СПОСОБ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИНФОРМАЦИОННОГО КАНАЛА УПРАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G02B27/62 G01B11/26 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, для контроля параметров информационного канала управления (ИКУ) при их сборке, юстировке, испытаниях и ремонте, в частности для центрировки оси пучка излучения с осью ИКУ. ИКУ находят применение в системах передачи информации, наведения и управления по лучу.

ИКУ формирует модулированный пучок излучения, который представляет собой информационное поле управления (ИПУ) на всей траектории движения и сопровождения объекта. ИКУ включает в себя излучатель с оптико-механической системой ввода излучения в блок модулятора, включающей в себя первый юстировочный элемент, позволяющий осуществить линейное смещение пучка излучения в пределах информационного квадрата ИПУ, и второй юстировочный элемент, позволяющий осуществить смещение информационного квадрата с пучком излучения по отношению к оси ИКУ, что соответствует угловому совмещению оси распространения ИПУ с осью ИКУ путем совмещения оси пучка излучения с осью ИКУ. Блок модулятора включает в себя проекционную оптическую систему, растр, оборачивающую систему и панкратическую систему. ИПУ, сформированное информационным каналом управления, представляет собой модулированный пучок излучения. Формирование ИПУ происходит следующим образом: пучок излучения блока излучателя освещает одну из кодовых дорожек растра, затем проекционная оптическая система проектирует засвеченную зону этой дорожки на вторую дорожку растра. Точка пересечения оси первой дорожки растра и оси второй дорожки растра номинально располагается на оси панкратической системы, а наложенные изображения первой дорожки на вторую дорожку образуют информационный квадрат, в пределах которого при вращении растра формируются сигналы управления в соответствии с законом модуляции в виде последовательности оптических импульсов, содержащих информацию об угловом направлении распространения ИПУ по линейному отклонению модулированного пучка излучения в двух плоскостях, перпендикулярных направлению распространения. Модулированный пучок излучения попадает в панкратическую систему, которая изменяет масштаб изображения по заданному закону, перемещая подвижные компоненты панкратической системы из начального в конечное положение, обеспечивая минимальное смещение оси распространения ИПУ относительно оси ИКУ. Такие системы применяются в приборах, описанных в [1, 2].

Таким образом на выходе ИКУ получают световой пучок, ограниченный кодовыми дорожками растра, представляющими информационный квадрат, в пределах которого заключен модулированный световой пучок, представляющий собой информационное поле управления, причем размеры этого ИПУ изменяются в соответствии с циклограммой работы панкратической системы, которая поддерживает размер ИПУ постоянным на всей траектории распространения при движении сопровождаемого объекта.

Известен способ для контроля информационного канала управления (ИКУ) [3], основанный на формировании изображения информационного поля управления (ИПУ) ИКУ в фокальной плоскости объектива при начальном положении компонентов панкратической системы с последующей визуализацией на видеоконтрольном устройстве, при этом изображение ИПУ состоит из изображения информационного квадрата и светового пятна пучка излучения, выполнении визуального совмещения геометрических центров этих изображений до получения симметричной картины, запоминании местоположения этого геометрического центра светового пятна ИПУ, при перемещении подвижных компонентов панкратической системы определяют смещение геометрического центра ИПУ на глаз относительно ранее запомненного, а также при этом наблюдают за размерами информационного квадрата, за изменением формы и наличием срезания светового пятна пучка излучения, прошедшего через блок модулятора для разного масштаба изображения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для контроля ввода излучения в блок модулятора [3], содержащее рассеивающий экран, установленный на определенном расстоянии от ИКУ контролируемого прибора, объектив, оптически сопряженный с видеоконтрольным устройством (ВКУ). Данное устройство позволяет наблюдать сформированное изображение ИКУ и его границы на рассеивающем экране с помощью объектива и ВКУ, выполнить с помощью первого юстировочного элемента ИКУ линейное смещение пучка излучения в информационном квадрате по двум координатам, добиваясь симметричного заполнения, выполняя таким образом линейную децентрировку, запоминают геометрический центр изображения ИПУ для начального положения подвижных компонентов панкратической системы. При переводе подвижных компонентов панкратической системы в конечное положение наблюдают на ВКУ смещение запомненного геометрического центра и изменение формы изображения ИПУ, сформированного на рассеивающем экране. По смещению геометрического центра и изменению формы изображения ИПУ судят об угловой децентрировке пучка излучения в ИКУ и с помощью второго юстировочного элемента ИКУ добиваются совмещения по углу для конечного положения подвижных компонентов панкратической системы. Смещение геометрического центра ИПУ пропорционально углу наклона оси пучка излучения к оси панкратической системы.

Известное устройство обеспечивает возможность наблюдения размеров информационного квадрата для разного положения компонентов панкратической системы, позволяет произвести оценку отсутствия срезания световых пучков оправами оптических элементов блока модулятора и визуальный контроль угла наклона оси модулированного пучка излучения к оси панкратической системы, представляющего собой угол рассогласования оси распространения ИПУ к оси ИКУ.

Недостатком известных способа и устройства является невысокая точность контроля линейной децентрировки, связанная с визуальным определением геометрического центра светового пятна пучка излучения, визуальным определением геометрического центра в изображении информационного квадрата и последующего совмещения этих центров до получения симметричной картины, а также невысокая точность контроля угловой децентрировки пучка излучения в ИКУ, связанная с визуальным определением изменения и оценки положения геометрического центра ИПУ при перемещении подвижных компонентов панкратической системы для разного масштаба изображений относительно запомненного геометрического центра ИПУ, при этом смещение центра ИПУ относительно запомненного отражает величину угла рассогласования оси распространения ИПУ к оси ИКУ, увеличение которого приводит к срезанию и смещению выходного изображения ИПУ, сформированного ИКУ.

Задачей изобретения является повышение точности контроля линейной и угловой децентрировки за счет точного определения энергетического центра светового пятна пучка излучения в ИПУ, точного определения информационного центра ИПУ, точного определения смещения оси распространения информационного центра ИПУ к оси ИКУ, соответствующего углу рассогласования оси пучка излучения к оси ИКУ при перемещении подвижных компонентов панкратической системы.

Для решения поставленной задачи в способе для контроля информационного канала управления (ИКУ), включающем формирование при начальном положении подвижных компонентов панкратической системы изображения информационного поля управления (ИПУ) контролируемого изделия в фокальной плоскости первого объектива с последующей визуализацией на видеоконтрольном устройстве, при этом изображение ИПУ одновременно состоит из изображения информационного квадрата и светового пятна пучка излучения, визуальное совмещение геометрических центров этих изображений до получения симметричной картины, наблюдение размеров информационного квадрата, изменения формы, наличия срезания и смещения светового пятна пучка излучения, прошедшего через блок модулятора при промежуточных и конечном положениях подвижных компонентов панкратической системы, в отличие от прототипа световой пучок ИПУ контролируемого изделия делят на два световых пучка и одновременно с формированием изображения первого светового пучка в фокальной плоскости первого объектива в начальном положении подвижных компонентов панкратической системы формируют изображение второго светового пучка в фокальной плоскости коллиматора, выделяют калиброванной диафрагмой, расположенной на оптической оси коллиматора, точечный световой поток из ИПУ, который преобразуют в ФПУ в электрический сигнал в виде напряжения U_p, отражающего значение интенсивности светового потока, прошедшего через калиброванную диафрагму, обрабатывают в БВК с получением значений напряжений U_Z и U_Y, пропорциональных смещению калиброванной диафрагмы от центра ИПУ по двум координатам Z и Y, совмещают ось ИКУ с осью коллиматора до получения нулевых значений U_Z0 и U_Y0, которые соответствуют центру ИПУ, затем совмещают энергетический центр светового пятна пучка излучения с центром ИПУ путем смещения светового пятна пучка излучения в пределах информационного квадрата до получения максимального значения интенсивности светового потока U_pmax, прошедшего через калиброванную диафрагму, перемещая подвижные компоненты панкратической системы из начального в конечное положение, получают последовательность значений U_Zi, U_Yi, отражающих во времени динамическое смещение центра ИПУ по соответствующим координатам относительно оси ИКУ и пропорциональное соответствующим углам рассогласования оси распространения ИПУ для соответствующих положений подвижных компонентов панкратической системы, фиксируют значения U_Z, U_Y для конечного положения подвижных компонентов панкратической системы и выполняют угловое совмещение оси распространения ИПУ с осью ИКУ доведением значений напряжений по координатам Z, Y до нулевых значений U_Z0, U_Y0 путем смещения оси пучка излучения по углу.

Для решения поставленной задачи в устройство для контроля информационного канала управления, содержащее первый объектив, оптически сопряженный с видеоконтрольным устройством, в отличие от прототипа введены оптически связанные светоделитель и коллиматор, содержащий второй объектив, в фокальной плоскости на оптической оси которого установлена точечная калиброванная диафрагма, фотоприемное устройство (ФПУ), соединенное с блоком вычисления координат (БВК) и первым входом регистрирующего устройства, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами БВК, при этом светоделитель оптически связан с первым объективом.

Введение в устройство светоделителя, расположенного в общем оптическом тракте, делит световой пучок от ИКУ на два пучка и с помощью коллиматора, включающего второй объектив и калиброванную диафрагму, формирует изображение ИПУ в фокальной плоскости второго объектива, где полученное изображение информационного поля детектируется по интенсивности светового потока, прошедшего через калиброванную диафрагму, с преобразованием в ФПУ с получением на регистрирующем устройстве значения интенсивности в виде напряжения U_p и последующей обработкой его в БВК, выполняющего демодуляцию с получением на регистрирующем устройстве значений смещения калиброванной диафрагмы от центра ИПУ по двум координатам в виде напряжения U_Z, U_Y, которые используют для уточнения совмещения энергетического центра пучка излучения по максиму U_pmax с центром информационного квадрата Z₀, Y₀, соответствующего нулевым значениям U_Z0, U_Y0, что позволяет точно определить и устранить линейную децентрировку путем совмещения оси пучка излучения с осью ИКУ, а при перемещении подвижных компонентов панкратической системы в конечное положение анализируют полученные значения U_Z, U_Y, и с помощью второго юстировочного элемента, отвечающего за смещение пучка излучения по углу в системе ввода излучения в блок модулятора ИКУ, добиваются также единых значений U_Z0, U_Y0 и для конечного положения подвижных компонентов панкратической системы, точно определяя и устраняя угловую децентрировку.

Заявляемый способ и устройство обеспечивают наряду с визуальным определением геометрического центра светового пятна пучка излучения, визуальным определением геометрического центра информационного квадрата, наблюдением размеров информационного квадрата и наблюдением наличия срезания и смещения светового пучка излучения, прошедшего блок модулятора, оптоэлектронным способом обработать и точно определить информационный центр ИПУ по значениям U_Z, U_Y, точно определить энергетический центр пучка излучения по значению U_pmax и совместить их, а также при работе ИКУ в соответствии с алгоритмом движения подвижных компонентов панкратической системы точно определить динамическое смещение ИПУ для разного масштаба изображений ИПУ по смещению информационного центра ИПУ, заключенное в регистрации смещения пересечения информационного нуля по каждой из дорожек растра, соответствующего центру информационного квадрата относительно оси ИКУ и которое отражает величину угла рассогласования оси распространения ИПУ к оси ИКУ при движении подвижных компонентов панкратической системы, при этом значения координат местоположения U_Z, U_Y не зависят от интенсивности светового потока. Использование способа и устройства позволяет обеспечить оперативный и точный контроль линейной и угловой децентрировки оси пучка излучения, прошедшего через блок модулятора к оси ИКУ для разного положения компонентов панкратической системы, по величине значения угловой децентрировки оценить значение угла рассогласования оси распространения ИПУ к оси ИКУ при перемещении подвижных компонентов панкратической системы, соответствующее углу наклона оси пучка излучения к оси ИКУ, и получить значение интенсивности светового потока, прошедшего через калиброванную диафрагму.

Сущность способа для контроля ИКУ и устройство для его осуществления поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для контроля ИКУ; на фиг.2 показано изображение ИПУ, состоящее из кадрового окна и светового пятна пучка излучения; на фиг.3 представлен график, отражающий зависимость смещения диафрагмы от центра ИПУ по двум координатам, и график распределения интенсивности светового потока, прошедшего через калиброванную диафрагму, в сформированном ИПУ.

Устройство для контроля ИКУ (фиг.1) включает в себя светоделитель 1, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, оптически сопряженный с первым объективом 2, в фокальной плоскости которого установлено видеоконтрольное устройство 3, также светоделитель 1 оптически сопряжен с коллиматором 4, содержащем второй объектив 5, в фокальной плоскости на оптической оси которого установлена калиброванная диафрагма 6, оптически связанная с фотоприемным устройством 7 (ФПУ), выход которого соединен с блоком вычисления координат 8 (БВК) и первым входом регистрирующего устройства 9, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами БВК 8. На фиг.1 также показан контролируемый ИКУ 10, который может быть представлен как составная часть прибора-наведения или системы управления по лучу, включающий оптически связанный излучатель 11, формирующий пучок излучения, первый юстировочный элемент 12, осуществляющий линейное смещение пучка излучения в пределах информационного квадрата (линейная децентрировка), второй юстировочный элемент 13, осуществляющий угловое смещение оси пучка излучения по отношению к оптической оси блока модулятора 14 в ИКУ (угловая децентрировка), соответствующее совмещению оси распространения ИПУ с осью ИКУ.

ФПУ 7 представляет собой фотоприемник на основе фотодиода типа ФД141К и усилителя. Фотоприемное устройство предназначено для приема модулированного лазерного излучения и преобразования его в аналоговый электрический сигнал в виде напряжения, соответствующего интенсивности светового потока, прошедшего через калиброванную диафрагму.

БВК 8 осуществляет времяимпульсную демодуляцию светового пучка, прошедшего через калиброванную диафрагму, с получением значений координат в виде аналогового сигнала, соответствующих координатам Y и Z. В качестве ФПУ с БВК применен узел, серийно выпускаемый, марки 9Н244.

В качестве регистрирующего устройства 9 может быть использован трехканальный осциллограф.

Устройство для контроля информационного канала управления работает следующим образом.

Излучатель 11 формирует пучок излучения с малым углом расходимости, который вводится с помощью первого юстировочного элемента 12, а затем и второго юстировочного элемента 13 в блок модулятора 14, в котором обе кодовые дорожки вращающегося растра представляют собой полевую диафрагму, который выполняет времяимпульсную модуляцию проходящего через блок модулятора 14 пучка излучения, попадает в панкратическую систему, которая формирует и изменяет масштаб изображения по требуемому закону перемещением подвижных компонентов панкратической системы из начального в конечное положение.

Сформированное ИПУ, представляющее собой модулированное излучение, анализируется устройством для контроля ИКУ, где светоделитель 1, расположенный в общем оптическом тракте, делит световой пучок от ИКУ 10 на два световых пучка, изображение первого пучка с помощью первого объектива 2 формируется на видеоконтрольном устройстве 3 для визуального анализа ввода пучка излучения излучателя 11 в блок модулятора 14 по сформированному изображению ИПУ, которое показано на фиг.2, где изображение светового пятна пучка излучения показано в виде круга, а изображение информационного квадрата показано в виде квадрата. При визуальном наблюдении изображения ИПУ добиваются получения симметричного изображения пучка излучения и информационного квадрата подвижкой первого юстировочного элемента 12, выполняя предварительную линейную децентрировку. Одновременно второй пучок попадает в коллиматор 4 и его изображение вторым объективом 5 формируется в его фокальной плоскости, в которой на оси установлена калиброванная диафрагма 6. Точечный световой поток, прошедший через калиброванную диафрагму 6, несет в себе информацию о местоположении в ИПУ и попадает на ФПУ 7, в котором преобразовывается в электрический сигнал и передается в БВК 8. Световой поток, попавший в ФПУ 7, преобразуется в электрический сигнал, усиливается и выдается в виде напряжения U_p, отражающего значение интенсивности светового потока, прошедшего через калиброванную диафрагму 6, на первый вход регистрирующего устройства 9 и в БВК 8 для обработки и демодуляции с получением на регистрирующем устройстве 9 значения напряжений U_Z и U_Y, пропорциональных смещению калиброванной диафрагмы от центра ИПУ по двум координатам Z, Y. Напряжения U_Z и U_Y, соответствующие двум координатам Z и Y, являются функцией параметров смещения и зависят от модуляции применяемых в системах управления по лучу, которую можно представить как функцию смещения диафрагмы относительно центра ИПУ:

U_Y(Z)=f(l_Y(Z)),

где l_Y(Z) - смещение относительно центра по соответствующим координатам Z и Y, мм;

U_Y(Z) - полученное напряжение по соответствующим координатам Z и Y, В.

Обычно в системах автоматического сопровождения движущихся объектов применяется модуляция с линейной зависимостью изменения напряжения по смещению от центра ИПУ, которую можно представить в виде графика, показанного на фиг.3 и описанного формулой:

U_Y(Z)=k(l_Y(Z)),

где k - коэффициент пропорциональности.

Для устранения линейной и угловой децентрировок необходимо совместить ось ИКУ с осью коллиматора 4. Это совмещение можно осуществить, например, перемещением коллиматора до получения нулевых значений U_Z0 и U_Y0, которые соответствуют совмещению центра ИПУ с центром отверстия калиброванной диафрагмы 6 при начальном положении подвижных компонентов панкратической системы. Затем определяют энергетический центр светового пятна лазерного пучка излучения путем его смещения в пределах информационного квадрата до получения максимального значения интенсивности светового потока U_pmax, прошедшего через калиброванную диафрагму 6 для уточнения совмещения энергетического центра светового пятна пучка излучения с центром информационного квадрата со значениями U_Z0, U_Y0 с одновременной визуализацией изображения на видеоконтрольном устройстве 3, что соответствует линейной децентрировке. Далее перемещают подвижные компоненты панкратической системы в конечное положение и на видеоконтрольном устройстве 3 наблюдают размеры информационного квадрата, изменение формы, наличие срезания и смещения светового пятна излучения. Также на регистрирующем устройстве 9 получают последовательность значений U_Zi, U_Yi, отражающих динамическое смещение во времени изображения ИПУ, сформированных в фокальных плоскостях первого 2 и второго 5 объективов для разного масштаба изображений. По уровню сигналов U_Zi, U_Yi, полученных на регистрирующем устройстве 9, судят об угловом изменении направления оси распространения ИПУ во времени, соответствующем угловой децентрировке для разного положения подвижных компонентов панкратической системы. Фиксируют значения U_Z, U_Y для конечного положения подвижных компонентов панкратической системы и перемещением второго юстировочного элемента 13 ИКУ выполняют угловое совмещение оси распространения ИПУ с осью ИКУ, добиваясь нулевых значений U_Z0 и U_Y0 и для конечного положения подвижных компонентов панкратической системы.

Предлагаемые технические решения для контроля информационного канала управления в настоящее время реализованы. Эксплуатация устройства в соответствии с заявленным способом показала его высокую эффективность, т.к. сохраняет все преимущества существующих аналогичных приборов и значительно облегчает эксплуатацию и одновременно повышает точность контроля и юстировки совмещения осей излучателя и блока модулятора, позволяет оперативно оценить угол рассогласования оси распространения ИПУ к оси ИКУ на всем протяжении движения подвижных компонентов панкратической системы.

Источники информации

1. Прицел прибор наведения 1К13. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1572.00.00.000ТО ЦКБ “Пеленг”, 1987 г.

2. Патент RU 2108531. Прицел прибор наведения, опубл. 10.04.1998 г., бюл. №10.

3. Система визуализации заполнения пучком излучения кадрового окна изделия 1К13. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЛO137.00.00.000ТО, ОАО “Пеленг”, 1997 г. - прототип.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и используется при сборке, юстировке, испытаниях и ремонте систем передачи информации, наведения и управления по лучу, в частности для центрировки оси пучка излучения с осью информационного канала управления. Способ для контроля информационного канала управления включает деление светового пучка контролируемого изделия на два световых пучка с формированием изображения первого светового пучка в фокальной плоскости первого объектива и формированием изображения второго светового пучка в фокальной плоскости коллиматора, одновременно выполняя визуализацию изображения первого светового пучка на видеоконтрольном устройстве и оптоэлектронным способом осуществляя контроль параметров информационного поля управления, анализируя второй световой пучок, с получением значений на регистрирующем устройстве. Устройство для контроля содержит первый объектив, оптически сопряженный с видеоконтрольным устройством, светоделитель и коллиматор, содержащий второй объектив, в фокальной плоскости на оптической оси которого установлена точечная калиброванная диафрагма, фотоприемное устройство, соединенное с блоком вычисления координат и первым входом регистрирующего устройства, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока вычисления координат, при этом светоделитель оптически связан с первым объективом. Применение способа и устройства повышает точность контроля линейной и угловой децентрировки за счет точного определения энергетического центра светового пятна пучка излучения в информационном поле управления, точного определения информационного центра, точного определения смещения оси распространения информационного поля управления к оси информационного канала управления для разного масштаба изображения. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ для контроля информационного канала управления (ИКУ), включающий формирование при начальном положении подвижных компонентов панкратической системы изображения информационного поля управления (ИПУ) контролируемого изделия в фокальной плоскости первого объектива с последующей визуализацией на видеоконтрольном устройстве, при этом изображение ИПУ одновременно состоит из изображения информационного квадрата и светового пятна пучка излучения, визуальное совмещение геометрических центров этих изображений до получения симметричной картины, наблюдение размеров информационного квадрата, изменения формы, наличия срезания и смещения светового пятна пучка излучения, прошедшего через блок модулятора при промежуточных и конечном положениях подвижных компонентов панкратической системы, отличающийся тем, что световой пучок ИПУ контролируемого изделия делят на два световых пучка и одновременно с формированием изображения первого светового пучка в фокальной плоскости первого объектива в начальном положении подвижных компонентов панкратической системы формируют изображение второго светового пучка в фокальной плоскости коллиматора и выделяют калиброванной диафрагмой, расположенной на оптической оси коллиматора, точечный световой поток из ИПУ, который преобразуют в ФПУ в электрический сигнал в виде напряжения Up, отражающего значение интенсивности светового потока, прошедшего через калиброванную диафрагму, обрабатывают в БВК с получением значений напряжений U_Z и U_Y, пропорциональных смещению калиброванной диафрагмы от центра ИПУ по двум координатам Z и Y, совмещают ось ИКУ с осью коллиматора до получения нулевых значений U_ZO и U_Y0, которые соответствуют центру ИПУ, затем совмещают энергетический центр светового пятна пучка излучения с центром ИПУ путем смещения светового пятна пучка излучения в пределах информационного квадрата до получения максимального значения интенсивности светового потока U_pmax, прошедшего через калиброванную диафрагму, перемещая подвижные компоненты панкратической системы из начального в конечное положение получают последовательность значений U_Zi, U_Yi, отражающие во времени динамическое смещение центра ИПУ по соответствующим координатам относительно оси ИКУ и пропорциональное соответствующим углам рассогласования оси распространения ИПУ для соответствующих положений подвижных компонентов панкратической системы, фиксируют значения U_Z, U_Y для конечного положения подвижных компонентов панкратической системы и выполняют угловое совмещение оси распространения ИПУ с осью ИКУ доведением значений напряжений по координатам Z, Y до нулевых значений U_Z0, U_Y0 путем смещения оси пучка излучения по углу.2. Устройство для контроля информационного канала управления, содержащее первый объектив, оптически сопряженный с видеоконтрольным устройством, отличающееся тем, что введены оптически связанные светоделитель и коллиматор, содержащий второй объектив, в фокальной плоскости на оптической оси которого установлена точечная калиброванная диафрагма, фотоприемное устройство (ФПУ), соединенное с блоком вычисления координат (БВК) и первым входом регистрирующего устройства, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами БВК, при этом светоделитель оптически связан с первым объективом.