Способ дистанционного определения пространственного положения плоскости

Способ дистанционного определения пространственного положения плоскости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении параметров вибраций , колебаний и малых смещений рабочих поверхностей механизмов. Цель изобретения - повьшение точноефиг2 (Л со СП Oi 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК )

504 С 01 В 21 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4082419/24-28 (22) 07.07.86 (46) 15.12 ° 87. Бюл. 1Ф 46 (7 1) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Г.В.Меркиюин (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 528446, кл. С 01 В 11/14, 1974.

Л0„„1359674 А1 (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ

ПЛОСКОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении параметров вибраций, колебаний и малых смещений рабочих поверхностей механизмов.

Цель изобретения — повышение точнос135 ти измерений за счет высокой чувствительности интенсивности света в интерференционной картине. Интерфе«ренционная картина образуется тремя световыми пучками, отраженными от трех отражателей 2, 3, 4 с разными коэффициентами отражения, закрепленных на контролируемой плоскости 5, В плоскости анализа определяются амплитуды, частоты и фазы пространственных гармоник в распределении интенсивности излучения, зафиксированного с помощью взаимно перпендикулярных линеек 6 и 7 фотодетекторов. Положение контролируемой плоскости опреде9674 ляется по координатам меньших отражателей 3 и 4 относительно отражателя 2 с большим коэффициентом отражения, которые связаны с частотами и фазами трех пространственных гармоник, формируемых сигналами от различных пар отражателей. Путем сравнения возможных комбинаций взаимных положений отражателей выделяется комбинация, удовлетворяющая системе параметров трех зарегистрированных пространственных гармоник. Координаты отражателей 3 и 4 фиксируются регистратором 29 и блоком 30 и регистраторами 32 и 36. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении параметров вибраций, колебаний и малых смещений рабочих поверхностей механизмов.

Целью изобретения является повышение точности измерений пространственного положения плоскости за счет высокой чувствительности распределе" ния освещенности в интерференционной картине, образованной тремя световыми пучкамй, отраженными от отражателей, расположенных на плоскости, к пространственному положению. плоскости.

На фиг. 1 показано относительное расположение отражателей, точки О наблюдения и используемой системы координат, на фиг. 2 — схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

На плоскость, положение которой нужно контролировать, устанавливают три оптических отражателя: первый, второй и третий, не лежащие на одной прямой и имеющие разные коэффициенты отражения. Коэффициент отражения первого отражателя больше коэффициента отражения второго отражателя, а коэффициент отражения второго больше коэффициента отражения третьего.

Когерентный оптический сигнал излучается в направлении указанных отражателей. В месте приема отраженных сигналов в плоскости анализа, котоI = 2A

1p + 2А<А соз(< < < ),з ) +

+ 2AàAçcos(g — (у, ), Для зоны Фраунгофера

2Ак А,„со 3 (< к 7щ ) Е В В " Хи Х

- г<, (i< +

20 (2) амплитуда поля в области отражателей коэффициенты отражения k-ro и ш-го отражателей длины волны излучения, расстояние .от плоскости анализа р 0 до области установки отражателей, 2%i

Х, Х, Y Y координаты k-ro u m-го отражателей, координатные оси Х и Y перпендикулярны оси Z и пагде Е—

Вкввт30

2 рая перпендикулярна линии визирования, анализируют распределение интенсивности сигнала, переменная (в пространстве) составляющая которого представляет линейную сумму трех пространственных гармоник: раллельным осям )((и со ответственно, SZ.„ — расстояние между k-м и m-м отражателями в направлении оси Z (фиг. 1).

В соответствии с условием

В„ Вг ) В, как видно из (1), переменная составляющая I содержит три пространственные гармоники: (2. И 2 Э

Анализируя распределение интенсивно сти излучения в плоскости ц можно выделить (н апример, ме тодами . цифровой фильтрации) гармоники G (2, G,, С 2, а также их составляющие по о,сям р и 3а :С С,2y G1, )1(р

G 2 (((G» По фазам гармоник q 1<

= 2М2„„, определяется расстояние между k-м и m-м отражателями в направлении оси Z: (1 Z По периодам составляющих гармоник в направлении осей ))(и

Т

Ъ

luxm m/XK Х /

/У Y/

С, = 2А(Агсоз((1), — Vz ) I, coos g, С,з = 2А, А со з (() 1 — (1, ) I,z cos ()2,, р

G 2з 2Az A зco s (()2, — (tz )

os Vz, причем в соответствии с (3) 1359674

4 равляющие косинусы, которые не изменяются при отражении точки (р 9 )

1 Zx 2 в точке ((„ 91 ), а не абсолютное положение контролируемой плоскости в пространстве, если же()(, =()

1((12 12 то знаки у |uz и ) должны быть разные., „ (3) По значениям /Х (— Х / и /Y<, 10. — Y > / определяются относительно точки (1((= О, 1) = --0) два возможные положения малого отражателя (p

0 ) и (,, ), причем 11(" = (1) (z0 (пъ (и) Д - (rf)

У

Пб значениям /Х вЂ” Х / и /Y г z — Y,/ определяются относительно точки (р„ ) ) два возможные положения малого отражателя ()(((и), (и ) ) и (Iy) (gy)

Из четырех полученных значений по каждой координате (р(— (i щ ()y) ч — -) ) выбираются два ближайших э или совпадающих, которые являются координатами малого отражателя (((, 25

vq). Полученные три точки ()Ц1, 1 ), (l()» 9 ), (pq> ) хаРактеРизуют . положение контролируемой плоскости в пространстве.

Устройство для осуществления пред30 лагаемого способа (фиг. 2) работает следующим образом.

Когерентное излучение источника 1 попадает на три отражателя 2, 3 и 4, соответственно первый, второй и тре35 тий не лежащие на одной прямой и установленные на контролируемой плоскости 5. В плоскости анализа, перпендикулярной направлению прихода отраженных отражателей сигналов, 40 расположена крестообразная фотоэлектрическая приемная структура в виде двух взаимно перпендикулярных линеек 6 и 7, соответственно, квадратичных фотодетекторов с достаточно

45 большим числом элементов.

I можно найти расстояние между отражателями /Х „— Х / и /Y„- Y /.

Еспи изображение большого отражателя расположить в точке пересечения осей (ц и 0, т.е. )ц1 = О, 11 = О, то по значениям /Х, — Хг/ и /7, — Y / можно определить положение среднего отражателя относительно большого.

Здесь возможны два случая: если(„ =

=4 12, то координаты р и 42 (/мг/ =

/Х, — Xz/, /42/ = /Y, — Ъ,/) рутся с одинаковым знаком — любым, так как необходимо знать только напВыходные сигналы линеек 6 и 7 поступают на аналого-цифровые преобразователи 8 и 9, выходы которых соединены с цифровыми фильтрами 10 и 11, На выходе цифровых фильтров

10 и 11 появляются коды числовых значений амплитуды, частоты и фазы каждой из составляющих (в направлении

55 соответствующей линейки фотодетекторов) трех пространственных гармоник, образованных в плоскости линеек в результате интерференции сигнапов от отражателей 2, 3 и 4. Выходные сиг5 13 налы цифровых фильтров 10 и 11 поступают на селекторы-коммутаторы 12 и 13, в которых происходит разделенйе гармоник по амплитудам на первую, вторую и третью и коммутация кодов числовых значений частоты и фазы составляющих пространственных гармоник на регистры 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, соответственно, сильной, второй и третьей гармоник линейки 6 и на регистры 20 и 21, 22 и 23, 24 и 25, соответственно, первой, второй и третьей гармоник линейки 7. В регистрах 14 и 20 фиксируются расстояния между первым и вторым отража" телями по осям линеек 6 и 7 соответственно, которые пропорциональны частотам составляющих первой гармоники по этим осям. В регистрах 15 и 21 фиксируются фазы составляющих первой гармоники по осям линеек 6 и 7 соответственно, которые пропорциональны расстоянию между первым и вторым отражателями вдоль направления прихода отраженных сигналов.

Аналогично в регистрах 16, 22 и

18, 24 фиксируются расстояния пропорциональные частотам составляющих, соответственно, средней и слабой . гармоник по этим осям.

В регистрах 17, 23 и 19, 25 фиксируются фазы составляющих, соответственно, средней и слабой гармоник по осям линеек 6 и 7 соответственно, которые пропорциональны расстоянию, соответственно, между большим и малым, средним и малым отражателями вдоль направления прихода от- . раженных сигналов.

К выходам регистров 15 и 21, 17 и 23, 19 и 25 подсоединены блоки 26, 27 и 28 сравнения, соответственно, в которых происходит сравнение фаз, зафиксированных в этих регистрах.

Если фазы одного знака, то на выхо-. де блока сравнения появляется положительный сигнал, если фазы разных знаков, то сигнал будет отрицательным.

К выходам регистров 14 и 20 подсоединен регистратор 29, на который, кроме того, подается сигнал с выхода блока 26 сравнения. При положи- тельном сигнале на выходе блока 26 сравнения относительные (относительно большого отражателя) координаты второго отражателя с регистров 14 и

20 фиксируются в регистраторе 29 с

59674

6 одинаковым знаком (любым),. при отрицательном сигнале — с противоположными знаками. К выходу регистров

15 и 21 подсоединен блок 30 усреднения, в котором происходит усреднение по модулю выходных сигналов регистров 15 и 21 и фиксация расстояния между первым и вторым отражателями вдоль направления прихода отраженных сигналов.

Выходы блоков 27 и 28 сравнения подсоединены к блоку 31 сравнения, на который, кроме того, подаются сигналы с регистров 16, 22 и 18, 24.

Если с выхода блока 27 сравнения .идет положительный сигнал, в блоке

31 сравнения фиксируются два значения координат малого отражения относи2р тельно большого отражателя с регистров 16 и 22 е положительным и отрицательным знаками, если сигнал на выходе блока 27 сравнения отрицательный, то фиксируются два значения ко25 ординат малого отражателя относительно первого отражателя с регистров 16 и 22 с разными знаками: сигнал с регистра 16 с положительным знаком, с регистра 22 — с отрицательным знаком, Зо с регистра 16 — с отрицательным зна- ком, с регистра 22 — с положительным .знаком. Если с выхода блока 28 сравнения идет положительный сигнал, в блоке 31 сравнения фиксируются два

35 значения координат малого отражателя относительно второго отражателя с регистров 18 и 24 с положительным и отрицательным знаками, если сигнал на выходе блока 28 сравнения

40 отрицательный, то фиксируются два значения координат..третьего отражателя относительно второго отражателя с регистров 18 и 24 с разными знаками: сигнал с регистра 18 с по45 ложительным знаком, с регистра 24— с отрицательным знаком, сигнал с регистра 18 с отрицательным знаком, с регистра 24 — с положительным знаком. В блоке 31 сравнения происходит

О сравнение четырех зафиксированных координат третьего отражателя, из которых выбираются две ближайшие (и

{или совпадающие), которые усредняются и подаются на выход блока 31

55 сравнения, К выходу блока 31 сравнения подсоединен регистратор 32.

К выходам регистров 17 и 23, 18 и 25 подсоединены блоки 33 и 34 усреднения соответственно, в которых

Формула изобретения

Фиа /

Составитель В.Чулков

Техредl M.Дидык Корректор О.Кравцова

Редактор Л.Повхан

Заказ 6146/44 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 происходит усреднение по модулю выходных сигналов регистров 17 и 23, 19 и 25-.-соответственно, и фиксация расстояний вдоль напряжения прихода отраженных сигналов между, соответственно, первым и третьим, вторым и третьим отражателями. Выходы бло- ков 33 и 34 усреднения соединены со входами блока 35 усреднения, в котором происходит усреднение координаты третьего отражателя в направлении прихода отраженных сигналов. К выходу блока 35 усреднения подсоединен регистратор 36.

Способ дистанционного определения пространственного положения плоскости, основанный на излучении когерентного оптического сигнала и его фото59674 8 электрической регистрации, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений пространственного положения плоскости, 5 на ней устанавливают первый, второй и третий отражатели, не лежащие на одной прямой, причем коэффициент отражения первого отражателя выбирается большим коэффициента отражения второго, коэффициент отражения второго отражателя — большим коэффициента ртражения третьего, в области приема отраженных оптических сигналов, расположенной в зоне анализа интерференционной картины, перпендикулярной оптической оси, проводят анализ пространственных гармоник интерференционной картины и положение .контролируемой плоскости определяют по значениям фаз и амплитуд пространственных гармоник.