Способ дистанционного контроля угловых перемещений объектов

(22) Заявлено рисое Государственный комите Совета Министров СССР 23) П ет 153) УДК 528.54(088.8 Опубликовано 15,04.76. Бюллтень Хе 14 елам изобретений и открытий та опубликования описа 11 я 26.05.7) Автор 1 зобртпн С. Т. Цуккерман енинградский институт точной механики и оптики(71) 5115 нтл 11 54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВПредлагаемый способ предназначен для дистанционного контроля малых угловых перемещений (наклонов и разворотов) в пределах, примерно, + 1, с точностью 10 - 30 угловых секунд на расстояниях до 50 в 1 м и может найти применение при монтаже крупных инженерных сооружений: кораблей, самолетов, прокатных станов, прессов и т. п., а также при измерении их деформаций во время эксплуатации.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 на счетное устройство импульсы от генератора стабильной частоты и 5 счтают количество импульсов, поданных заэто время, и по числу импульсов определя 1 от угловую координату источника излучения,Этот способ обладает недостаточной точность 1 о, так как в нем требуется согласование 10 скорости движения модулятора с частотой генератора стабильной частоты.С целью получения информации для непосредственного ввода в ЭВМ с высокой степенью надежности ноток от источника модули рованного излучешгя в оптическом диапазонес размерами порядка кружка аберрационного рассеяния объектива преобразуют в пучок параллельных лучей для имитации в поле зре 1 ия приемника точечного источника излу чния, модулпруют принятый световой потокнесколькими сериями разнонаправленных штрихов подвижной сетки, а затем усилпва 1 от и суммируют получе 11 ные импульсы.1 аким образом, имитируют оптическим пу тм удаленный в оесконечность точечный источник модулпрова 11 ого 11 злучнпя; моделируют изображение точечного излучателя в поле зрения приемной части импульсами меньшей частоты штрихами подвижной сетки; ЗО штрихи подвижной сетки пропускают па фо ф са) ас )сФ Ф 7,.;.,е йФ510642тОцрце)сццК ЧИСЛО цМцуЛЬСОВ, ПряМО ПрОПОрсинс)С 11 ОС ЦЗМСР 51 СМОМУ УГЛУ ЦЯК 10 ЦЯ ИЛЦ рдзьрот;1, коОрс может быть без каких-лц црсоордзовдций введено в )ВМ; зя цикл.1 )СРеп пй 0,1 ОГО Цс 1 РД)1 ТРс 1 11 ЦРЦС.1 Ц 1 сс 1 ГЦ З формцрукп две цлц более серий импульсов, к)орые суммируют, что дает повышениеровня дискретизации ц усреднение случай: ых шцбсн( от различных причин.Прцмсцсцие модулированного точечного из- ) л) дтеля позволяет вести надежную работу цд потоках з.усецпя, имеющих мощность порядка 0,01 - 0,001 мкВт, при этом точечное цзобрджсцце излучателя в приемной части с рдзмердмц порядка 0,02 - 0,04 мм при дис-) крстцостц в (200 диапазона дает возможцсть цмс Гь размеры модулятора порядка 6 -8 мм.Нд фцг. 1 показана управляющая часть устройства, реализующего предлагаемый спо- ") сс)б, для измерения наклона в одной вертикд.ьнй) плоскости; на фиг, 2 - то же, присмцдя часть, обведенная нунктирпой рамкой; ца (1)цг, 3 - другой вариант выполнения управляющей састи; цд фиг. 4 - схема устройства 2) для цзмсрения пространственных наклонов в полярны.( коордватах; ца фиг. 5 п б приведены схемы ус Гройства, измеряющего в полярных координатах наклоны, управляющая часть кторых цдецтиша описанной. зн:(стройство работает следующим образом.Питаемый модулированным током от блока ццтяцця излучатель-светодиод 2 подсвечива Т;Ц с ф ) сп М 3 С О с С с 1 Ц Ы ."О Т В С ) СЦ С )1 1: с 1Рс)ЦСЦ)Я(Е) Ц 1:5 В фОКДГ СиОЙ П,СКОСТИ З; Ь С К Т Ц В с 1 4 1 Ц Р с) В с 51 1 Ц с Й и Д С Ц, Ц (1) О Р М Ц Р УС Т Гучок лучей с очень малым углом раствора цорядка 20 - 40 угл. с).В управляющей части фиг, 3) используо-)ся точечная модулируемая лампа 2 а и мик- О рообъектив За, дающий уменьшенное изооражецие светящегося тела лампы в фокальной Лоскости объектива 4.Г 1 оступаОщий в приемную часть поток формирует в фокальпой плоскости объектива 5 изображение т-точечной диафрагмы 3 или гторичное изображение лампы 2 а).Тдм же расположена подвижная сетка 6 со шгрихами фиг. 4), наполненная, например, в ицдс врдцдкццегося цилиндрического; - ,н прозрачного сегмента с двумя сериями штрихов, которые имеют толщину, равную изображению т-точечной диафрагмы, и при движении сеп(и 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 подвижной 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). Я Пунктирной линией изображен вариант, пр тором марка ) на сетке б заменена магнитцй маркой Л нд ш;)йбс 16, цосд.кеццой нд ось цривдд 17, д фс)Оцр)лццк 14 заменен )с 1 Г11 111 Г ,0 Б 10 Ц1 Д5с Г 1111 11 и М с) 1(1 А цри обоих вариантах переключаег счет импульсов с счетчика 11 пя счетчик 12 и наоборот. Число штрихов в каждой серии равно половине числа импульсов, на весь диапазон измерения угла наклона, например, при диапазоне измерения:.1" и цене импульса в 30" 1 х число в каждой ссрии равно 120. Если изображение точечной диафрагмы находитсяЦ О;О, 5 РЦСМЦОй ЧсСЦ, О с 1 Ц,1 Д цс.)1 СОВ. В 1 сц)ц с 11 цЫХ 1) )С )1 СС) 15 )1 ц ) с) Н Ьд тдк кдк ссгстчцкц 1 ц 2 ссдццсц), меж), сбой цд вычпанне, то результат равен нулю,Если же изображение из-за относительного наклона управляющей и приемной частей перемещается, например, на линию 002, то одна серия дает например, 119, а другая серия +118 импульсов, т, е. угол равен +59, ЛпасОгисп)о работает устройство при измерении углов другого знака.Применение двух счетчиков необязательно, может быть применен один счетчик с переключением его ца выч панис.1 аким образом, при использовании предлагаемого способа повышается вдвое уро- ВСЦЬ ДИСКРЕтЦОСтИ, таК КаК В РЕЗУЛЬтсПЕ УЧ 11- тывдотся те случаи. когда разность импульсов обеих серий не является числом четным ;. одуляцпя изобра)кения только одним из и.рихов); усредняются ошибки нанесения штрцхов, цкц и бцсция сетки при перемецс 1 и; результаты измерения могут быть неГс)срс (ствеццо введены в ЭВМ; обе части устройства могут быть выполнены с малыми габ)др 51 Гями и весом.Проведенные расчеты и предварительные эксперименты определяют следующие техничсскцс харакгеристцкц устройства для 1=50 м рц диапазоне измср(чия углов наклона:+1 с точюстью 30 угл, с.Диаметр обьективов равен 20 - 25 мм при /ч,=-=50 - 60 мм ц Г,с=270 мм телсобъекив с коэффициентом 0,5), размер сегки 6)( 15.Потребляемая управля)ошей частьо мощОсси сосс)в,51 сг Око,10 2 Вт, я приемцои чя. Гьцо -- порядка 12 Бт, частота выдач информации составляет 10- - 20 раз в секунду.Можно осуществить подобное устройство ;1 л) цзмерсшя наклонов в двух взаимно перпендикулярны:( плоскостях путем поперемен;ого сканирования изображения точечной диафрагмы двумя подвижными сетками, аналогичными Описанной и направление)1 получас)ых при этом цспульсов соответственно на две ары счетчиков два реверсивных),Получаемое в фокальной плоскости объек)цвд 18 изображение гочечцой диафрагмы модулируется штрихами вращающейся сетки 19 (фи. 6), на которую нанесена дополнительно К)сВД 51 Р с 1 ВО:5 ЕР) с 1 5 Ц 1(ЯС Д Б С ОПОРЦО 1510642 1 маркой Б, модулирующая точечное изображение и местного источника 20 (светодиода),даваемое объективом 21. Импульсы излучения От шкалы Б поступают на фотоприемник22, уснл 1 псль 23, электронный переключатель 524 и счетчик 25 углов азимута ср наклона.Импульсы от модулирования изображения т,поступают на фотоприемник 26, усилитель 27и далее 11 а счетчик 28 величины о наклона.Усилитель 27 1 акже соедине 11 с переключдтолем 24.Работает устройство следующим образом.Предположим, что изображение т точечнойдиафрагмы смещается по величине на р, а понаправлению на ср от вертикали (фиг. 6). Шкдлд Б, вращаясь по стрелке, пересекает опорную марку В большей толщины изображенияи источника 20 и подает на переключатель 24более продолжительный импульс, открывающий счетчик 25, который начинает счет импульсов, вызываемых модулированием изображения и штрихами шкалы Б.Счет импульсов продолжается до поворотасетки 19 и шкалы на угол 1 р, при которомпервый штрих одной серии пересекает изображение т 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 3028 до тех пор, пока длина пх не станет меньше о. Зд время полного оборота на тот жесчетчик посылаются импульсы и штрихи другой серии, отличающиеся от первой серии тем,по длш 1 а каждого из них на половину шага 35больше, при этом штрих делается более широким. Таким образом, за оборот сетки насчетчик 25 поступает число импульсов, проНОрциОна,1 ьное азимутальному уг;1 у (, а насчетчик 28- - равное сумме импульсов от 40обеих серий штрихов и пропорциональное величине наклона р,Суммирование импульсов от двух серийпротивоположно направленных штрихов)мсш,шдет влгое число штрнхов в каждойсерии н усрсдняет ошибки нанесения штрихов,сптп 1 еской системы и механизма привода.Если диапазон измерений углов наклонаравен й 1, д требуемая точность равна30 угл. с, то в каждой серии должно быть по60 штрихов, а радиус штриховой сетки долбыть равен порядка 3диаметр сетки плп нанося нд сетке четыре серии рддпдльных штрихов, можно получить",О н;ость измерения угла (0) в 15 угл. с.Прп диаметре кртговой шкалы в 16 мм на1110ней могут быть нанесены-1000 штри 0 05хов с ценой каждого около 6.3 (000 радиана/22 угл. мпн), что обеспечивает еще более высок1 О лпнейну 1 О дискретность О 11 реде,1 енияазимута плоскост 11 наклона,.,НдгОГ 11 Н 10стройству ПО фпг. 1 Оолее 111 сокое усреднение результата может быть дос 1 ш путо прп измерении угла наклона за несколько оборотов сетки. Формула изобретения Способ листащионного контроля угловых 11.,1( мсгценпЙ Объс 1:,1 ОВ, здкл 10 чающнйся В преобразовании угловых перемещений объекта в и:1 пульсы снимасмь 1 е с штриховой подвиж 11 ой сетки с последующим пх использование, Лл;1 открывания и закрывания суммируюН 1 нх счетчиков, отличающийся тем, что, с цель 1 о получения информации для непосредственного ввода в ЭВМ с высокой степеньо пдЛежностп, пото 1, от источника модулирова:1 ного излучения в оптическом Лнапазо 11 с с рдзмерамп порядка кружка аберрацнонного рассеяния объектива преобразуют в пучок параллельных лучей Лля имитации в поле зрения приемника точечного источника излучения, модулпруют принятьш световой поток нссколькимн сериями разнонаправленных штрихов подвижной сетки, а затем усиливаютсм:амируют полученные импульсы,6 г УГ о Гнета ии.е:ь О. СтупкоГетре Т. Ляненко Тюрина роеко 1 ираки 861