способ дистанционного измерения взаимных перемещений трех объектов в трех угловых координатах и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ дистанционного измерения взаимных перемещений трех объектов в трех угловых координатах, состоящий в том, что на двух объектах, взаимное перемещение которых хотят определять, устанавливают источники излучения и устройства для измерения координат изображений этих источников, отличающийся тем, что на третьем объекте устанавливают источник излучения, ориентируют источники на трех объектах так, чтобы в процессе перемещения объектов источники не перекрывались друг от друга и определяли бы своими центрами межобъектную плоскость, с этой плоскостью связывают устройства для измерения координат источников излучения, устанавливая каждое из них на объекте так, чтобы центр источника, установленного на том же объекте, совпадал с оптическим центром устройства, а два других источника находились бы в его поле зрения и проецировались бы в свои изображения на фотоприемной измерительной поверхности, фиксируют исходное взаимное угловое положение объектов, при этом считывают на каждом объекте с измерительного устройства значения координат центров двух изображений от источников излучения, находящихся в поле зрения, по значениям координат вычисляют угловое положение объектов относительно межобъектной плоскости в трех угловых координатах, сравнивая угловые положения объектов относительно общей межобъектной плоскости, определяют угловое положение одного объекта относительно любого другого в трех угловых координатах, исходные значения угловых положений переводят в память, далее аналогичным образом определяют текущие значения угловых положений объектов, сравнивают их с исходными значениями и определяют угловые перемещения объектов между собой.

2. Устройство дистанционного измерения взаимных перемещений трех объектов в трех угловых координатах, содержащее устанавливаемые на каждом из двух объектов источник излучения с объективом, где центр источника излучения совпадает с оптическим центром объектива, и два позиционно-чувствительных фотоприемника, располагаемые на соответствующих объектах, два блока определения координат, подключенные к соответствующим фотоприемникам, и вычислитель, два входа которого подключены к двум блокам определения координат, отличающееся тем, что оно снабжено устанавливаемым на третьем объекте третьим источником излучения с объективом, где центр источника излучения совпадает с оптическим центром объектива, третьим позиционно-чувствительным фотоприемником и третьим блоком определения координаты, подключенный к нему вычислитель выполнен трехвходовым и третий его вход подключен к выходу третьего блока определения координат, два источника и фотоприемника установлены так, что определяют линейную базу, источники и фотоприемники ориентированы друг на друга так, что первый объектив формирует на фотоприемной поверхности изображения второго и третьего источников излучения, второй объектив первого и третьего источников, а третий объектив первого и второго источников.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вычислитель взаимных перемещений снабжен четвертым входом для ввода в него значения расстояния, постоянного или текущего, между двумя любыми источниками света данного устройства, измеренного иными средствами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике.

Известен ближайший по технической сущности и достигаемому результату способ дистанционного измерения взаимных перемещений двух объектов в двух угловых координатах, реализованный в устройстве по а.с. N 1472762, кл. G 01B 21/22.

Известный способ измерения заключается в том, что на каждом из объектов измеряют собственные угловые перемещения относительно общей для обоих объектов связующей прямой и по результатам измерений вычисляют взаимное угловое перемещение.

Недостатком известного способа является, то что третья угловая координата (угол скручивания) известным способом измеряться не может и нет возможности измерить взаимное угловое перемещение трех объектов.

Известное устройство содержит устанавливаемые на каждом из двух объектов источник излучения с объективом, где центр тяжести источника совпадает с оптическим центром объектива, и два позиционно-чувствительных фотоприемника, расположенные на соответствующих объектах, два блока определения координат, подключенные к соответствующим фотоприемникам и вычислитель, два входа которого подключены к двум блокам определения координат.

Недостатком известного способа является невозможность получения третьей угловой координаты и измерения взаимного перемещения трех объектов.

Техническим результатом является обеспечение возможности измерения взаимного перемещения трех объектов в трех угловых координатах.

Результат достигается тем, что в способе измерения взаимных угловых перемещений объектов, состоящем в том, что на объектах, взаимное перемещение которых хотят определить, устанавливают источники излучения и устройства для измерения координат и изображений этих источников, берут три источника излучения с учетом их видимости на заданной дальности измерения и устанавливают их на трех объектах таким образом, что в процессе перемещения объектов источники не перекрывались друг от друга и определяли бы своими центрами межобъектную плоскость, с этой плоскостью связывают устройства для измерения координат источников излучения, устанавливая каждое из них на объекте таким образом, чтобы центр источника, установленного на том же объекте, совпадал с оптическим центром устройства (его объектива или иного фокусирующего элемента), а два других источника находились бы в его поле зрения и проецировались бы в свои изображения на фотоприемной измерительной поверхности, по завершению установки фиксируют исходное взаимное угловое положение объектов, при этом считывают на каждом объекте с измерительного устройства значения координат центров тяжести двух изображений от источников излучения, находящихся в поле зрения, по значениям координат вычисляют угловое положение объекта относительно межобъективной плоскости в трех угловых координат, сравнивая угловые положения объектов относительно общей межобъективной плоскости, определяют угловое положение одного объекта относительно любого другого в трех угловых координат, исходные значения угловых положений переводят в память, далее аналогичным образом определяют текущие значения угловых положений объектов, сравнивают их с исходными значениями и определяют угловые перемещения объектов между собой.

Результат достигается тем, что устройство для измерения взаимных перемещений объектов, содержащее на одном объекте объектив, источник света в виде расходящегося пучка лучей с вершиной в оптическом центре объектива, позиционно -чувствительный фотоприемник и блок определений координат изображений, подключенный своими входами к выходам фотоприемника, содержащее на втором объекте те же элементы, снабжено расположенной на третьем объекте такой же группой элементов, вычислителем взаимных перемещений и тремя линиями передачи данных, которые своими входами подключены к выходам блоков определения координат изображений, а выходами к трем входам вычислителя взаимных перемещений.

Результат достигается также тем, что в устройстве вычислитель взаимных перемещений дополнен четвертым входом для ввода в него значения расстояния, постоянного или текущего, между двумя любыми источниками света данного устройства, измеренного иными средствами.

На фиг.1 изображены три объекта A, B и C; на фиг. 2 звено AB измерительной системы; на фиг. 3 объекты A, B и C и связанные с ними фотопреобразователи; на фиг. 4 -пояснение для поворота объекта A вокруг оси "X_a" в системе координат X_a, Y_a, Z_a; на фиг. 5 - пояснение для случая поворота изображения объекта A на видеомониторе; на фиг.6 схема устройства измерения.

Устройство измерения содержит установленный на каждом из объектов A, B и C источник 1 излучения, объектив 2, матричный преобразователь 3 изображения и блок 4 определения координат изображения, связанный линией передачи данных 5 с вычислителем 6.

Способ позволяет измерять взаимное угловое перемещение трех (или более) объектов в трех угловых координат. Он отличается тем, что на каждом из объектов измеряют собственные угловые перемещения относительно общей связующей межобъектной плоскости и по результатам измерений вычисляют взаимное угловое перемещение в трех угловых координатах.

Способ осуществляется следующим образом.

На фиг. 1 изображены три объекта A, B и C. На каждом из них выбрана удобная для наблюдения с двух других объектов опорная точка, которая отличается от остальных точек, например, по яркости. Три такие точки на трех объектах образуют собой плоскость межобъектного треугольника ABC.

На фиг. 2 изображено звено AB измерительной системы. В качестве устройств для измерения собственных угловых перемещений использованы телевизионные камеры. Их оптические центры совмещены с опорными точками (опорными источниками света). При угловом перемещении объектов A и B относительно друг друга оптические оси их телевизионных камер смещаются относительно общей прямой AB (в"ABa"). Физически этой прямой является главный оптический луч. Собственные угловые перемещения _a и _b могут быть вычислены по смещению изображений "а" и "в" источников света на фотоприемной поверхности камер и расстоянию от оптического центра до фотоприемной поверхности (фокусному расстоянию объективов). Разность измерений, приведенных к единой системе координат, определяет взаимное угловое перемещение между объектами. На чертеже это видно из геометрических построений

_ab= _a-(-_b) = _a+_b.

На фиг. 3 объекты A, B и C и связанные с ними телевизионные камеры представлены их опорными точками (точечными источниками света). Три опорные точки образуют треугольник ABC. С каждой опорной точкой связана своим началом соответствующая система координат. Причем таким образом, что оси XY совпадают с плоскостью треугольника ABC, при этом оси Y направлены по биссектрисам углов , , . Углы a, , определимы. Их можно вычислить по координатам изображений и расстоянию до фотоприемной поверхности. Следовательно, три системы координат отличаются друг от друга только разворотом вокруг оси Z на известные углы.

На фиг. 4 изображен поворот объекта A вокруг оси X_a в системе координат X_a, Y_a, Z_a. На светоприемной поверхности телевизионной камеры A видны изображения "c"" и "в"" источников света C и В. Угол v_xa измеряется по смещению изображений и фокусному расстоянию f_a.

На фиг. 5 изображен поворот объекта A на видеомониторе. Поворот произведен вокруг трех осей (X, Y, Z). На мониторе изображения "c"" и "в"".

Угловое перемещение объекта A вокруг оси X_a определится из соотношения



Угловое перемещение объекта A вокруг оси Y_a определится из соотношения:



Угловое перемещение объекта A вокруг оси Z_a определяется из соотношения:



Аналогичным образом определяются угловые перемещения объектов B и C в системах координат X_в, Y_в, Z_в и X_c, Y_c, Z_c.

Полученные результаты измерений переводят в общую систему координат, например, связанную с объектом A, и производят окончательное вычисление взаимных угловых перемещений, которые сводятся к вычислению разности между значениями соответствующих координат.

Устройство для измерения взаимных перемещений объекта реализует способ следующим образом.

Источник 1 света установлен в оптическом центре объектива 2. Матричный преобразователь 3 совмещен своей фоточувствительной поверхностью с фокальной плоскостью объектива. Объективы развернуты таким образом, что первый объектив (на объекте A) формирует на фоточувствительной поверхности изображения "c" и "в" источников света объектов C и B, второй объектив (на объекте B) формирует изображения "a" и "c" источников света объектов A и C и третий объектив (на объекте C) формирует изображения "a" и "в" источников света объектов A и B.

Положение изображений источников света на фоточувствительных матрицах с высокой точностью рассчитывается с помощью блоков 4 определения координат и по линиям передачи данных 5 значения их координат передаются в вычислитель 6. Полученных с трех объектов данных о координатах изображений и о фокусных расстояниях объективов достаточно, чтобы по способу дистанционного измерения взаимных перемещений трех объектов в трех угловых координат рассчитать три угловые координаты, например, объекта C в системе координат объекта A или в связанных с ним системах. A введенное в вычислитель значение H расстояния между объективами A и B позволяет рассчитать и три линейные координаты объекта C.