Способ дистанционного контроля угловых перемещений объектов

Способ дистанционного контроля угловых перемещений объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

;E Er 5I 0642

Сок1в Советских

Социалисткческих

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.02.74 (21) 1998580 18-10 с присоединением заявки № (51),E(. Кл. - 6 01С 1 06

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 528.54(088 8) Опубликовано 15.04.76. Бюллетень ¹ 14

Дата опубликования опнсан11я 2(ъ05.76 (72) Автор

113 о бр ете1111я

С. Т. Цуккерман (71) ЗаHIEEIтел11

Ленинградский институт точной механики и оптики (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ

Ул"Р" """кый комитет (23) Приоритет

Предлагаемый способ предназначен для дистанционного контроля малых угловых перемещений (нак IOHQB и разворотов) в пределах, примерно, +-1, с точностью 10 — 30 угловых секунд на расстояниях до 50 — 100 м и может найти применение при монтаже крупных инженер11ых сооружений: кораблей, самолетов, прокатных станов, прессов и т. п., я также при измерении их деформаций во время эксплу.ата ции.

Для измерения угловых перемещений существуют различные приборы: автоколлиматоры, угломерные приборы, геодезические приборы, фотоэлектрические визеры и другие, которыми измеряется соответствующее линейное перемещение изображения объекта или марки в поле зрения по внутренней или наружной шкале, что обычно выполняется самим наблюдателем; оптическая ось прибора поворотом всего прибора или введением компенсатора вручную или с помощью следящего привода совмещается с объектом или специальной маркой («нулевой способ», обеспечивающий наибольшую точность, причем нужная величина угла поворота определяется амплитудой сигнала или его частотой, а азимут направления — фазой сигнала) .

Известен способ дистанционного контроля угловых перемещений объектов, который заключается в том, что измеряют время прохождешгя модулнрующего штриха от края поля до изображения источника в поле зрения, одновременно подают ня счетное устройство импульсы от генератора стабильной частоты и

5 с.r! Taro T количество импульсов, поданных за это время, и по числу импульсов определя1от угловую координату источника излучения.

Этот способ обладает недостаточной точность1о, так как в нем требуется согласование скорости движения модулятора с частотой генератора стабильной частоты.

С целью получения информации для непосредственного ввода в ЭВМ с высокой степенью надежности ноток от источника модулированного излучеш1я в оптическом диапазоне с размерами порядка кружка аберрационного рассеяния объектива преобразуют в пучок

napaллельных лучей для имитации в поле зре1 ия приемника точечного источника излу20 чаяния, модулпруют принятый световой поток несколькими серия.яи разнонаправленных штрихов подвижной сетки, а затем усилпва1от и суммируют получе 1ные импульсы. 1 аким образом, имитируют оптическим пу25 Tc ir даленный в оесконечность точечный источ:1ик модулпровян11ого 11злученпя: моделируют изображение точечного излучателя в поле зрения приемной части импульсами меньшей частоты штрихами подвижной сетки;

30 штрихи подвижной сетки пропускают па фоф Р1 ;-а-,,(«!

33 4f".

Ф 3 51>0642 тонрпс 111111(число импульсов, прямо пропорпо);а«!(,нос измсрясмому углу наклона или рлзьорот;1, ко!Орос может быть без каких-ли(зо 1(рсоор»зов»ний введено в .ЭВМ; зл цикл

331()7«llllll с)д:(ого пар»(!Ст))л 13 рис!Illoll l«l«г!1 в формируя)г;II)c и 111 более серий импульсов, i;!>iорые суммируют, что дает повышение

3 ровня д1!скретизлции и усреднение случайныхх Ошпбсн(от различны.: причин.

)Ipii7;спспие модулированного точечного из.",) гателя по:>воляет вести надежную работу н» потоках излучения, имеющих мощность порядка 0,01 — 0>001 мкВт, при этом точечное

lfç0(7p;I»(ñíèå излучателя в приемной части с размер u»1 порядка 0,02 — 0,04 мм при дис- 7 крстпостп в !200 диапазона дает возможfI0cTI> имс п размеры модулятора порядка

6 -8 мм.

Нл фпг. 1 показана управляющая часп. устройства, реализующего предлагаемый спо- "о с:Об, для измерения наклона в одной (вертикл.ihíàé) плоскости; на фиг. 2 — то же, присмнля часть, обведенная пунктирной рамкой; на фиг, 3 — другой вариант выполнения управляющей часпс; 11;I фиг. 4 — схема устройства 257 для пзмсрсния пространстве!шых наклонов в полярны.(коорд!шлтах; па фиг. 5 п 6 приве;iclil схемы ус гройства, измеряющего в по, .яр)(ых координатлх наклоны, управляющая filcTi> которых идепти ша описанной, зо

:(стройство работает следующим образом.

Питаемый модулированным током от блока

) !(птяния излучатель-светодиод 2 подсвечива(т:flf»фр «гму 3 с гочс 1lii 1 I отвсрспгсм 1:«!

l loll, )7«l«I10лОже II III>f hl в фок«lл ы10Й и, 10с1(ос пl l!,)

O() i>C I«I III)I! 4 3 If i)» 13;151 I()fl>C>и I «ICT II, If (1)0)7 !>!13)7>> СT гучок лучей с очень малым углом раствора (порядка 20 — 40 угл. с) .

В управляющей части (фиг. 3) используlo icH точечная модулируемая лампа 2а 11 мик- .Io рообъектив За, дающий уменьшенное изооражепие светящегося тела лампы в фокальной

f .ëocêocTè объектива 4.

ГIоступающий в приемную часть поток формирует в фокальпой плоскости объектива 5

1(зображепие т-точечной диафрагмы 3 (или гторичное изображение лампы 2а).

Там же ряспочо»сспа подвижная сетка 6 со шгрихами (фиг. 4) > наполненная. например, в аиде врл!цакпцегося цилиндрического; —,0 прозрачного сегмента с двумя сериями штрихов, которые имеют толщину, равную изображению т-точечной диафрагмы, и при движении сетки по стрелке модулируют проходящий поток импульсами, поступающими через конденсатор 7 на фотоприемник 8 и далее через усилитель 9, электронный переключатель

10 на счетчики 11 и 12. На той же подвиж ой сетке 6 нанесена непрозрачная марка А, подсвечиваемая точечным местным излучате- ()(! лем 13 (показанным на фиг. 2 пунктиром), вызывающая сигнал при ее прохождении в дополнительном фотоприемнике 14, поступаюший через усилитель 15 на электронный переключатель (типа триггера). (>5

Пунктирной линией изображен вариант, пр)!

1;О(оро7! марка Л ня сетке 6 заменена магнит»с)й маркой Л нл ш;)йбс 16, 1)осл,кенной нл

î i. привода 17, «1 фотоприс vllllll(14 заменен ч!)г!(и llofi го,(овкой I Iл. М()г!1!! Ill я марк;

А при обои.; вариантах переключаег счет импульсов с счетчика 11 пя счетчик 12 и наоборот. Число штрихов в ка7кдой серии равно половине числа импульсов, на весь диапазон намерения угла наклона, например, при диапазоне измерения:1" и цене импульса в 30"

I(лждОй ccp» 1 paI3Ho 120. Если изображение точечной диафрагмы находится

0(lf 0; 0 l 51рпс7f IIOI1 «l «»C I II. TO ч1!«, I »

11>« .Зl> 013. Вl>Н313» I! Ill>l_#_ <7()«1 31 ((7 >«I Xl II 37» I3: i>! ! ! «1 к к«1!(c>I(. I Ill(l l 1 1> 2 сося(1, (с)11,1 мс»(с(;обой ня выч!ггани, то результат равен нулю, Если же изображение из-за относительного наклона управляющей и приемной частей»еремещается, например, на линию 0 02, то одна серия дает например, 119, а другая серия +118 импульсов, т. е. угол равен +59 .

Лпалоги«п(о работает устройство при измерении углов другого знака.

Применение двух счетчиков необязательно, может быть применен один счетчик . переключе(!1)см l o ца выч и ание. 1аким образом, при использовании предлагаемого способа повышается вдвое уровень дискретности, так как в результ гге у ii!тыва)отся те случаи, когда разность импульс013 обеих серий не является числом четным (. одуляцпя изобра)кения Toëi êo одним из и "рихов); усредняются ошибки нанесения штрихов, опп(кп и б!! с сетки при переме)цс .II.è; резулыаты измерения могут быть не)г()срсдственно введены в ЭВМ; обе части устройства могут быть выполнены с малыми габ»ри!ями и весом.

Проведенные расчеты и предварительные эксперименты определяют следующие техни f(ñê»ñ характеристики устройства для А=50 м ярп диапазоне измсрс ния углов наклона -1 с то шостью 30 угл. с.

Диаметр обьективоз равен 20 — 25 мм при

/,„„=-= 50 — 60 мм и f » 270 мм (телсобъек(ив с коэффициентом 0>5), размер сегки !

7Õ I5

Потребляемая управля!ошей часть|о мощносп, сост»вляс! около 2 Вт, а приемной ча."(ыо порядка 12 Бт, частота выдач!1 информации составляет 10--20 раз в секунду.

Мол!!о осуществить подобное устройство дл5! пзмерс!шя наклонов в двух взаимно пер1!сндпкулярпы (плоскостях путем поперемен;(ого сканирования изобра7кения точечной диафрагмы двумя подвижными сетками, аналогичными описанной и направлением получаемых при этом пспульсов соответственно на две !(ары счетчиков (два реверсивных), Получаемое в фо(»ëüíoé плоскости объек1!(вл )8 изображение гочечпой диафрагмы модулируется штрихами вращающейся сетки 19 ((!)1!г. 6), на которую нанесена дополнительно к)) «! (!13«1 51 p il 13II О. >! ср! «l я (11кя,! л 17 с Опорl(О!1

510642 маркой Б, модулирующая точечное изображение Il местного источника 20 (светодиода), даваемое объективом 21. Импульсы излучения От шкалы Б поступают на фотоприемник

22, ус1!Я!пель 23, электронный переключатель

24 и счетчик 25 углов азимута гр наклона.

Импульсы от модулирования изображения m поступают на фотоприемник 26, усилитель 27 и далее пы счетчик 28 величины о наклона.

Усилитель 27 !Якже соедине11 с переключяго;!ex! 24.

Работает устройство следующим образом.

Предположим, что изображение т точечной диафрагмы смещается по величине на р, а по направлению на ср от вертикали (фиг. 6).Шкала Б, вращаясь по стрелке, пересекает опорную марку В большей толщины изображения и источника 20 и подает на переключатель 24 более продолжительный импульс, открывающий счетчик 25, который начинает счет импульсов, вызываемых модулированием изображения и штрихами шкалы Б.

Счет импульсов продолжается до поворота сетки 19 и шкалы на угол тр, при котором первьш штрих одной серии пересекает изображение m и дает первый импульс на счетчик 28, одновременно поступающий на электронный переключатель 24, запирающий счетчик 25. При дальнейшем повороте сетки штрихи этой серии посылают импульсы на счетчик

28 до ех пор, пока длина пх не станет меньше О. Зы время полного оборота на тот же счетчик посылаются импульсы и штрихи другой серии, отличающиеся от первой серии тем, пÎ длш.а каждого из них на половину шага больше, при этом штрих делается более широким. Таким образом, за оборот сетки на счетчик 25 поступает число импульсов, пропорциональное азимутальному углу q:, а на счетчик 28- — равное сумме импульсов or обеих серий штрихов и пропорциональное величине наклона р.

Суммирование импульсов от двух серий противоположно направленных штрихов

1мcн1,шяет вдг>ое число штрнхов в каждой серии н усредняет ошибки нанесения штрихов, сптпческой системы и механизма приводя.

Если диапазон измерений углов наклоня

5 равен 1, а требуемая точность равна

30 угл. с, то в каждо" серии должно быть по

60 штрихов, а радиус штриховой сетки должен быть равен порядка 3 мм. Увеличивая диаметр сетки плп нанося ня сетке четыре се10 рпп радиальных штрихов, можно получить

"о и;ость измерения угла (p) в 15 угл. с.

Прп диаметре круговой шкалы в 16 мм на

11.10 ней могут быть нанесены -1000 штри0 05

15 хов с ценой каждого около 6.3 (!000 радиана/

22 угл. мпн), что обеспечивает еще более выс01ц 10 линейную дискретность 011реде. !ения язпмутя плоскост.I наклона. . >!1Я,10ГП IНО > ol po!ICTÂ> ПО фПГ. 1 Оолее 1>ь!20 сокое усреднение результата может быть дос!шнуто прп измерении угла наклона за несколько оборотов сетки.

Формула изобретения

2я

С!!ocoo дпстяпционноГО контроля l ÃëoÂblõ пер(мсщеп!IЙ Ооъск 1ОВ, зяклlочяющнйся В преобразовании угловых перемещений объекта в и:>11Г1 льсы, сншма емь1е с штрпхОВОй подВНЖ30 .!ой сетки с последующим пх использование, дл;! открывя !Ня и закрывания суммируюи1: . счстч11ков, о тл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью получения информации для нспосредс!венного Ввода в ЭБМ с высокой сте35 пенью пядежностп, потоl . От источника ыодулиро"a:Iíoão излучения В оптическом днапазо-!

1с с размерами порядка кружка аберрацнонного рассеяния объектива преобразуют в пучок!!;раллельных лучей для имитации в поле

40 зрения приемника точечного источника излучсппя, модулпруют принятьш световой поток пссколькимн сериями разнонаправленных штр 1хов подвижной сетки, а затем усиливают л >1:>1ируют полученные импульсы.

510642

1-=

4 ф иг 4Ф

Рие. 5 (Р) (v) Ф ыг Е

Полииеиос

Гираж 86! 0

1:е ак >1 Т. Янова :ака.: 1171,9

-!!!

C(ютi! !ill.ñ:ú !О. Ступко

Т; ið,ã. Т. Л янГенко

1 l

28

Я5

Еороек кои О. Тюрина