Устройство для измерения взаимного углового положения объектов

)5 6 01 В 11/2 ОПИСАН И И Т О 00 О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРЯ 1270564, кл. 6 01 В 11/26, 1988.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯИЗМЕРЕНИЯ ВЗАИМНОГО УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЙ ДВУХОБЬЕКТОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляопределения взаимного углового положения двух объектов, например, в целях стыковки космических аппаратов. Цельюизобретения является увеличение диапазонаизмерения взаимного углового положениядвух объектов и обеспечение визуальногоконтроля их взаимного углового положения. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимного углового положения двух объектов, например, в робототехнике в целях стыковки космических аппаратов.Целью изобретения является увеличение диапазона измерения взаимного углового положения двух объектов и обеспечение возможности осуществления визуального контроля взаимного углового положения двух объектов;фиг. 1, а поясняется метод измерения взаимного положения двух объектов, здесь1 - первый объект,2 - фоточувствительная. поверхность,.2Для этого на выпуклое зеркало 5, установленное на объекте 6, излучателем 7, установленным на объекте 1, через полупрозрачное зеркало 8 и объектив 4 направляется лучистая энергия. Отраженный от зеркала 5 луч образует йа фоточувствительной поверхности 2 фотоприемника 11 изображение, координаты )(оторого измеряются в устройстве 12 и сравниваются с координатами иэображения центра выпуклого зеркала 5 в вычислительном устройстве 14, Последнее вырабатывает коды углов тангажа и курса.Зеркало 5 снабжено сотовой блендой 9 и уголковыми отражателями 10. Контроль взаимного углового положения обьектов осуществляется по видеоконтрольному устройству 18, на которой сигнал подается че-Я реэ формирователь изображения метки центра зеркала 16 и сумматор видеосигнала 17,3 ил,3 - иэображение выпуклого зеркала нафоточувствительной поверхности,4 - объектив,5 - выпуклое зеркало,6 - второй. обьект,На фиг, 1, б показано сечение выпуклогозеркала.На фиг. 2 изображена блок-схема устройства для измерения взаимного положения двух объектов, содержащая7 - излучатель,8 - полупрозрачное зеркало,9 - сотовая бленда,10 - возвращатели лучистой энергии,11 - позиционно-чувствительный фотоприемник, 1798620Углы тангажа и курса объекта 6 в системе координат наблюдателя соответственно равны 12 - блок определения координат изображения,13 - микроЭВМ;14 - вычислительное устройство,15- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ),16 - формирователь метки центра зеркала,17. - сумматор видеосигнэлэ,1.8 - видеоконтрольное устройство "0(ВКУ), ПНа фиг. 3 изображена конструкция вы-. кала спуклого зеркала с сотовой блендой. можн. Измерение взаимного углового положе- ламния двух объектов связано с использовани- .15ем в качестве отражателя выпуклогозеркала, Отражение лучистой энергии нафотоприемник будет осуществляться приусловии перпендикулярности участка поверхности зеркала в точке А 1 линии визиравания АА 1 (фиг. 1, а).Тогда величина угла наклона оси обта 01 У к линии визирования АА 1. Р т = агс тд .,(6) фР к = агс 19 8) 9 При этом относительная погрешность вычисления углов тангажа и крена будет со- ставлять ъек 10)= агс 19 ЬЬ и фор- делятьУстройство (см. фиг. 2) состоит из двух частей, одна из которых в виде выпуклого зеркала 5 устанавливается на объекте, угловое положение которого в системе координат наблюдателя определяется, Зеркало является телом вращения и ось его симметрии должна совпадать с выбранной осью объекта 1. Зеркало может быть изготовлено из двух тонких упругих листов скрепленных друг с другом, На поверхности зеркала уста-. новлена сотовая бленда 9; а на его краях два угловых возвращателя (см, на фиг. 3), Уголковые световозвращатели состоят из трех плоских отражающих поверхностей, перпендикулярных друг другу.,. Вторая часть устройства расположена на объекте, откуда ведется наблюдение, и состоит иэ излучателя 7, полупрозрачного зеркала 8, объектива 4, позиционно-чувствительного фотоприемника 11, блока определения координат изображения 12, микроЭВМ 13, состоящей из вычислительного устройства и ПЗУ 15. Во вторую часть устройства также входят формирователь 16 метки центра зеркала, сумматор видеосигнала 17, ВКУ 18,Излучатель 7, полупрозрачное зеркало 8, наклоненное под углом 45 О,объектив 4 и выпуклое зеркало 5 расположены на одной оптической оси, а поэиционно-чувствительный фотоприемник 11 расположен паралагс з 1 пх +Р) 45 излов сти мота сти где В - зеркала с сферической и а связь между измеряемой величинмой образующей зеркала будет опрся следующим выражением; где Ь юх +Углы тангажа и курса объекта в системе координат наблюдателя соответственно равны:9 Ъ = Ь Ьа( Оа ) агс тдх +у-"Условию постоянства погрешностимерений в измеряемом диапазоне уудовлетворяет зеркало, форма поверхнкоторого близка к сферической. Рассрим этот конкретный случай.Величина угла наклона оси объек01 У к линии визирования АА 1 40 50 55 и использований сферического эермалой кривизной поверхности расчет производить по упрощенным форму 1798 б 20(12) л 4где Х, У - оценки координат центра тяжестиизображения точечного источника излучения,А 1 - амплитуда сигнала для отсчета скоэффициентом Х 11, У 1,и - число строк,пт - число элементов вдоль строки,МикроЭВМ 13 осуществляет преобразование кода координат в угловое положение объекта. В качестве микроЭВМ можетбыть использована микроЭВМ "ЭлектроникаБ", в вычислительном устройстве 14которой осуществляется расчет углов тангажа и курса по формулам (3) и (4)д ЗначенияЬ п 1 Р 1), определяемые формой образую 50 55 лельно оптической оси у полупрозрачногозеркала 8 со стороны объектива 4, Выходпозиционно-чувствительного фотоприемника 11 подключен к первому входу вычислительного устройства 14, первый выходкоторого подключен к входу ЙЗУ 15, выходкоторого подключен ко второму входу вычислительного устройства 14, второй выходкоторого является выходом устройства, третий, выход вычислительного устройства 14. я" подключен к входу формирователя метки центра зеркала 16, выход которого подключен кпервому входу сумматора 17, второй вход которого подключен к выходу позиционно-чувствительного фотоприемника 11. Выходсумматора 17 подключен к входу ВКУ 18,Излучатель 7, который может быть выполнен на светодиоде, либо лазере, работающих в видимом либо инфракрасномдиапазоне, формирует направленный пучоклучистой энергии. Полупрозрачное зеркало8 с одной стороны пропускает пучок лучистой энергии от излучателя, с другой - . направляет отраженный от выпуклого зеркала5 пучок на позиционно-чувствительный фотоприемник 11,Блок определения координат изображения 12 выполнен на микропроцессорном комплекте и реализует алгоритм взвешенногосуммирования при определении центра тяжести изображения точечного источника щей поверхности зеркала 11, защиты в ПЗУ 15 микроЭВМ 13, Координаты точечного сигнала от возвращателей лучистой энергии 10 и поверхности зеркала Х 1 У 1, Х 2 У 2, ХзУз поступают на вход микроЭВМ.Формирователь метки центра поверхности зеркала 14 содержит два преобразователя кода .во временной интервал. Каждый представляет собой реверсивный счетчик, на входы параллельной загрузки которОго поступает код координаты с мик- роЭВМ, Для преобразователя, формирующего координату У, тактовыми импульсами являются строчные синхроимпульсы, а сброс загрузки. осуществляется кадровым синхроимпульсом. Для преобразователя, формирующего координату Х - импульсы опорной частоты устройства и строчные синхроимпульсы соответственно, Импульсы переноса с обоих счетчиков поступают на схему 2 И, на выходе которой и формируется импульс видеосигнала метки,Предлагаемое устройство работает следующим образом. Пучок лучистой энергии из излучателя 7, пройдя через полупрозрачное зеркало 8 и объектив 4, отражается от поверхности выпуклого зеркала 5 и возвращателей лучистой энергии 1 О, причем в площадь входного зрачка обьектива 4 возвращаются лучи от возвращателей 10 и участка поверхности выпуклого зеркала 5, который перпендикулярен к падающему лу-чу, Возвращенные лучи отражаются от поверхности полупрозрачного зеркала на фоточувствительную поверхность фотоприемника 11 в виде трех ярких точек, координаты которых вычисляются в блоке определения координат изображения 12.В микроЭВМ производится идентификация сигналов. Две точки, находящиеся на наибольшем расстоянии, формируются возвращателями лучистой энергии, а третья точка - поверхностью выпуклого зеркала. По координатам точек от аозвращэтелей лучистой энергии определяется центр поверхности зеркала, Далее осуществляется преобразование кода координат центразеркала и точки, образованной лучом, возвращенным от поверхности зеркала 5, в угловае положение обьекта 1 Для осуществления визуального контроля углов взаимного положения объектов производится искусствейное формированйе метки центра поверхности зеркала 5, отличающееся по своему изображению от других точек, замешивание видеосигнала этой метки с видеосигналом от позиционно- чувствительного фотоприемника 11 в смеси1798620 Ф мула изобретенияУ йства для измерения вэаораимн агастрасостояуглового иг положения двух объектов, сна пе вамобъектещее иэ устанавливаемого на перво 7ля основного светового потока, повиз аль- излучателяхо астеле с 17 последующим выводом у следовател тельно расположенных по дул и оз ачного Т и,и Ст- новн информации на ВКУ 18, аго светового потока полупро рк свеТак, нап Т пример, при испальзовани у бъектов зеркала, ра змещаемага под углом 45я ся стыковки космических обътоку объектива и отражателя, уванной отражен. товому поток, и оложение точки, образованноотношению к танавливаемого на втором о ым от зеркала учом, поо. атоп иемниным ентру поверхности зеркал к ла 5 говорит опе- пока, расположенного по ходу д ополнительноцент му жде го светового юм хо а его объекта ка, аэделен ногоования - о степен Рм стройст-на основномизвестному устраи ву, данное у Р Ущи е елем и - ания кМ координат мю бмй опр д лять имый - 15 ния мют изоб аженияи устанавливать требуемый зазоне углов ане углов. Это позволяет устройствою увеличения диапазона измерения . Наличие сото- с целью увния в х объекать более оптимальным. а аимнога углаоага положения д убеспечени ю мают конт оля вои л.бэне гии и 20 тов и осае иненсторонние и енность ойа сна жн азе кала, тем самы , К оме того, наличие визуа льного ными арм ам видеосигнала и видеокан рт аль.-т энное ус- сумматоромнови евыконтроля, и его в особо ным лаком,й блендой с т ойство, при использовании- 25 и клога зеркала с сотоваи нап имер систе-пуклогк аях уголковыми мах жизнеобеспечения, я является необходивании данного светавазвращателями, входх омиравателя Рн н с выходам устройства па позволит сократить состав аю- меткиблока прео ра Р атуры. 30 позицианна-чувствительно риемнильного атаприемника соединен с вторым входом с, р каса . мс Мхата авип)еоб азавания деасигнала, выход блока щ р када коа координат является выходом устройства, . с;1798620 д 10 Редакто Заказ 765 ВНИИПИ Госуд Подписноеям и открытиям при ГКНТ ССС б 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. У д, ул,Гагарина, 10 1 1Составитель А,Сони ехред М.Моргентал Тиражтвенного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, Раушская фиг.З ктор Т,Вашкович .