Устройство для определения положения объекта

Устройство для определения положения объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению положения объектов. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений за счет снижения чувствительности устройст аа к деформации системы в целом. Для этою фокусирующая линза ориентирована так, что ее оптическая ось образует угол с визирной осью устройства, один фотоприемник расположен в меридиональной плоскости изображения источника света перпендикулярно визирной сей, а другой - в сагиттальной плоскости.4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

L М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ д а ах (21) 4601831/28 (22) 02.11.88 (46) 15,01.91. Бюл, N. 2 (71) Научно-исследовательский институт прикладной геодезии (72) А.С,Писарев (53) 531.781.2(088.8) (56) Патент США ¹ 4623253, кл. G 01 В 11/14, 1986.

SPIЕ 1985, vol. 571, 151, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА

Изобретение относится к измерительной технике, к определению положения объектов.

Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений за счет снижения чувствительности устройства к деформации системы в целом.

На фиг. 1 представлена схема устройства для определения положения объекта; на фиг. 2 — графическое изображение схемы измерений; на фиг. 3 — схема, поясняющая нахождение величины угла а; на фиг, 4— схема, поясняющая формирование двух изображений источника света в виде отрезков прямой линии.

Устройство (фиг, 1) содержит точечный источник 1 света, расположенный на визирной оси (О> — 04) устройства, на расстоянии а от него закреплена фокусирующая линза 2, 1 оптическая ось (Oz-Îã ) которой составляет с визирной осью устройства угол е, и два фотоприемника 3 и 4, выполненных в виде линейной фоточувствительной схемы, например с зарядовой связью, светочувстви„„5U„„1620821 Al (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению положения обьектов. Цель изобретения повышение точности и надежности измерений за счет снижения чувствительности устройства,к деформации системы в целом. Для это1о фокусирующая линза ориентирована так, что ее оптическая ось образует угол с визирной осью устройства, один фотоприемник расположен в меридианальной плоскости изображения источника света перпендикулярно визирной оси, а другой —. в сагиттальной плоскости. 4 ил. тельные области 5 и 6 которых расположены соответственно в плоскостях меридионального и сагиттального иэображений источника света перпендикулярно этим изображениям (отрезкам Ь и fa), Отрезок з удален от линзы 2 на расстояние ах (фиг, 2), определяемое заданной разрешающей способностью д устройства.

Разрешающая способность д устройства связана с позиционной чувствительностью линейной фоточувствительной схемы следующей зависимостью: где д — разрешающая способность устройства;

Л вЂ” позиционная чувствительность линейной фоточувствительной схемы; а — расстояние между точечным источником света 1 и фокусирующей линзой 2; а х — расстояние от фокусирующей линI зы 2 до отрезка Ь

1620821

Удаленность отрезка !з or фокусирующей линзы 2 равна:

l ha ах = —, -.

Угол а равен величине (фиг, 3):

180 л а где а — расстояние от фокусирующей линзы до точечного источника света;

Y — величина предмета радиуса а, которой соответствует меридиональный отрезок

XT.

Отрезок ХТ находится из соотношения:

ХТ=а — а х, l I где а — расстояние от фокусирующей линзы до плоскости параксиального изображения, Величина а находится по известной из геометрической оптики формуле:

1 1 1

I а! à f I где f — заднее фокусное расстояние линзы.

Тогда после подстановки отрезок

ХТ вЂ” +, ax а+1

Последовательность операций по нахождению угла а следующая: задать величины а, а х и f;

l рассчитать ХТ; путем расчета на ЭВМ (например; используя систему автоматизированного проектирования оптических систем ППП ОПАЛ

ОС вЂ” ЕС или используя известный меридиональный инвариант Юнга, связывающий отрезки а и ах вдоль главного луча и позволяющий поэтому находить по заданному положению предмета положение меридионального изображения) определяют величину У предмета радиуса а, которой соответствует рассчитанный ранее меридианальный астигматический отрезок ХТ; по известной величине Y предмета находим угол а.

Величину расстояния а у, на которое or

I фокусирующей линзы устанавливается фотоприемник 4, определяют путем расчета на

ЭВМ сагиттального астигматического от35

Рассчитаем отрезок ХТ: — 6000 896,28

ХТ вЂ” — 6000 + 896,28 720 = 333,678 мм

Теперь определим величину предмета

У, имеющего радиус кривизны Ro = 6000 мм, которому соответствует меридианальный астигматический отрезок ХТ = 333, 678 мм.

Для этого составим задание для ЭВМ по

45 расчету ХТ, взяв величину, заведомо большую, например соответствующую углу

=45О.

В результате расчета получаем величины ХТ и XS меридиональных и сагиттальных астигматических отрезков для пяти внеосевых пучков, распределенных по высоте предмета по корню квадратному: резка XS и подстановки его величины в вы. ражение: ау=а — XS или используют известный сагиттальный

5 инвариант Юнга, связывающий отрезки а и а у вдоль главного луча и благодаря этому позволяющий по заданному положению предмета находить положение сагиттального изображения.

10 Пример, Необходимо с расстояния (а) 6 м контролировать перемещение по двум взаимно перпендикулярным направлениям контрольной точки объекта в виде точечного источника света, причем разре15 шающая способность (д) устройства должна быть равна 0,01 мм.

В качестве фотоприемников использовались приборы фоточувствительные с зарядовой связью, линейные 1200ЦЛ1 с

20 позиционной чувствительностью {Л) в одну десятую долю элемента фотоприемника (0,0012 мм).

По приведенной ранее формуле рассчитаем величину а х: а х — — 720

0,01

В качестве фокусирующей линзы возьмем склеенный двухлинзовый обьектив с хорошо исправленными абберрациями, 30 имеющий f -- 896,28 мм и следующие параметры:

ri 469,9 м,". п1=1 гр = -212,8 мм d1 = 4,0 мм п2 = 1,5713 гэ = -5200,0 мм б2 = 3,0 мм пз = 1,6179 п4=1

1620821

Видно, что необходимой нам величине

XT соответствует предмет размером меньше 2980, 37524 мм (й = 28О. 46). Задавшись

Из результатов расчета следует, что необходимая величина XT (берется ХТ< 333,678 для сохранения заданной разрешающей способности д устройства) соответствует величине предмета Y=

=2528,93 мм. Подставляя это числовое значение в приведенную формулу, находим

2528,93 180 24о

3,141 6000

Именно такой угол должна составлять оптическая ось фокусирующей линзы с визирной осью устройства. Первый фотоприемник должен быть установлен на расстоянии: ах=а — XT= 1053,67 — 327,75=725,92 мм.

Второй фотоприемник устанавливается на расстоянии. а у = а — XS = 1053,67 — 173,42 = 880,25 мм

Устройство работает следующим образом.

От точечного источника 1 света (фиг. 4) исходит расходящийся пучок лучей, падающий на поверхность фокусирующей линзы

2. Ввиду того, что оптическая ось фокусирующей линзы составляет с визирной осью устройства угол а, условия прохождения лучей в плоскостях XOZ u YOZ будут различными. Главный луч, относительно которого симметрично располагаются остальные лучи, не проходит через центр кривизны оптической поверхности, поэтому поверхность для этого пучка лучей имеет в направлениях

Х Хг и У У различные радиусы кривизны: гХг Ф rY2. Выходящий волновой фронт, соответствующий этому пучку лучей, перестает теперь меньшей величиной предмета, например Y= 2827, 433 мм (а = 27 ), произведем вычисление. В результате получим: !

25 быть сферическим. При этом лучи пучка, расположенные в плоскостях XOZ и YOZ, пересекаются с главным лучом в различных точках: 1 х и 1 у. Поперечное сечение пучка

I в промежутке между линзой и точкой 1 х

30 имеет форму эллипса, большая ось которого, расположена в плоскости YOZ. вследствие того, что лучи Х 1 х (правый и левый), кото1 рые должны пересечься в точке 1 х, сближаI ются более быстро чем лучи у 1 у (верхний и

35 нижний), которые пеоесекаются в более далекой точке 1 у.

У точки 1 х поперечное сечение пучка

I вырождается в отрезок прямой линии, расположенной в плоскости YOZ, так как лучи Х 1

40 Х (правый и левый) пересекаются друг с другом и главным лучом в этом сечении, в то время как лучи У2 1 у (верхний и нижний)

i должны встретиться в точке 1 у, а в данном

I сечении они еще находятся на некотором

45 расстоянии друг от друга, Аналогично поперечное сечение пучка лучей у точки 1 у превращается в отрезок

I прямой линии, расположенной в плоскости

XOZ. Происходит это потому, что лучи Xz 1 х после их пересечений в точке 1 х на протяжении пути 1 x/1 у успевают несколько разойI тись, поменявшись при этом местами: луч, бывший до точки 1 х левым, становится после точки 1 х правым и наоборот. При пере-!

55 мещении контролируемой точки с укрепленным на ней точечным источником света по направлениям Х и Y происходит перемещение отрезков 1з и 1 по светочувствительным областям линейных позиционно-чувствительных фотоприемников 3 и

4( (фиг. 1), производящих регистрацию этих перемещений, Формула изобретения

Устройство для определения положения объекта, содержащее точечный источник света и расположенные вдоль визирной оптической оси устройства фокусирующую линзу и размещенные последовательно ортогонально друг другу линейные позиционночувствительные фотоприемники, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точно1б20821 сти и надежности измерений, фокусирующая линза ориентирована так, что ее оптическая ось образует угол а =

Y 18 о

5 л а с визирной осью устройства, где а — расстояние от линзы до источника света, Y — длина дуги радиуса а от оптической оси линзы до источни ка света, один фотоприемник расположен в меридиональной плоскости изображения источника света перпендикулярно визирной оси, а другой — в сагиттальной плоскости, 1б20821

Составитель Б.Евстратов

Техред М,Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор Н.Горват

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4237 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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