Устройство для измерения координат объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат квазиточечных объектов в навигационных следящих системах и системах точечного зрения. Целью изобретения является повышение быстродействия за счет устранения необходимости многократного считывания сигнала при осуществлении механической развертки. Для этого перед фотоприемником 2 с линейной координатно чувствительной лопастью установлен фокусатор 1 так, что плоскость фокусировки совпадает с плоскостью фотоприемника 2, а линии фокусирования пересекают фоточувствительную лопасть фотоприемника 2 не менее, чем в двух точках. Благодаря этому блок 3 обработки сигналов позволяет определить две координаты объекта 4 за один такт считывания. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

1ТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4316139/24-28 (22) 03.09.87 (46) 23.01.90. Бюп. У 3 (72) Ф.П. Пресс, П. Н. Семочкин, В.В. Соколов и А.Х. Шакиров (53) 531.715 (088.8) (56) Катыс Г.П. Оптико-электронная обработка информации. - М.: Машиностроение, 1973, с. 425. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА (573 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат квазиточечных объектов в навигационных следящих системах и системах то„„SU„» 1538 40 (51) 5 G 01 В 11/03

2 чечного зрения. Целью изобретения является повышение быстродействия за счет устранения необходимости многократного считывания сигнала при осуществлении механической развертки.

Для этого перед фотоприемником 2 с линейной координатно-чувствительной лопастью установлен фокусатор 1 так, что плоскость фокусировки совпадает. с плоскостью фотоприемника 2, а линии фокусирования пересекают фоточувствительную ° лопасть фотоприемника 2 не менее, чем в двух точках. Благодаря этому блок 3 обработки сигналов позволяет определить две координаты объекта 4 за один такт считывания.

4 з.п. ф-лы, 3 нл.

1538040

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат квази-" точечных объектов в навигационных следящих системах и системах точеч5 ного зрения.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства за .счет устранения необходимости многократного считывания сигнала при осуществлении механической развертки, На фиг. 1 представлена схема устройства в общем случае,"„ на фиг. 2 . — . схема устройства, в котором фокусатор 15 выполнен в виде объектива с двумя— дифракционными решетками на фиг.3 —схема устройства, в котором фокусатор выполнен в виде двух цилиндрических линз

Устройство содержит последователь- но расположенные фокусатор 1, который фокусирует излучение в плоскость

ХУ в виде двух линий АЖ и ВВ и ко-! ординатно-чувствительный Фотоприемиик 2, фоточувствительная область которой размещенав плоскостифокусировки

XY иориентирована вдольоси Х, иблок 3 обработки сигнала, вход которого соединен с выходом фотоприемника 2, пози.30 цией 4 обозначен светящийся квазиточеч- ный объект, координаты которогонеобхо-; димо измерить. Фокусатор 1может быть выполнен в виде фокусирующегообъектива

5 иустановленных вплотнуюк немудифракционных решеток 6 и 7 (фиг„2), вместо которых могут быть использованы линзовые растры, а также в виде двух цилиндрических объективов 8 и 9 с параллельным расположением их оптичес40 ких осей и различной ориентацией образующих их поверхностей по .отношению к линейной Фоточувствительной области фотоприемника 2.

Устройство работает следующим образом.

Свет от квазиточечного объекта 4, координаты которого следует измерить, проходит через фокусатор 1 и фокусируется им в плоскости XY в виде двух линий АА и ВВ . В этой же плоскости (50 расположена фоточувствительная область координатно-чувствительного фотоприемника 2, ориентированная вдоль оси Х. Электрический сигнал с фотоприемника 2 поступает в блок 3 обработ- 55 ки сигнала, осуществляющий вычисление координат объекта. Периодически с интервалом времени Т, который выбирается в зависимости от быстродействия и чувствительности фотоприемника 2, а также от энергетической эффективности фокусатора 1 и яркости объекта

4 осуществляется считывание в блоке

3 сигнала Е(t) с фотоприемника 2, соответствующего распределению освещенности Е(х) на оси Х. В блоке 3 с сигналом I(t) выполняются операции фильтрации и суммирования, в результате чего находятся координаты центров тех областей на оси Х, в которых освещенность превышает некоторое заданное условиями работы устройства значение Е . В примере, показанном на фиг. 1, такими координатами будут Х „ и Х, являющиеся точками пересечения отрезков АА и ВВ с осью Х. Процедуры нахождения координат Х„, Х, выполняемые в блоке 3 обработки, могут быть реализованы с помощью различных известных схемных решений. Перемещение объекта приводит в первом приближении к пропорциональному смещению линий фокусирования в плоскости расположения фоточувствительной области приемника 2, являющейся плоскостью детектирования. Для примера рассмотрим случай, когда линии AA и ВВ являются пря(! мыми и составляют с осью Y углы (+(и -о(соответственно, а координаты точек пересечения отрезков с осью Х равны +а и -а для положения объекта на оси Z (Х О, Y = 0) ° При перемещении объекта в точку с координатами X отрезки АА(и ВВ(сместятся на вектор r = 1 — — — -) .где

«м Г Х и г ) масштабный коэффициент гг равен отношению расстояния от главной плоскости фокусатора до плоскости перемещения объекта к расстоянию от главной плоскости до плоскости детектирования. Легко показать, что имеют место соотношения, связывающие координаты Х „ Х точек пересечения отрезков с линейным фотоприемником и координаты X„ Y самого объекта (х+х )м х,-х> м

Х = — - — — -„ У =(— — -- — а) — - (1

2 9 2 еКЫ

Вычисления по формулам (1) могут быть произведены в блоке 3 обработки числовым или аналоговым способом.

Таким образом, одного такта считывания показаний с фотоприемника доста- .

38040 6 эа объективами систему зеркал, образующих смеситель иэображений, 5

20

35

45 фотоприемника.

5 15 точно для определения двух координат объекта в плоскости XY ° За счет изменения формы линий соотношения: между измеряемыми коэффициентами Х, Х и координатами объекта могут быть сделаны нелинейными с заданным функциональным законом, при этом наклон кривых будет влиять на точность и диапазон измеряемых перемещений.

Фокусатор 1 в устройстве для измерения координат объекта может быть выполнен различным образом. Наиболее просто изготовить фокусатор в виде голограммы с записанными на йей изображениями линий.

На фиг. 2 показан вариант выполнения устройства с использованием объектива и дифракционных решеток. в качестве фокусатора. Свет от квазиточечного объекта 4 фокусируется объективом 5 в точку 1, которая рас— полагается в одной плоскости с фоточувствительной областью линейного приемника 2. Дифракционные решетки 6 и 7, установленные вплотную друг к другу перед объективом, размывают изображение точки 1 в отрезки AA

ВВ, направления которых перпендикулярны направлениям штрихов соответст-вующих решеток, Аберрации оптической системы по полю зрения определяются аберрациями объектива. Для уменьшения виньетирования решетки следует установить вблизи входного зрачка объектива. Вместо дифракционных решеток 6 и 7 можно использовать цилиндрические линзовые растры. В этом случае длины отрезков АА, ВВ будут пропорциональны относительному отверстию линз. растра.

На фиг. 3 изображено устройство . измерения координат, в котором фокусирование светового потока, идущего из объекта 4, на линейном координат,но-чувствительном фотоприемнике

2 осуществляется цилиндрическими линзами 8 и 9. Чтобы приблизить друг к другу линии фокусировки, формируемые линзами 8 и 9, линза 8 выполнена в виде одной половинки от симметричной цилиндрической линзы. В общем случае, когда вместо линз используются цилиндрические объективы для сближения линий фокусировки, целесообразно использовать установленную .

Формула изобретения

1. Устройство для измерения координат объекта, содержащее координатно чувствительный фотоприемник с фоточувствительной областью в виде линии и блок обработки сигналов, вход которого связан с выходом фотоприемника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено фокусатором, рас15 . положенным перед фотоприемником и ори- ентированным так,что плоскостьего фокусировки совмещена с плоскостью расположения фоточувствительной об-. ласти фотоприемника, а линии фокусирования пересекают фоточувствительную область по крайней мере в двух. точках под разными углами.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что фокусатор выполнен в виде по меньшей мере одной голограммы с записанными на ней изображениями линий фокусирования.

3. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что фокусатор

:выполнен в виде объектива и двух дифракционных решеток, установленных в одной плоскости в поле зрения объектива так, что штрихи решеток имеют различную ориентацию по отношению к фоточувствительной области фотопри емника.

4. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что фокусатор выполнен в виде объектива и двух цилиндрических растров, установленных в одной плоскости в поле зрения объектива так, что образующие растров имеют различную ориентацию по отношению к фоточувствительной области

5. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что фокусатор выполнен в виде двух цилиндрических объективов, ориентированных один от,носительно другого так, что их оптические оси.параллельны и образу, кМцие цкпиндрических поверхностей объективов имеют различную ориентацию по отношению к фоточувствительной области фотоприемника.

1538040

Составитель В. Бахтин

Техред M.Дидык

Редактор В. Бугренкова

КоРРектоР О.Кравцова

Заказ 163 Тираж 485 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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