also be noted that the mutual arrangement in space of the structural elements under consideration can be characterized by any mismatch, both in magnitude and type, including combined mismatch (for example, simultaneous transverse and angular mismatch), however, it will be clear to specialists that any mismatch can be described by some set geometric parameters with a given accuracy. The necessary measurement accuracy in this embodiment of the system depends on the particular problem being solved and / or the conditions in which the system is used. For modern measuring systems that determine the mismatch between elements of industrial equipment, resolution requirements of 0.01 mm or less are specified. Returning to the description of the system, the first measuring module comprises a radiation unit configured to generate an optical beam in the direction of the second measuring module. The second measuring module comprises a receiving unit including an optical element system located after the radiation receiving plane along the path of the optical radiation beam, configured to convert the incoming optical beam at least in such a way that the image (light print, light spot) of the beam optical radiation on the corresponding plane of registration of optical radiation (possibly imaginary if the beam is then subject to further transformations) It converted to a substantially light line. The receiving unit also comprises means for detecting optical radiation, configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam, after its conversion (i.e., the light line), on the plane of registration of optical radiation. For example, the optical radiation detecting means may be a linear photodetector (hereinafter simply a detector) (at least one) configured to determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of the converted optical radiation beam, with a linear photodetector sensing element, along the length of the sensitive element.
В указанном случае длина чувствительного элемента линейного детектора будет определять размер области детектирования оптического излучения детектора, что является одним из важнейших параметров, определяющих возможности подобных измерительных систем. В частности, от размеров области детектирования зависит сложность настройки системы для начала измерений (сложность обеспечения первичного попадания светового пятна луча от источника в пределы упомянутой области детектирования) , а также диапазон измерений системы. Под диапазоном измерений в данном случае понимается диапазон по величине рассогласования подлежащих измерению конструктивных элементов в пространстве, в пределах которого технически возможно осуществить измерения с помощью системы, т.е. технически возможно обеспечить попадание луча от источника в область детектирования.  In this case, the length of the sensitive element of the linear detector will determine the size of the detection area of the optical radiation of the detector, which is one of the most important parameters that determine the capabilities of such measuring systems. In particular, the complexity of tuning the system for starting measurements (the difficulty of ensuring that the light spot of the beam from the source falls within the limits of the mentioned detection region), as well as the measurement range of the system, depend on the size of the detection region. In this case, the measurement range is understood as the range of the mismatch of the structural elements to be measured in space, within which it is technically possible to carry out measurements using the system, i.e. it is technically possible to ensure that the beam from the source enters the detection region.
Функциональные возможности средства детектирования оптического излучения или детектора в заявленной системе могут быть реализованы различными устройствами. Например, детектор может быть PIN фотодиодом с одинаковым значением сопротивления в одном или двух направлениях, обеспечивающий возможность определения координат точки (пятна) падения луча оптического излучения в его фоточувствительной области. В качестве альтернативы, детектором может быть ПЗС-матрица любого типа, и т.д. Соответственно, под терминами «средство детектирования оптического излучения», «детектор», в настоящем изобретении понимается любое техническое средство регистрации оптического излучения. Любые средства соответствующего назначения, которые будут разработаны в будущем, также должны попадать в рамки определения средства детектирования оптического излучения и детектора согласно настоящему изобретению. The functionality of the optical radiation detection means or detector in the inventive system can be implemented by various devices. For example, the detector may be a PIN photodiode with the same resistance value in one or two directions, providing the ability to determine the coordinates of the point (spot) of the fall beam of optical radiation in its photosensitive region. Alternatively, the detector may be any type of CCD, etc. Accordingly, the terms “optical radiation detecting means”, “detector”, in the present invention are understood to mean any technical means for detecting optical radiation. Any means of appropriate designation that will be developed in the future should also fall within the scope of the definition of the optical radiation detection means and detector according to the present invention.
После закрепления измерительных модулей системы на соответствующих конструктивных элементах, взаимное расположение которых необходимо определить, оператор осуществляет процесс настройки системы. В результате настройки, обеспечивается такая траектория распространения луча оптического излучения, формируемого блоком излучения первого модуля, что его изображение попадает в область детектирования оптического излучения детектора в блоке приема второго модуля. Упомянутый процесс настройки может называться поиском рабочей точки системы.  After fixing the measuring modules of the system on the corresponding structural elements, the relative position of which must be determined, the operator carries out the process of tuning the system. As a result of the adjustment, such a propagation path of the optical radiation beam generated by the radiation unit of the first module is ensured that its image falls into the detection area of the optical radiation of the detector in the receiving unit of the second module. Said tuning process may be referred to as a search for a system operating point.
Только после успешного завершения настройки можно производить измерения с помощью системы. Необходимым условием проведения измерений с помощью системы является попадание по меньшей мере части изображения луча оптического излучения, т.е. по меньшей мере части световой полосы, в пределы области детектирования детектора. Only after successfully completing the settings can measurements be made using the system. A prerequisite for making measurements with the system is that at least part of the beam image is hit optical radiation, i.e. at least part of the light strip, within the detection area of the detector.
Улучшение данной характеристики системы достигалось в системе -прототипе [1] за счет преобразования обычного изображения луча источника (светового пятна) в световую линию, расположенную перпендикулярно линии чувствительного элемента детектора. Система согласно заявленному изобретению не только сохраняет указанное преимущество, но и дополнительно развивает его. Для обеспечения возможности регистрации двух (пары соответствующих) координат изображения луча оптического излучения на соответствующей (возможно, абстрактной) плоскости регистрации в качестве средства детектирования оптического излучения используются два линейных детектора оптического излучения, которые размещены в разных плоскостях и в разных ориентациях. Согласно изобретению, приходящий от источника первого измерительного модуля луч оптического излучения не только преобразуется с помощью оптического элемента преобразования, как это было описано выше (т.е. с масштабированием его изображения в световую линию) , но и дополнительно раскладывается с помощью оптического элемента разложения на два предпочтительно идентичных луча. Конструктивно система оптических элементов в блоке приема второго модуля отличается тем, что содержит не только оптический (e ) элемен (ы) преобразования, но и оптический (е ) элемент (ы) разложения. Полученные разложением два луча распространяются в разных направлениях, к соответствующим двум разным плоскостям регистрации излучения, в которых расположены два линейных детектора. Причем, согласно изобретению, обеспечивается такая конфигурация оптических элементов в системе оптических элементов блока приема, что каждый из двух полученных разложением лучей преобразован таким образом, что формирует изображение на соответствующей плоскости регистрации излучения в виде световой линии, перпендикулярной продольной линии чувствительного элемента детектора, расположенного в данной плоскости регистрации. Таким образом, каждый из двух линейных детекторов в измерительной системе согласно изобретению, одновременно регистрирует координату точки пересечения световой линии, являющейся изображением данного одного из полученных разложением лучей, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента. Пара линейных детекторов обеспечивает две координаты, характеризующие местоположение точки падения входящего луча на плоскость приема (возможно, абстрактную) излучения в блоке приема второго модуля, например, в прямоугольной системе координат. Для работы в прямоугольной системе координат нужно обеспечить прямой угол между линейными детекторами в пространстве и, соответственно, поворот изображения одного соответствующего из двух полученных разложением лучей на 90° в плоскости его регистрации . An improvement in this characteristic of the system was achieved in the prototype system [1] by converting a conventional image of the source beam (light spot) into a light line located perpendicular to the line of the detector’s sensitive element. The system according to the claimed invention not only retains this advantage, but also further develops it. To ensure the possibility of recording two (pairs of corresponding) coordinates of the image of the optical radiation beam on the corresponding (possibly abstract) registration plane, two linear optical radiation detectors are used as means for detecting optical radiation, which are placed in different planes and in different orientations. According to the invention, the optical radiation beam coming from the source of the first measuring module is not only converted using an optical conversion element, as described above (i.e., by scaling its image into a light line), but is also expanded using an optical decomposition element into two preferably identical beams. Structurally, the system of optical elements in the receiving unit of the second module is characterized in that it contains not only optical (e) conversion element (s), but also optical decomposition element (s). The two rays obtained by decomposition propagate in different directions to the corresponding two different radiation detection planes in which two linear detectors are located. Moreover, according to the invention, such a configuration of the optical elements in the optical system of the receiving unit is ensured that each of the two rays obtained by decomposition is converted in such a way that it forms an image on the corresponding radiation detection plane in the form of a light line perpendicular to the longitudinal line of the detector’s sensitive element located in given registration plane. Thus, each of the two linear detectors in the measuring system according to the invention simultaneously records the coordinate of the point of intersection of the light line, which is the image of this one of the rays obtained by decomposition, with the sensor element of the detector, along the length of the sensor element. A pair of linear detectors provides two coordinates characterizing the location of the point of incidence of the incoming beam on the plane of reception (possibly abstract) radiation in the receiving unit of the second module, for example, in a rectangular coordinate system. To work in a rectangular coordinate system, you must provide a right angle between the linear detectors in space and, accordingly, the rotation of the image of one of the two obtained by decomposing the rays by 90 ° in the plane of its registration.
Рассмотрим подробнее конструкцию системы оптических элементов и средства детектирования оптического излучения (линейных детекторов) . Согласно изобретению, нет принципиальной разницы в порядке осуществления операция преобразования луча и его разложения на два новых луча. Т.е. изобретение предусматривает возможность расположения оптического элемента преобразования перед оптическим элементом разложения по пути распространения входного луча оптического излучения, когда оптический элемент разложения осуществляет разложение преобразованного луча. Однако изобретение в равной степени предусматривает возможность расположения оптического элемента преобразования после оптического элемента разложения, когда оптический элемент преобразования осуществляет преобразование двух полученных разложением лучей.  Let us consider in more detail the design of a system of optical elements and means for detecting optical radiation (linear detectors). According to the invention, there is no fundamental difference in the order of implementation of the operation of converting the beam and its decomposition into two new rays. Those. the invention provides for the possibility of arranging the optical conversion element in front of the optical decomposition element along the propagation path of the input beam of optical radiation when the optical decomposition element decomposes the converted beam. However, the invention equally provides for the possibility of arranging the optical conversion element after the optical decomposition element when the optical conversion element converts two decomposition rays.
В частности, на Фиг. 1 показан вариант осуществления заявленной системы в части компоновки оптических элементов и средства детектирования оптического излучения из двух линейных детекторов, в котором сначала, по пути распространения входящего луча оптического излучения после входного окна 1 расположен оптический элемент преобразования, реализованный в виде дифракционной решеткиIn particular, in FIG. 1 shows an embodiment of the claimed system in terms of the arrangement of optical elements and means for detecting optical radiation from two linear detectors, in which, firstly, along the propagation path of the incoming optical beam after the input window 1, an optical element transformations implemented as a diffraction grating
2, осуществляющей дифракционное разложение входящего луча. Далее, по пути распространения преобразованного дифракционной решеткой 2 луча, расположен оптический элемент разложения, реализованный в виде разделяющей призмы2, performing diffraction decomposition of the incoming beam. Further, along the propagation path of the beam transformed by the diffraction grating 2, an optical decomposition element is implemented, implemented as a dividing prism
3, которая разделает (посредством частичного пропускания и отражения света) луч на пропущенный луч и отраженный луч, распространяющиеся в разных, перпендикулярных друг другу, как изображено, направлениях, в стороны плоскостей регистрации излучения, в которых расположены соответствующие два линейных детектора 5. Как схематично показано на Фиг. 1, детекторы 5 ориентированы перпендикулярно друг другу в пространстве, в разных, также перпендикулярных, плоскостях регистрации излучения. При этом в данном варианте осуществления на пути одного из двух полученных разложением лучей (пропущенного или отраженного, соответственно), размещена цилиндрическая линза 4, осуществляющая поворот изображения (световой линии) данного луча на соответствующей плоскости регистрации излучения на 90°. Таким образом, в данном варианте осуществления обеспечивается схема, в которой каждый из двух линейных детекторов 5 одновременно регистрирует координату точки пересечения световой линии, являющейся изображением соответствующего одного из полученных разложением лучей, с чувствительным элементом детектора 5, по длине чувствительного элемента. Т.е. измерительная система согласно данному варианту осуществления изобретения обеспечивает возможность работы в двухкоординатном режиме, сохраняя и развивая преимущества системы-прототипа. 3, which divides (by partially transmitting and reflecting the light) the beam into a transmitted beam and a reflected beam propagating in different directions perpendicular to each other, as shown, in the direction of the radiation registration planes in which the corresponding two linear detectors 5 are located. As schematic shown in FIG. 1, the detectors 5 are oriented perpendicular to each other in space, in different, also perpendicular, radiation detection planes. Moreover, in this embodiment, on the path of one of the two rays obtained by decomposition (transmitted or reflected, respectively), a cylindrical lens 4 is placed that rotates the image (light line) of the beam on the corresponding radiation detection plane by 90 °. Thus, in this embodiment, a circuit is provided in which each of the two linear detectors 5 simultaneously registers the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of the corresponding one of the rays obtained by decomposition, with sensitive element of the detector 5, along the length of the sensitive element. Those. the measuring system according to this embodiment of the invention provides the ability to work in two-coordinate mode, while maintaining and developing the advantages of the prototype system.
Фиг .2 показывает другой вариант компоновки оптических элементов и средства детектирования оптического излучения из двух линейных детекторов. Согласно данном варианту осуществления системы сначала, сразу после входного окна 1 блока приема на пути распространения луча оптического излучения расположен оптический элемент разложения, реализованный в виде разделяющей призмы 3, которая разделает входящий луч на пропущенный и отраженный лучи, распространяющиеся в разных, перпендикулярных друг другу, как изображено, направлениях (в стороны плоскостей регистрации излучения) . В этом варианте осуществления на пути каждого из пропущенного луча и отраженного луча расположено по одному элементу преобразования (по одному подэлементу общего элемента преобразования, что аналогично) , которые реализованы в виде двух дифракционных решеток 2. После преобразования на дифракционных решетках 2 пропущенный и отраженный лучи попадают на соответствующие две плоскости регистрации излучения, в которых расположены два линейных детектора 5. В отличие от вариа.нта осуществления, изображенного на Фиг.1, в данном случае нет необходимости в дополнительной цилиндрической линзе 4 для вращения изображения одного из полученных разложением лучей. Детекторы 5 уже ориентированы подходящим образом (как и детекторы 5 на Фиг.1), перпендикулярно друг другу в пространстве, для одновременной регистрации координат точки пересечения световой линии, являющейся изображением соответствующего одного из полученных разложением лучей, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента. Таким образом, измерительная система согласно данному варианту осуществления изобретения также обеспечивает возможность работы в двухкоординатном режиме, сохраняя и развивая преимущества системы-прототипа. Fig. 2 shows another arrangement of optical elements and means for detecting optical radiation from two linear detectors. According to this embodiment of the system, first, immediately after the input window 1 of the reception unit, an optical decomposition element is arranged in the form of a dividing prism 3, which divides the incoming beam into transmitted and reflected rays propagating in different, perpendicular to each other, immediately on the path of propagation of the optical beam; as shown, directions (in the direction of the radiation registration planes). In this embodiment, on the path of each of the transmitted beam and the reflected beam, there is one transformation element (one sub-element of the common transformation element, which is similar), which are implemented in the form of two diffraction gratings 2. After conversion on diffraction gratings 2, the transmitted and reflected rays fall to the corresponding two radiation registration planes, in which two linear detectors 5 are located. In contrast to the variant the implementation shown in figure 1, in this case there is no need for an additional cylindrical lens 4 to rotate the image of one of the obtained by decomposition of the rays. Detectors 5 are already suitably oriented (like detectors 5 in FIG. 1), perpendicular to each other in space, for simultaneously registering the coordinates of the point of intersection of the light line, which is an image of the corresponding one of the rays obtained by the decomposition, with the sensor element of the detector, along the length of the sensor element . Thus, the measuring system according to this embodiment of the invention also provides the ability to work in two-coordinate mode, while maintaining and developing the advantages of the prototype system.
Как показано приведенными выше двумя вариантами осуществления, в равной степени обеспечивающими достижение заявленного технического результата и преимуществ, настоящее изобретение включает в себя возможность самой различной компоновки оптических элементов в рамках системы оптических элементов в блоке приема второго измерительного модуля. Необходимым условием успешной реализации целей, поставленных в заявленном изобретении, является только сочетание указанных выше преобразования и разложения входящего луча оптического излучения . Как уже было указано выше, в одном из вариантов осуществления изобретения, оптический элемент преобразования представляет собой дифракционную решетку, обеспечивающую дифракционное разложение проходящего через него луча оптического излучения. Однако изобретение не ограничено этим конкретным примером. В другом варианте осуществления, оптический элемент преобразования может представлять собой анаморфот (например, плоскую линзу или объектив анаморфот) , который, соответственно, обеспечивает анаморфирование изображения луча на плоскости регистрации оптического излучения. Более того, оптический элемент преобразования согласно настоящему изобретению может быть реализован с помощью любых подходящих одного или нескольких оптических средств, выполняющих преобразование светового излучения с соответствующим масштабированием изображения луча в плоскости его регистрации по существу в световую линию . As shown by the above two options for implementation, equally ensuring the achievement of the claimed technical result and advantages, the present invention includes the possibility of a very different arrangement of optical elements within the optical elements system in the receiving unit of the second measuring module. A necessary condition for the successful implementation of the goals set in the claimed invention is only a combination of the above conversion and decomposition of the incoming beam of optical radiation. As already mentioned above, in one embodiment of the invention, the optical conversion element is a diffraction grating that provides diffraction decomposition of the optical radiation beam passing through it. However, the invention is not limited to this specific example. In another embodiment, the optical conversion element may be an anamorphic (for example, a flat lens or anamorphic lens), which, accordingly, provides anamorphic image of the beam on the plane of registration of optical radiation. Moreover, the optical conversion element according to the present invention can be implemented using any suitable one or more optical means, performing the conversion of light radiation with appropriate scaling of the image of the beam in the plane of its registration essentially in the light line.
Аналогично, как было указано, оптический элемент разложения в одном из вариантов осуществления изобретения представляет собой разделяющую призму. Однако изобретение не ограничено этим конкретным примером. В другом варианте осуществления, оптический элемент разложения может представлять собой сочетание разделяющей призмы и цилиндрической линзы 4, как показано на Фиг. 1. В общем оптический элемент разложения согласно настоящему изобретению может быть реализован с помощью любых подходящих одного или нескольких оптических средств, выполняющих разделение входящего луча на два луча оптического излучения, распространяющихся в разных направлениях к разным плоскостям регистрации излучения. Similarly, as indicated, the optical decomposition element in one embodiment of the invention is a separating prism. However, the invention is not limited to this specific example. In another embodiment, the optical decomposition element may be a combination of a separating prism and a cylindrical lens 4, as shown in FIG. 1. In general the optical decomposition element according to the present invention can be implemented using any suitable one or more optical means, performing the division of the incoming beam into two optical radiation beams propagating in different directions to different radiation detection planes.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, модуль обработки представляет собой вычислительное устройство, соединенное, с возможностью передачи данных, с двумя измерительными модулями. Таким образом, модуль обработки осуществляет обработку получаемых данные, и вычисляет на их основе набор геометрических параметров, характеризующий рассогласование конструктивных элементов в пространстве. Специалистам в данной области техники будет понятно, что модуль обработки может представлять собой любое устройство с возможностью обработки данных, такое как контроллер, процессор, микропроцессор, программируемую интегральную схему и т.д.  According to one embodiment of the invention, the processing module is a computing device connected, with the possibility of transmitting data, with two measuring modules. Thus, the processing module processes the received data and calculates on their basis a set of geometric parameters characterizing the mismatch of structural elements in space. Those skilled in the art will understand that the processing module can be any device with the ability to process data, such as a controller, processor, microprocessor, programmable integrated circuit, etc.
В других вариантах осуществления изобретения модуль обработки может быть реализован с помощью программных средств, например, в виде набора машинных кодов, записанных на машиночитаемом носителе и исполняемых процессором компьютера или вычислительного устройства. В одном из вариантов осуществления система может содержать вспомогательные модули для осуществления сбора данных из измерительных модулей и модуля обработки, их передачи, хранения и представления пользователю. В числе упомянутых вспомогательных модулей, система может содержать интерфейс для обмена данными между компонентами системы с помощью проводного и/или беспроводного соединения. Также система может содержать средство передачи данных, выполненное с возможностью передачи данных, полученных в измерительных модулях и/или модуле обработки, стороннему устройству с помощью проводного и/или беспроводного соединения. Система может содержать запоминающее устройство, выполненное с возможностью сохранения данных, полученных в измерительных модулях и/или модуле обработки, которое может быть выполнено как часть одного из модулей системы, или же как отдельное устройство. In other embodiments of the invention, the processing module may be implemented using software, for example, in the form of a set of machine codes recorded on a computer-readable medium and executed by a processor of a computer or computing device. In one embodiment, the system may include auxiliary modules for collecting data from the measuring modules and the processing module, their transmission, storage and presentation to the user. Among these auxiliary modules, the system may include an interface for exchanging data between system components using a wired and / or wireless connection. The system may also comprise means for transmitting data configured to transmit data received in the measurement modules and / or the processing module to a third-party device using a wired and / or wireless connection. The system may include a storage device configured to store data obtained in the measuring modules and / or the processing module, which can be performed as part of one of the modules of the system, or as a separate device.
Кроме того, система может включать в себя модуль отображения, выполненный с возможностью представления данных, полученных в измерительных модулях и/или модуле обработки, пользователю в графической и/или другой доступной для восприятия форме.  In addition, the system may include a display module configured to present the data obtained in the measurement modules and / or the processing module to a user in graphical and / or other readable form.
Все упомянутые выше вспомогательные модули могут быть реализованы любыми программно-аппаратными средствами, известными в уровне техники. В разных вариантах осуществления, упомянутые вспомогательные модули могут быть реализованы в качестве составных частей по меньшей мере одного из измерительных модулей и модуля обработки. All the auxiliary modules mentioned above can be implemented by any firmware known in the art. In different versions implementation, said auxiliary modules can be implemented as components of at least one of the measuring modules and the processing module.
В соответствии с принципами, изложенными выше при описании вариантов осуществления изобретения в виде оптической измерительной системы, настоящее изобретение предусматривает также способы (варианты) определения взаимного расположения по меньшей мере двух элементов в пространстве, реализуемые с помощью данной оптической измерительной системы. Этапы заявляемых способов, изложенные в формуле изобретения, полностью соответствуют функциональным возможностям элементов описанной измерительной системы, и выполняются с помощью этих элементов. Поэтому подробное описание способов определения взаимного расположения элементов в пространстве в двухкоординатном режиме согласно настоящему изобретению не приводится здесь для краткости.  In accordance with the principles set forth above when describing embodiments of the invention in the form of an optical measuring system, the present invention also provides methods (options) for determining the relative position of at least two elements in space, implemented using this optical measuring system. The steps of the claimed methods set forth in the claims fully correspond to the functionality of the elements of the described measuring system, and are performed using these elements. Therefore, a detailed description of the methods for determining the relative position of elements in space in the two-coordinate mode according to the present invention is not given here for brevity.
Кроме того, заявленное изобретение включает в себя соответствующие двухкоординатные устройства (варианты) регистрации оптического излучения для использования в заявленной системе в качестве блока приема или всего второго измерительного модуля. Соответственно, описание элементов упомянутых двухкоординатных устройств регистрации оптического излучения, подробно изложенное в нижеследующей формуле изобретения, повторяет описание соответствующих элементов второго измерительного модуля (блока приема) и не приводится здесь для краткости. In addition, the claimed invention includes appropriate two-coordinate devices (options) for recording optical radiation for use in the claimed system as a receiving unit or the entire second measuring module. Accordingly, a description of the elements of said two-coordinate optical radiation recording devices, described in detail in the following the claims, repeats the description of the corresponding elements of the second measuring module (reception unit) and is not given here for brevity.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что функциональные возможности описанных выше модулей оптической измерительной системы и/или двухкоординатных устройств регистрации оптического излучения, а также действия соответствующих этапов способов согласно настоящему изобретению могут быть реализованы с помощью программных средств, в частности, с помощью машинных кодов, сохраненных на машиночитаемом носителе, которые исполняются процессором вычислительного устройства, например компьютера общего назначения.  Those skilled in the art will understand that the functionality of the above-described modules of an optical measuring system and / or two-axis optical radiation recording devices, as well as the actions of the corresponding steps of the methods of the present invention, can be implemented using software, in particular, machine codes stored on a computer-readable medium, which are executed by a processor of a computing device, such as a general purpose computer.
Необходимо отметить, что не все из описанных выше компонентов системы, устройств и способов являются безусловно необходимыми для реализации назначения настоящего изобретения и достижения им технического результата, поэтому некоторые из них могут быть исключены из определенного варианта осуществления изобретения.  It should be noted that not all of the above system components, devices and methods are absolutely necessary for realizing the purpose of the present invention and for achieving a technical result, therefore, some of them may be excluded from a particular embodiment of the invention.
Настоящее описание вариантов осуществления изобретения не должно интерпретироваться в ограничительном плане, поскольку оно содержит лишь примерные варианты осуществления основных аспектов изобретения, описанные с целью пояснения сущности изобретения, но не ограничения его объёма. Соответственно, объем изобретения определяется только нижеследующей формулой изобретения. Любые изменения в описанных выше вариантах осуществления изобретения, которые могут быть очевидны специалистам в данной области техники после прочтения данного описания и формулы изобретения, должны рассматриваться как входящие в объем настоящего изобретения. The present description of embodiments of the invention should not be interpreted in a restrictive way, since it contains only exemplary embodiments of the main aspects of the invention described for the purpose of explaining the essence of the invention, but not limiting it volume. Accordingly, the scope of the invention is defined only by the following claims. Any changes to the above-described embodiments of the invention that may be apparent to those skilled in the art after reading this description and claims are to be considered as falling within the scope of the present invention.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Оптическая измерительная система для определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве, содержащая:  1. An optical measuring system for determining the relative position of two structural elements in space, comprising:
первый измерительный модуль, выполненный с возможностью закрепления на первом из упомянутых конструктивных элементов, и содержащий блок излучения, выполненный с возможностью формирования направленного луча оптического излучения;  the first measuring module, made with the possibility of fixing on the first of the mentioned structural elements, and containing a radiation unit, configured to form a directed beam of optical radiation;
второй измерительный модуль, выполненный с возможностью закрепления на втором из упомянутых конструктивных элементов и содержащий блок приема для приема луча оптического излучения, сформированного первым измерительным модулем, падающего на плоскость приема излучения, причем блок приема содержит:  the second measuring module, made with the possibility of fixing on the second of the mentioned structural elements and containing a receiving unit for receiving a beam of optical radiation formed by the first measuring module incident on the radiation receiving plane, and the receiving unit contains:
систему оптических элементов, расположенную после плоскости приема излучения по пути распространения луча оптического излучения и выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; и  a system of optical elements located after the radiation receiving plane along the propagation path of the optical radiation beam and configured to convert the incoming optical radiation beam at least in such a way that the image of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane is substantially scaled into a light line; and
средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения; и optical radiation detecting means, made with the possibility of determining at least one coordinate of the image of the beam of optical radiation on the plane of registration of optical radiation; and
модуль обработки, выполненный с возможностью получения данных от первого и второго измерительных модулей, включающих в себя упомянутую по меньшей мере одну координату, и с возможностью вычисления по меньшей мере одного геометрического параметра, характеризующего взаимное расположение упомянутых двух конструктивных элементов в пространстве, на основании полученных данных;  a processing module, configured to receive data from the first and second measuring modules including the at least one coordinate, and with the ability to calculate at least one geometric parameter characterizing the relative position of the two structural elements in space, based on the received data ;
отличающаяся тем , что  characterized in that
упомянутая система оптических элементов дополнительно выполнена с возможностью разложения луча оптического излучения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения;  said optical element system is further configured to decompose a beam of optical radiation into two rays propagating in different directions to two respective radiation detection planes;
упомянутое средство детектирования оптического излучения включает в себя два линейных детектора, расположенных в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, причем каждый линейный детектор выполнен с возможностью регистрации соответствующего одного из двух полученных разложением лучей оптического излучения и определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением этого луча, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента; упомянутый модуль обработки выполнен с возможностью вычисления упомянутого по меньшей мере одного геометрического параметра на основании двух координат точек пересечения изображений упомянутых двух полученных разложением лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов; и said optical radiation detecting means includes two linear detectors located in said two radiation detection planes, respectively, wherein each linear detector is configured to register a respective one of two optical radiation obtained by decomposing the rays and determine the coordinate of the light line intersection point, which is the image of this beam, with a sensitive element of the detector, along the length of the sensitive element; said processing module is configured to calculate said at least one geometric parameter based on two coordinates of intersection points of images of said two decomposed rays of optical radiation with sensitive elements of two linear detectors; and
упомянутая система оптических элементов дополнительно содержит цилиндрическую линзу, выполненную с возможностью преобразования отражённого или пропущенного луча, обеспечивающего поворот световой линии, являющейся изображением данного луча, на 90° в соответствующей плоскости регистрации излучения.  said optical element system further comprises a cylindrical lens configured to convert the reflected or transmitted beam, providing a rotation of the light line representing the beam by 90 ° in the corresponding radiation detection plane.
2. Система по п.1, в которой упомянутая система оптических элементов включает в себя оптический элемент преобразования для выполнения упомянутого преобразования входящего луча оптического излучения, и оптический элемент разложения для выполнения упомянутого разложения входящего луча оптического излучения.  2. The system of claim 1, wherein said optical element system includes an optical conversion element for performing said conversion of an incoming optical radiation beam, and an optical decomposition element for performing said decomposition of an incoming optical radiation beam.
3. Система по п.2, в которой упомянутый оптический элемент преобразования представляет собой дифракционную решетку, осуществляющую дифракционное разложение луча оптического излучения. 3. The system according to claim 2, in which said optical conversion element is a diffraction grating that performs diffraction decomposition of an optical beam.
4. Система по п.2, в которой упомянутый оптический элемент преобразования представляет собой анаморфот, осуществляющий анаморфирование луча оптического излучения. 4. The system according to claim 2, in which the aforementioned optical conversion element is an anamorphic, anamorphic optical radiation beam.
5. Система по п.2, в которой упомянутый оптический элемент разложения содержит по меньшей мере разделяющую призму, осуществляющую разложение луча оптического излучения на пропущенный луч и отраженный луч.  5. The system of claim 2, wherein said optical decomposition element comprises at least a dividing prism that decomposes the optical radiation beam into a transmitted beam and a reflected beam.
6. Система по п.5, в которой упомянутый оптический элемент преобразования расположен перед упомянутым оптическим элементом разложения по пути распространения входного луча оптического излучения, так что оптический элемент разложения осуществляет разложение преобразованного луча .  6. The system according to claim 5, in which said optical conversion element is located in front of said optical decomposition element along the propagation path of the input beam of optical radiation, so that the optical decomposition element decomposes the converted beam.
7. Система по п.5, в которой упомянутый оптический элемент преобразования расположен после упомянутого оптического элемента разложения по пути распространения входного луча оптического излучения, так что оптический элемент преобразования осуществляет преобразование двух полученных разложением лучей,  7. The system according to claim 5, in which said optical conversion element is located after said optical decomposition element along the propagation path of the input beam of optical radiation, so that the optical conversion element converts two decomposition rays obtained,
при этом оптический элемент преобразования содержит две дифракционные решетки, размещенные на путях распространения отраженного и пропущенного лучей, соответственно .  wherein the optical conversion element contains two diffraction gratings located on the propagation paths of the reflected and transmitted rays, respectively.
8. Система по п.1, в которой блок приема второго измерительного модуля выполнен с возможностью повторения упомянутого определения двух координат точек пересечения двух полученных разложением лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов два или более раз; и 8. The system according to claim 1, in which the receiving unit of the second the measuring module is configured to repeat the above-mentioned determination of the two coordinates of the points of intersection of two obtained by the decomposition of the rays of optical radiation with sensitive elements of two linear detectors two or more times; and
модуль обработки выполнен с возможностью вычисления упомянутого по меньшей мере одного геометрического параметра на основании двух или более пар координат, полученных в результате упомянутого повторения.  the processing module is configured to calculate said at least one geometric parameter based on two or more pairs of coordinates resulting from said repetition.
9. Система по п .8 , в которой упомянутое повторение выполняется после изменения положения в пространстве упомянутых конструктивных элементов и/или измерительных модулей на конструктивных элементах.  9. The system of claim 8, in which said repetition is performed after changing the position in space of said structural elements and / or measuring modules on structural elements.
10. Система по п.9, в которой упомянутое изменение положения в пространстве представляет собой поворот упомянутых элементов и/или измерительных модулей вокруг соответствующих осей вращения.  10. The system according to claim 9, in which said change in position in space is the rotation of the said elements and / or measuring modules around the respective axes of rotation.
11. Система по п.1, в которой упомянутая система оптических элементов дополнительно содержит одно или несколько вспомогательных оптических средств, выполненных с возможностью дополнительного преобразования луча оптического излучения, которые могут располагаться в любом месте по пути распространения луча оптического излучения внутри блока приема второго измерительного модуля. 11. The system according to claim 1, in which the said system of optical elements further comprises one or more auxiliary optical means configured to further convert the optical beam, which can be located anywhere along the path of the optical beam inside the receiving unit of the second measuring module .
12. Система по п.1, дополнительно содержащая интерфейс для обмена данными между компонентами системы с помощью проводного и/или беспроводного соединения. 12. The system of claim 1, further comprising an interface for exchanging data between system components using a wired and / or wireless connection.
13. Система по п.1, дополнительно содержащая запоминающее устройство, выполненное с возможностью сохранения данных, полученных в измерительных модулях и/или модуле обработки.  13. The system of claim 1, further comprising a storage device configured to store data obtained in the measurement modules and / or the processing module.
14. Система по п.1, дополнительно содержащая модуль отображения, выполненный с возможностью представления данных, полученных в измерительных модулях и/или модуле обработки, пользователю в графической и/или другой доступной для восприятия форме .  14. The system of claim 1, further comprising a display module configured to present the data obtained in the measurement modules and / or the processing module to a user in graphical and / or other readable form.
15. Система по п.1, дополнительно содержащая средство передачи данных, выполненное с возможностью передачи данных, полученных в измерительных модулях и/или модуле обработки, стороннему устройству с помощью проводного и/или беспроводного соединения.  15. The system of claim 1, further comprising data transmission means configured to transmit data received in the measurement modules and / or the processing module to a third-party device using a wired and / or wireless connection.
16. Система по одному из пп.13-15, в которой по меньшей мере одно из упомянутых запоминающего устройства, модуля отображения и средства передачи входит в состав модуля обработки.  16. The system according to one of paragraphs.13-15, in which at least one of the aforementioned storage device, display module and transmission means is part of the processing module.
17. Система по п.1, в которой первый измерительный модуль дополнительно содержит блок приема, аналогичный таковому во втором измерительном модуле . 17. The system according to claim 1, in which the first measuring module further comprises a receiving unit, similar to that in the second measuring module.
18. Система по п.1, в которой второй измерительный модуль дополнительно содержит блок излучения, аналогичный таковому в первом измерительном модуле. 18. The system according to claim 1, in which the second measuring module further comprises a radiation unit similar to that in the first measuring module.
19. Система по п.1, в которой модуль обработки реализован в виде программных средств, сохраненных в памяти, и исполняемых процессором вычислительного устройства, выполненного с возможностью связи с первым и/или вторым измерительными модулями.  19. The system according to claim 1, in which the processing module is implemented in the form of software stored in memory and executed by the processor of a computing device configured to communicate with the first and / or second measuring modules.
20. Способ определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве с помощью оптической измерительной системы, содержащей по меньшей мере два измерительных модуля, выполненных с возможностью закрепления на упомянутых конструктивных элементах, причём способ содержит этапы, на которых:  20. A method for determining the relative position of two structural elements in space using an optical measuring system containing at least two measuring modules configured to be fixed on said structural elements, the method comprising the steps of:
формируют с помощью первого измерительного модуля луч оптического излучения, направленный в сторону второго измерительного модуля;  form using the first measuring module a beam of optical radiation directed towards the second measuring module;
обеспечивают попадание луча оптического излучения на плоскость приема излучения в блоке приема второго измерительного модуля;  ensure that the beam of optical radiation hits the plane of the radiation in the receiving unit of the second measuring module;
осуществляют преобразование луча оптического излучения с помощью системы оптических элементов в блоке приема второго измерительного модуля после прохождения лучом упомянутой плоскости приема излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; converting the beam of optical radiation using a system of optical elements in the receiving unit of the second measuring module after the beam passes the said plane of receiving radiation at least so that the image of the optical beam on the plane of registration of optical radiation is scaled to be substantially transformed into a light line;
определяют с помощью средства детектирования оптического излучения по меньшей мере одну координату изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения; и  determining with the aid of optical radiation detection means at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation recording plane; and
вычисляют по меньшей мере один геометрический параметр, характеризующий взаимное расположение упомянутых двух конструктивных элементов в пространстве на основании упомянутой по меньшей мере одной координаты;  calculating at least one geometric parameter characterizing the relative position of said two structural elements in space based on said at least one coordinate;
отличающийся тем, что  characterized in that
упомянутое преобразование луча оптического излучения содержит :  said beam conversion of optical radiation contains:
преобразование луча оптического излучения с помощью оптического элемента преобразования таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию, и  converting the optical beam using the optical conversion element so that the image of the optical beam on the plane of registration of optical radiation is scaled essentially into a light line, and
разложение преобразованного луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения; упомянутое определение по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения содержит: регистрацию двух полученных разложением лучей оптического излучения двумя линейными детекторами в составе средства детектирования оптического излучения, расположенными в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, и the decomposition of the converted beam of optical radiation using the optical element of the decomposition into two beams propagating in different directions to two corresponding radiation registration planes; said definition of at least one the coordinates of the image of the beam of optical radiation contains: registration of two obtained by the decomposition of the rays of optical radiation by two linear detectors as part of the optical radiation detection means located in the above two radiation detection planes, respectively, and
определение каждым линейным детектором координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением соответствующего одного из двух полученных разложением лучей, с чувствительным элементом данного детектора, по длине чувствительного элемента; и  determination by each linear detector of the coordinate of the point of intersection of the light line, which is the image of the corresponding one of the two obtained by the decomposition of the rays, with the sensitive element of this detector, along the length of the sensitive element; and
упомянутое вычисление по меньшей мере одного геометрического параметра выполняют на основании двух координат точек пересечения изображений упомянутых двух полученных разложением лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов.  the aforementioned calculation of at least one geometric parameter is performed based on two coordinates of the intersection points of the images of the two obtained by decomposing the rays of optical radiation with sensitive elements of two linear detectors.
21. Способ по п.20, в котором упомянутое преобразование луча оптического излучения с помощью оптического элемента преобразования представляет собой дифракционное разложение, осуществляемое с помощью дифракционной решетки.  21. The method according to claim 20, in which the said conversion of the beam of optical radiation using the optical conversion element is a diffraction decomposition carried out using a diffraction grating.
22. Способ по п.20, в котором упомянутое преобразование луча оптического излучения с помощью оптического элемента преобразования представляет собой анаморфирование, осуществляемое с помощью анаморфота. 22. The method according to claim 20, in which the said conversion of the beam of optical radiation using The optical element of the transformation is anamorphic carried out using anamorphic.
23. Способ по п.20, в котором упомянутое разложение луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения представляет собой разложение луча оптического излучения на пропущенный луч и отраженный луч, осуществляемое с помощью разделяющей призмы.  23. The method according to claim 20, in which said decomposition of the beam of optical radiation using the optical element of decomposition is a decomposition of the beam of optical radiation into a transmitted beam and a reflected beam, carried out using a dividing prism.
24. Способ определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве с помощью оптической измерительной системы, содержащей по меньшей мере два измерительных модуля, выполненных с возможностью закрепления на упомянутых конструктивных элементах, причём способ содержит этапы, на которых:  24. A method for determining the relative position of two structural elements in space using an optical measuring system comprising at least two measuring modules configured to be attached to said structural elements, the method comprising the steps of:
формируют с помощью первого измерительного модуля луч оптического излучения, направленный в сторону второго измерительного модуля;  form using the first measuring module a beam of optical radiation directed towards the second measuring module;
обеспечивают попадание луча оптического излучения на плоскость приема излучения в блоке приема второго измерительного модуля;  ensure that the beam of optical radiation hits the plane of the radiation in the receiving unit of the second measuring module;
осуществляют преобразование луча оптического излучения с помощью системы оптических элементов в блоке приема второго измерительного модуля после прохождения лучом упомянутой плоскости приема излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; converting the optical radiation beam using the optical system in the receiving unit of the second measuring module after the beam passes the radiation receiving plane, at least in such a way that the image of the optical radiation beam on the registration plane of the optical radiation is scaled substantially into a light line;
определяют с помощью средства детектирования оптического излучения по меньшей мере одну координату изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения; и  determining with the aid of optical radiation detection means at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation recording plane; and
вычисляют по меньшей мере один геометрический параметр, характеризующий взаимное расположение упомянутых двух конструктивных элементов в пространстве на основании упомянутой по меньшей мере одной координаты;  calculating at least one geometric parameter characterizing the relative position of said two structural elements in space based on said at least one coordinate;
отличающийся тем, что  characterized in that
упомянутое преобразование луча оптического излучения содержи :  the mentioned conversion of the beam of optical radiation contains:
разложение луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения, и преобразование каждого из двух полученных разложением лучей оптического излучения с помощью двух соответствующих оптических элементов преобразования таким образом, что изображение каждого из упомянутых лучей на соответствующей плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию, причём преобразование одного из упомянутых лучей дополнительно содержит поворот световой линии, являющейся изображением данного луча, на 90° в соответствующей плоскости регистрации излучения; decomposition of the optical radiation beam with the help of an optical decomposition element into two rays propagating in different directions to two respective radiation detection planes, and conversion of each of the two optical radiation decomposition rays obtained by using two corresponding optical transformation elements in such a way that the image of each of the aforementioned rays on the corresponding plane of registration of optical radiation is scaled essentially into a light line, and calling one of the said rays further comprises a rotation of the light line, which is the image of the beam, by 90 ° in the corresponding plane of registration of radiation;
упомянутое определение по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения содержит:  said definition of at least one image coordinate of an optical beam:
регистрацию упомянутых двух полученных разложением и преобразованных лучей оптического излучения двумя линейными детекторами в составе средства детектирования оптического излучения, расположенными в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, и  registering said two decomposed and converted optical radiation beams with two linear detectors as a part of optical radiation detecting means located in said two radiation detection planes, respectively, and
определение каждым линейным детектором координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением соответствующего одного из упомянутых двух лучей, с чувствительным элементом данного детектора, по длине чувствительного элемента; и упомянутое вычисление по меньшей мере одного геометрического параметра выполняют на основании двух координат точек пересечения изображений упомянутых двух лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов.  determination by each linear detector of the coordinate of the point of intersection of the light line, which is the image of the corresponding one of the two rays, with the sensitive element of this detector, along the length of the sensitive element; and said calculation of at least one geometric parameter is performed on the basis of two coordinates of the intersection points of the images of said two rays of optical radiation with sensitive elements of two linear detectors.
25. Способ по п.24, в котором упомянутое преобразование лучей оптического излучения с помощью двух оптических элементов преобразования представляет собой дифракционное разложение, осуществляемое с помощью двух дифракционных решеток. 25. The method according to paragraph 24, in which the said conversion of the rays of optical radiation using two optical conversion element is a diffraction decomposition carried out using two diffraction gratings.
26. Способ по п.24, в котором упомянутое преобразование лучей оптического излучения с помощью двух оптических элементов преобразования представляет собой анаморфирование, осуществляемое с помощью двух анаморфотов.  26. The method according to paragraph 24, in which the said conversion of the rays of optical radiation using two optical elements of the transformation is anamorphic carried out using two anamorphic.
27. Способ по п.24, в котором упомянутое разложение луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения представляет собой разложение луча оптического излучения на пропущенный луч и отраженный луч, осуществляемое с помощью разделяющей призмы.  27. The method according to paragraph 24, in which the said decomposition of the beam of optical radiation using the optical element of decomposition is a decomposition of the beam of optical radiation into a transmitted beam and a reflected beam, carried out using a dividing prism.
28. Двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения, предназначенное для использования в оптической измерительной системе для определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве, выполненное с возможностью закрепления на втором конструктивном элементе из упомянутых двух элементов, причем упомянутая система содержит источник оптического излучения, выполненный с возможностью закрепления на первом конструктивном элементе из упомянутых двух элементов и формирования направленного луча оптического излучения, причем двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения содержит : систему оптических элементов, выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; и 28. Two-coordinate optical radiation recording device for use in an optical measuring system for determining the relative position of two structural elements in space, made with the possibility of mounting on the second structural element of the two elements, said system comprising an optical radiation source configured to be fixed on the first structural element of the above two elements and the formation of a directed beam of optical radiation, and the two-coordinate optical radiation recording device comprises: a system of optical elements, configured to convert the incoming optical beam, at least in such a way that the image of the optical beam on the plane of registration of optical radiation is scaled essentially converted into a light line; and
средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения, причем упомянутая по меньшей мере одна координата характеризует расположение в пространстве устройства регистрации оптического излучения по отношению к упомянутому источнику оптического излучения;  optical radiation detecting means configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane, said at least one coordinate characterizing the spatial arrangement of the optical radiation recording device with respect to said optical radiation source;
отличающееся тем, что  characterized in that
упомянутая система оптических элементов включает в себя :  said optical element system includes:
оптический элемент преобразования, выполненный с возможностью упомянутого преобразования луча оптического излучения таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию, и  an optical conversion element adapted to convert the optical radiation beam in such a way that the image of the optical radiation beam on the registration plane of the optical radiation is scaled substantially into a light line, and
оптический элемент разложения, выполненный с возможностью разложения преобразованного луча оптического излучения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения; и optical decomposition element made with the possibility of decomposing the converted optical radiation beam into two rays propagating in different directions to two corresponding radiation detection planes; and
упомянутое средство детектирования оптического излучения включает в себя два линейных детектора, расположенных в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, причем каждый линейный детектор выполнен с возможностью регистрации соответствующего одного из двух полученных разложением лучей оптического излучения и определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением данного луча, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента.  said optical radiation detecting means includes two linear detectors located in said two radiation detection planes, respectively, wherein each linear detector is configured to register a corresponding one of two optical radiation obtained by decomposing the rays and determine the coordinate of the intersection point of the light line, which is an image of this beam, with a sensitive element of the detector, along the length of the sensitive element.
29. Устройство по п.28, в котором упомянутый оптический элемент преобразования представляет собой дифракционную решетку.  29. The device according to p, in which said optical conversion element is a diffraction grating.
30. Устройство по п.28, в котором упомянутый оптический элемент преобразования представляет собой анаморфо .  30. The device according to p, in which the aforementioned optical conversion element is anamorphic.
31. Устройство по п.28, в котором упомянутый оптический элемент разложения представляет собой разделяющую призму, осуществляющую разложение луча оптического излучения на пропущенный луч и отраженный луч.  31. The device according to p. 28, in which the said optical element of the decomposition is a separating prism, which decomposes the beam of optical radiation into a transmitted beam and a reflected beam.
32. Двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения, предназначенное для использования в оптической измерительной системе для определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве, выполненное с возможностью закрепления на втором конструктивном элементе из упомянутых двух элементов, причем упомянутая система содержит источник оптического излучения, выполненный с возможностью закрепления на первом конструктивном элементе из упомянутых двух элементов и формирования направленного луча оптического излучения, причем двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения содержит: 32. Two-coordinate registration device optical radiation, intended for use in an optical measuring system for determining the relative position of two structural elements in space, made with the possibility of fixing on the second structural element of the two elements, said system comprising an optical radiation source configured to be mounted on the first structural element of the above two elements and the formation of a directed beam of optical radiation, and two-coordinate The optical radiation recording apparatus comprises:
систему оптических элементов, выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; и  a system of optical elements, configured to convert the incoming optical beam, at least in such a way that the image of the optical beam on the plane of registration of optical radiation is scaled essentially converted into a light line; and
средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения, причем упомянутая по меньшей мере одна координата характеризует расположение в пространстве устройства регистрации оптического излучения по отношению к упомянутому источнику оптического излучения; optical radiation detecting means configured to determine at least one image coordinate of the optical radiation beam on the optical radiation registration plane, said at least one coordinate characterizing the spatial arrangement of the optical radiation recording device with respect to said source optical radiation;
отличающееся тем, что  characterized in that
упомянутая система оптических элементов включает в себя :  said optical element system includes:
оптический элемент разложения, выполненный с возможностью разложения луча оптического излучения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения, и  an optical decomposition element configured to decompose a beam of optical radiation into two rays propagating in different directions to two respective radiation registration planes, and
два оптических элемента преобразования, выполненный с возможностью преобразования каждого из двух полученных разложением лучей оптического излучения, таким образом, что изображение каждого из упомянутых лучей на соответствующей плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию;  two optical conversion elements, configured to convert each of the two obtained by the decomposition of the rays of optical radiation, so that the image of each of these rays on the corresponding plane of registration of optical radiation is scaled essentially converted into a light line;
причём система оптических элементов содержит цилиндрическую линзу, выполненную с возможностью преобразования отражённого или пропущенного луча, обеспечивающего поворот световой линии, являющейся изображением данного луча, на 90° в соответствующей плоскости регистрации излучения;  moreover, the system of optical elements contains a cylindrical lens, configured to convert the reflected or transmitted beam, providing a rotation of the light line, which is the image of the beam, by 90 ° in the corresponding plane of registration of radiation;
упомянутое средство детектирования оптического излучения включает в себя два линейных детектора, расположенных в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, причем каждый линейный детектор выполнен с возможностью регистрации соответствующего одного из двух полученных разложением и преобразованных лучей оптического излучения и определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением данного луча, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента. said optical radiation detecting means includes two linear detectors, located in the mentioned two radiation detection planes, respectively, wherein each linear detector is configured to register the corresponding one of the two obtained by decomposition and converted optical radiation rays and determine the coordinates of the intersection point of the light line, which is the image of this beam, with the sensitive element of the detector, along the length of the sensitive item.
33. Устройство по п.32, в котором каждый из упомянутых двух оптических элементов преобразования представляет собой дифракционную решетку.  33. The device according to p, in which each of the two optical conversion elements is a diffraction grating.
34. Устройство по п.32, в котором каждый из упомянутых двух оптических элементов преобразования представляет собой анаморфо .  34. The device according to p, in which each of the two optical conversion elements is anamorphic.
35. Устройство по п.32, в котором упомянутый оптический элемент разложения представляет собой разделяющую призму.  35. The device according to p, in which said optical decomposition element is a separating prism.
PCT/RU2015/000259 2014-04-22 2015-04-22 Optical measuring system for determining the relative position of elements in space with a two-coordinate measuring module, and corresponding methods and devices for recording optical radiation WO2015163795A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014116172/28A RU2014116172A (en) 2014-04-22 2014-04-22 OPTICAL MEASURING SYSTEM FOR DETERMINING THE MUTUAL LOCATION OF ELEMENTS IN A SPACE WITH A TWO-ORDINATE MEASURING MODULE RELATING TO METHODS AND DEVICES FOR REGISTRATION OF OPTICAL RESULTS
RU2014116172 2014-04-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015163795A1 true WO2015163795A1 (en) 2015-10-29

Family

ID=54332845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000259 WO2015163795A1 (en) 2014-04-22 2015-04-22 Optical measuring system for determining the relative position of elements in space with a two-coordinate measuring module, and corresponding methods and devices for recording optical radiation

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2014116172A (en)
WO (1) WO2015163795A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4193689A (en) * 1977-07-29 1980-03-18 Thomson-Csf Arrangement for locating radiaring sources
US4207002A (en) * 1978-12-18 1980-06-10 General Motors Corporation Apparatus for detecting an output image of an optical correlation
KR20010001105A (en) * 1999-06-02 2001-01-05 황인길 Apparatus for measuring the alignment status of a semiconductor wafer
RU2482448C2 (en) * 2011-05-30 2013-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "КСК-СИСТЕМС" Optical measurement system for determining relative position of elements in space, method and apparatus for detecting optical radiation for use therein

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4193689A (en) * 1977-07-29 1980-03-18 Thomson-Csf Arrangement for locating radiaring sources
US4207002A (en) * 1978-12-18 1980-06-10 General Motors Corporation Apparatus for detecting an output image of an optical correlation
KR20010001105A (en) * 1999-06-02 2001-01-05 황인길 Apparatus for measuring the alignment status of a semiconductor wafer
RU2482448C2 (en) * 2011-05-30 2013-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "КСК-СИСТЕМС" Optical measurement system for determining relative position of elements in space, method and apparatus for detecting optical radiation for use therein

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014116172A (en) 2015-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10972716B2 (en) Calibration method and measurement tool
CN108700662B (en) Distance image acquisition device and application thereof
US9454818B2 (en) Method for measuring three orientational degrees of freedom of a cube-corner retroreflector
ES2683364T3 (en) Method to monitor linear dimensions of three-dimensional objects
JP5749319B2 (en) Portable terminal for sensor alignment
US10317515B2 (en) Apparatus for identifying objects outside of a line-of-sight
CN101915658B (en) Laser designator multiple-parameter detector
CN105157618A (en) Calculated intensity correlated imaging autocollimator and measurement method
EP3350614B1 (en) Implementation of the focal plane 2d apd array for hyperion lidar system
CN102840964A (en) Large-caliber long-focus collimator focal point real-time monitoring system
JP2019074535A (en) Calibration method, calibration device and program
CN103712572A (en) Structural light source-and-camera-combined object contour three-dimensional coordinate measuring device
JP2014219393A (en) Apparatus for locating machine element
JP6485616B2 (en) Appearance measurement system, image processing method, and program
ITTO20110325A1 (en) METROLOGICAL OPTICAL PROJECTIVE SYSTEM FOR THE DETERMINATION OF TRIM AND POSITION
CN205720668U (en) Structure light measurement device
WO2015163795A1 (en) Optical measuring system for determining the relative position of elements in space with a two-coordinate measuring module, and corresponding methods and devices for recording optical radiation
CN108020244B (en) Calibration device and method for star sensor reference cube mirror installation error
RU2523736C1 (en) Measurement of dihedral angles at mirror-prismatic elements and device to this end
EP3144641B1 (en) Photoelectric encoder
CN105091797A (en) Intensity correlated autocollimator for single-CCD
EP3421928B1 (en) Optical measuring device
WO2016152789A1 (en) Gas location detecting method, gas location detecting program, gas location detecting device, and gas location detecting system
US9363484B2 (en) Method and device for range imaging
RU2482448C2 (en) Optical measurement system for determining relative position of elements in space, method and apparatus for detecting optical radiation for use therein

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15782508

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15782508

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1