Способ измерения угла скручивания удаленного объекта и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения угла скручивания в системе точного позиционирования. Цель: повышение точности измерения. Сущность изобретения: в способе измерения перед анализом положения формируют дополнительный световой пучок, фокусируют его, формируют дополнительный протяженный световой штрих, поворачивают световые штрихи на угол относительно направления измерения, удовлетворяющий условию пересечения световых штрихов с направлением измерения и максимальной чувствительности изменения расстояния между точками пересечения штрихов с направлением измерения от изменения угла скручивания. Устройство для осуществления способа содержит два источника излучения, расположенных на объекте на некотором расстоянии друг от друга и повернутых относительно нулевого положения на величину угла скручивания, цилиндрическую линзу, ось которой повернута на угол, не равный 90^o, относительно направления измерения, расположенную на определенном расстоянии от источников излучения, координатно-чувствительный фотоприемник, расположенный на некотором расстоянии от цилиндрической линзы в плоскости анализа, в которой формируются изображения источников излучения в виде протяженных световых штрихов, пересекающих направление измерения в двух точках, расстояние между которыми известно. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения угла скручивания в системе точного позиционирования.

Известен способ измерения угла скручивания объекта в устройстве [1] заключающийся в том, что в плоскости анализа строятся изображения двух точек и по изменению положения этих изображений относительно системы координат в плоскости анализа определяют угол скручивания.

В устройстве для осуществления способа содержится источник излучения, объектив, позиционно-чувствительный приемник излучения.

Недостатком этого способа являются ограниченное расстояние и невысокая точность из-за небольшого расстояния между изображениями точек в плоскости анализа, обусловленное сильным виньетированием потока излучения при увеличении дальности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения угла скручивания объекта, реализованный в устройстве [1] в котором для повышения точности измерения формируют световой пучок, фокусируют световой пучок, формируют в плоскости анализа протяженный световой штрих, анализируют положение светового штриха, определяют угол скручивания.

Способ осуществляется устройством измерения угла скручивания, содержащим источник излучения, объектив, две линейки ПЗС.

Недостатком такого способа является ограниченная точность измерения угла скручивания из-за дополнительной погрешности взаимной установки двух линеек ПЗС.

Техническим результатом является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения, заключающемся в том, что формируют на объекте световой пучок, фокусируют световой пучок, формируют протяженный световой штрих, анализируют положение светового штриха в плоскости анализа и определяют угол скручивания, перед анализом положения светового штриха на объекте формируют дополнительный световой пучок, фокусируют дополнительный световой пучок, формируют дополнительный протяженный световой штрих, поворачивают световые штрихи относительно направления измерения на угол, удовлетворяющий условиям пересечения световых штрихов с направлением измерения и максимальной чувствительности изменения расстояния между точками пересечения штрихов с направлением измерения от изменения угла скручивания, а перед определением угла скручивания анализируют положение дополнительного светового штриха и измеряют расстояние между точками пересечения световых штрихов с направлением измерения.

Технический результат достигается также тем, что устройство для осуществления предложенного способа, содержащее источник излучения, жестко связанный с объектом, объектив и позиционно- чувствительный фотоприемник, установленный в плоскости анализа, снабжено дополнительным источником излучения, жестко связанным с объектом, а объектив выполнен в виде цилиндрической линзы, установленной так, что ее ось расположена под углом, не равным 90^о, к направлению измерения позиционно- чувствительного фотоприемника.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемый способ отличается от известным тем, что перед анализом положения на объекте формируют дополнительный световой пучок, фокусируют дополнительный световой пучок, формируют дополнительный протяженный световой штрих, поворачивают световые штрихи относительно направления измерения на угол, удовлетворяющий условиям пересечения световых штрихов с направлением измерения и максимальной чувствительности изменения расстояния между точками пересечения штрихов с направлением измерения от угла скручивания, а перед определением угла скручивания анализируют положение дополнительного светового штриха и измеряют расстояние между точками пересечения световых штрихов с направлением измерения.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое устройство отличается от известных тем, что оно снабжено дополнительным источником излучения, жестко связанным с объектом, а объектив выполнен в виде цилиндрической линзы, установленной так, что ее ось расположена под углом, не равным 90^о, к направлению измерения позиционно-чувствительного фотоприемника.

Признаки, отличающие предлагаемый способ от прототипа формирование дополнительного светового пучка, фокусировка дополнительного светового пучка известны [1] Признаки, отличающие предлагаемое устройство от прототипа дополнительный источник излучения, цилиндрическая линза также известны [2] Однако при их введении в изобретение в указанной связи с другими функциями в способе измерения и элементами схем в предлагаемое устройство для измерения угла скручивания удаленного объекта проявляют новые свойства, а именно приводят к повышению точности измерения, уменьшению габаритов устройства, повышению помехозащищенности от паразитных засветок.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема устройства.

Устройство для осуществления способа содержит два источника излучения 1 и 2, расположенные на объекте на расстоянии Б друг от друга и повернутые относительно нулевого положения на величину угла скручивания Δα, цилиндрическую линзу 3, расположенную на расстоянии Д от объекта с источниками излучения 1 и 2 и установленную так, что ее ось повернута на угол β 90^о относительно направления измерения х координатно-чувствительного фотоприемника 4, расположенного на расстоянии F' от цилиндрической линзы 3 в плоскости анализа, в которой формируются изображения источников излучения 1 и 2 в виде протяженных световых штрихов 1' и 2', пересекающих направление измерения х в точках А1 и А2, расстояние между которыми равно Δ l.

Устройство работает следующим образом. Два источника излучения 1 и 2, жестко связанные с объектом, формируют два световых пучка. Цилиндрическая линза 3, расположенная на расстоянии Д от объекта с источниками излучения 1 и 2 и установленная так, что ее ось повернута на угол β≠ 90^о относительно направления измерения х, фокусирует два световых пучка, формирует два протяженных световых штриха 1' и 2' и поворачивает два световых штриха 1' и 2' на угол β, удовлетворяющий условиям пересечения двух световых штрихов 1' и 2' с направлением измерения х и максимальной чувствительности изменения расстояния Δ l между точками пересечения А1 и А2 двух штрихов 1' и 2' с направлением измерения х от изменения угла скручивания Δα относительно направления измерения х координатно-чувствительного фотоприемника 4, установленного в плоскости анализа на расстоянии f' от цилиндрической линзы 3, в которой анализируют положение световых штрихов 1' и 2', измеряют расстояние Δ l между точками пересечения А1 и А2 двух световых штрихов с направлением измерения х и по результатам измерения определяют угол скручивания Δα.

При повороте объекта относительно нулевого положения на угол скручивания Δα изменяется расстояние между точками пересечения двух штрихов 1' и 2' с направлением измерения х на величину Δ l, т.е.

Δl · ctg β· Δα где F' фокусное расстояние цилиндрической линзы; Б расстояние между источниками излучения 1 и 2; Д дальность; β угол между осью цилиндрической линзы и направлением измерения х.

Угол скручивания Δα определяет согласно зависимости Δα · tg β · Δl В качестве источников излучения могут использоваться излучающие диоды АЛ 119А, в качестве позиционно-чувствительного фотоприемника может использоваться прибор 1200 ЦЛ1 (линейка ПЗС) или прибор 1200 ЦМ 7А (ПЗС матрица).

Применение предлагаемого способа и устройства по сравнению с известными позволяет повысить точность измерения угла скручивания, уменьшить габариты устройства, повысить помехозащищенность от паразитных засветок.

Например, при применении известного способа для дистанции измерения 20 м при фокусном расстоянии объектива 100 мм диаметр излучающей поверхности должен быть не менее 2 м, чтобы сформировать в плоскости анализа световой штрих длиной 10 мм, а при применении предложенного способа достаточно иметь диаметр цилиндрической линзы 10 мм при диаметре излучающей поверхности 0,5 мм, что позволяет существенно снизить затраты на изготовление устройства.

Формула изобретения

1. Способ измерения угла скручивания удаленного объекта, заключающийся в том, что формируют на объекте световой пучок, фокусируют световой пучок, формируют протяженный световой штрих, анализируют положение светового штриха в плоскости анализа и определяют угол скручивания, отличающийся тем, что перед анализом положения формируют дополнительный световой пучок на объекте, фокусируют дополнительный световой пучок, формируют дополнительный протяженный световой штрих, поворачивают сформированные световые штрихи относительно направления измерения на угол, удовлетворяющий условиям пересечения сформированных световых штрихов с направлением измерения и максимальной чувствительности изменения расстояния между точками пересечения штрихов с направлением измерения от изменения угла скручивания анализируют положение дополнительного светового штриха и измеряют расстояние между точками пересечения световых штрихов с направлением измерения.

2. Устройство для измерения угла скручивания удаленного объекта, содержащее источник излучения, жестко связанный с объектов, объектив и позиционно-чувствительный фотоприемник, установленный в плоскости анализа, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным источником излучения, жестко связанным с объектом, а объектив выполнен в виде цилиндрической линзы, установленной так, что ее ось расположена под углом, не равным 90^o, к направлению измерения позиционно-чувствительного фотоприемника.

РИСУНКИ

Рисунок 1