СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА Российский патент 1998 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике для бесконтактного определения линейных и углового положений объекта.

Изобретение может быть использовано для измерения координат и линейных и углового перемещений точек на испытуемом объекта, доступ к которым затруднен с помощью других измерительных средств.

В настоящее время известны устройства для одновременного измерения линейных и углового перемещений испытуемых объектов (SU, авт. св. 1585679, кл. G 01 B 21/00, БИ N 30, 1990). В этих устройствах на испытуемом объекте жестко закрепляется маска, работающая на просвет, кроме того, в устройстве применен специальный фотопотенциометр.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения углового положения объекта, реализованный в устройстве для измерения углового положения объекта, заключающийся в том, что на объект наносят метку и сканируют изображение пространства с этой меткой, определяют угловое положение метки и получают информацию об угловом положении объекта по положению метки (SU, авт. св. 916975, кл. G 01 B 11/26, БИ N 12, 1982).

Описанный способ пригоден только для определения углового положения метки, а следовательно и объекта.

Изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей способа измерения положения объекта.

Указанная задача достигается тем, что способ, заключающийся в том, что на объект наносят метку и сканируют изображение пространства с этой меткой, выделяют видеосигналы, соответствующие местам пересечения точки сканирования со сторонами метки, и получают информацию по координатам положения метки; используют метку, представляющую собой две оптически контрастные окружности, причем вторая окружность с диаметром, равным радиусу первой окружности, касается первой в одной точке, регистрируют полученные при однострочном сканировании видеосигналы от пересечения точки сканирования с окружностями, по координатам которых судят о линейных и угловой координатах центра метки в относительной системе координат. При расположении второй окружности внутри первой, принимая за центр метки центр первой окружности, и при проецировании изображения метки оптической системой на линейку фотоприемника, начало линейки которого является центром системы координат, ось X которой расположена вдоль линейки фотоприемника, эти координаты вычисляют по формуле:



где
R - радиус первой окружности;
h - шаг между элементами линейки фотоприемника;
Г - линейное увеличение оптической системы;
X₁. . . X₄ - номера элементов линейки фотоприемника с максимальной облученностью.

На фиг. 1 изображены метки на плоскости линейки фотоприемника; фиг. 2 - форма видеосигнала с линейки фотоприемника, где 1 - изображение первой окружности; 2 - изображение второй внутренней окружности; 3 - линейка фотоприемника, являющаяся осью X₁; О_м - центр первой окружности, являющийся центром метки; О₁ - центр второй окружности; О_к - точка касания окружности; О_н - начало линейки 3, являющееся центром осей координат X и Y; X_м и Y_м - координаты центра метки О_м в осях X и Y; О_к О₁ О_м - линия, служащая для определения углового положения (γ_M) метки относительно оси О_нX; R - радиус первой окружности; E - облученность элементов линейки фотоприемника; X₁...X₄ - номера элементов линейки фотоприемника с максимальной облученностью.

Изображение пространства, в котором расположена метка, проецируется с помощью оптической системы на линейный фотоприемник 3, расположенный в плоскости, параллельной плоскости метки. Изображение метки накладывается на фотоприемник 3, представляющий прямую линию так, как показано на фиг. 1. Вследствие оптически контрастной метки (обычно белого цвета на черном фоне) облученность E фотоприемника представляет вид (фиг. 2) с четырьмя наиболее облученными участками. Линейный фотоприемник 3 рассматривается как линейка, состоящая из отдельных фотоприемных элементов. Элементы линейки фотоприемника с максимальной облученностью имеют координаты X₁, X₂, X₃, X₄ при отсчете от начала линейки О_н. Вышеуказанные координаты определяются номерами X₁.. .X₄ элементов линейки фотоприемника с максимальной облученностью.

Исходя из геометрических соотношений (фиг. 1), выводятся формулы для определения линейных и углового положения метки на испытуемом объекте:

где
Г - линейное увеличение оптической системы.

Величины R и h считаются известными, а величина Г зависит от расстояния между меткой и оптической системой и изменяется при фокусировке оптической системы. Величина Г определяется из выражения , когда его правая часть достигает максимума при настройке устройства путем его перемещения по оси Y.

Как следует из фиг. 1, диапазон Δ X₉ измеряемых перемещений по оси X зависит от координаты Y и лежит в пределах , где L - длина линейки 3.

Диапазон Δ Y₉ измерения по оси Y лежит в пределах от 0,4R (примерно) до R, а в диапазоне от 0 до 0,4R, как показывают расчеты, получаются значительные погрешности измерений.

Диапазон измеряемых углов γ_M лежит в пределах 0 - 180^o.

Предполагаемое изобретение можно использовать для измерения линейных и угловой координат любой точки N перемещающегося объекта, недоступной для наблюдений и расположенной на расстоянии l_ON от центра метки О_м и под углом α_M к линии О_кО₁О_м метки. В этом случае координаты точки N определяются по формулам:

где
β_N= γ_M-α_M - угол между осью X и прямой, соединяющей центр метки О_м и точку N.

Одновременное измерение линейных и угловой координат точек исследуемого объекта позволит упростить контрольно-измерительную аппаратуру по сравнению с другими способами и средствами.

При измерении положения объекта на него наносят метку. Метка представляет собой две оптически контрастные окружности. Вторая окружность с диаметром, равным радиусу первой окружности, касается первой в одной точке. Регистрируют полученные при однострочном сканировании видеосигналы от пересечения точки сканирования с окружностями. По координатам видеосигналов судят о линейных и угловой координатах центра метки в относительной системе координат. Изобретение расширяет функциональные возможности способа измерения положения объекта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения положения объекта, заключающийся в том, что на объект наносят метку и сканируют изображение пространства с этой меткой, определяют положение метки и получают информацию о положении объекта по положению метки, отличающийся тем, что метка представляет собой две оптически контрастные окружности, причем вторая окружность, диаметром, равным радиусу первой окружности, касается первой в одной точке, регистрируют полученные при однострочном сканировании видеосигналы от пересечения точки сканирования с окружностью, по координатам которых судят о линейных и угловых координатах центра метки в относительной системе координат. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую окружность располагают внутри первой, при этом центром метки является центр первой окружности, изображение метки проецируют на линейку фотоприемника, начало линейки которого является центром системы координат, ось X которой расположена вдоль линейки фотоприемника, а линейные и угловую координаты центра метки вычисляют по формулам



где R - радиус первой окружности;
h - шаг между элементами линейки фотоприемников;
Г - линейное увеличение оптической системы;
x₁. . . x₄ - номера элементов линейки фотоприемника с максимальной облученностью.