Устройство для измерения взаимного углового положения объектов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимного углового положения двух объектов, например, в целях стыковки космических аппаратов. Целью изобретения является увеличение диапазона измерения взаимного углового положения двух объектов и обеспечение визуального контроля их взаимного углового положения. Для 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 Которого измеряются в устройстве 12 и сравниваются с координатами изображения 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 объектов осуществляется по видеоконтрольному устройству 18, на которой сигнал подается через формирователь изображения метки центра зеркала 16 и сумматор видеосигнала 17. Зил. . bfS Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI)s G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4846604/28 (22) 02,07.90 (46) 28.02;93. Бюл. hh 8 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения (72) М.С.Дворкин (56) Авторское свидетельство СССР

f4 1270564, кл. 6 01 В 11/26, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЗАИМНОГО УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ДВУХ

ОБЬЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимного углового положения двух объектов, например, в целях стыковки космических аппаратов. Целью изобретения является увеличение диапазона измерения взаимного углового положения двух объектов и обеспечение визуального контроля 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, здесь

1 — первый объект, 2 — фоточувствительная. поверхность, „„ Ы „„1798620 А1.2

Для 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, коор. динаты koTopolo 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 на фоточувствительной поверхности, 4 — объектив, 5 — выпуклое зеркало, 6 — второй объект.

На фиг. 1, б показано сечение выпуклого зеркала.

На фиг. 2 изображена блок-схема устройства для измерения взаимного положения двух объектов, содержащая

7 — излучатель, 8 — полупрозрачное зеркало, 9 — сотовая бленда.

10 — возвращатели лучистой энергии, 11 — позиционно-чувствительный фотоприемник, 1798620 р т = агс tg R., (6) фк = агс 19

10 (10) 25

,» Х

6 R2 — г — — -, (г1 (5) =агсщ

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 (В КУ).

На фиг. 3 изображена конструкция вы-. пуклого зеркала с сотовой блендой.

Измерение взаимного углового положения двух объектов связано с использовани- . ем в качестве отражателя выпуклого зеркала, Отражение лучистой энергии на фотоприемник будет осуществляться при условии перпендикулярности участка поверхности зеркала в тОчке А1 линии визирования АА1 (фиг. 1, а).

Тогда величина угла наклона оси объекта 01У к линии визирования АА1.

rp = 8rctg Л h (D> ), (1) а связь между измеряемой величиной и формой образующей зеркала будет определяться следующим выражением; где h = Р+гг

Углы тангажа и курса объекта в системе координат наблюдателя соответственно равны: фт= are sin — =—

1+(ЬЬ, (O. g /xÐ+у. (3) ук =Ah> (Oà)àãñtg х . (4) х +у=

Условию постоянства погрешности измерений в измеряемом диапазоне углов удовлетворяет зеркало, форма поверхности которого близка к сферической. Рассмотрим этот конкретный случай.

Величина угла наклона оси объекта 6 . 01Y к линии визирования АА1

R — х — у где R — радиус сферической поверхности зеркала.

Углы тангажа и курса объекта 6 в системе координат наблюдателя соответственно равны

При использований сферического зеркала с малой кривизной поверхности расчет можно производить по упрощенным формулам .

15 фк = — (8) Рт = ° (9) R — R

При этом относительная погрешность

20 вычисления углов тангажа и крена будет составлять

30 . Устройство (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

35 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-.

40 новлена сотовая бленда 9; а на его краяхдва угловых возвращателя (см. на фиг. 3), Уголковые световозвращатели состоят из трех плоских отражающих поверхностей, перпендикулярных друг другу..

45 . Вторая часть устройства расположена на объекте, откуда ведется наблюдение, и состоит иэ излучателя 7, полупрозрачного зеркала 8, объектива 4, позиционно-чувствительного фотоприемника 11, блока опре50 деления .координат изображения 12, микроЭВМ 13, состоящей из вычислительного устройства и ПЗУ 15. Во вторую часть устройства также входят формирователь 16 метки центра зеркала, сумматор видеосиг55 нала 17, В КУ 18, Излучатель 7, полупрозрачное зеркало

8, наклоненное под углом 45О, объектив 4 и выпуклое зеркало 5 расположены на одной оптической оси, а позиционно-чувствительный фотоприемник 11 расположен парал1798б20

1=1 j =1 (12) 1=1 i 1

55 лельно оптической оси у полупрозрачного зеркала 8 со стороны объектива 4, Выход позиционно-чувствительного фотоприемника 11 подключен к первому входу вычислительного устройства 14, первый выход которого подключен к входу ЙЗУ 15, выход которого подключен ко второму входу вычислительного устройства 14, второй выход которого является выходом устройства, третий, выход вычислительного устройства 14 .."- подключен к входу формирователя метки центра зеркала 16, выход которого подключен к первому входу сумматора 17, второй вход которого подключен к выходу позиционно-чувствительного фотоприемника 11. Выход сумматора 17 подключен к входу ВКУ 18, Излучатель 7, который может быть выполнен на светодиоде, либо лазере, работающих в видимом либо инфракрасном диапазоне, формирует направленный пучок лучистой энергии. Полупрозрачное зеркало

8 с одной стороны пропускает пучок лучистой энергии от излучателя, с другой —. направляет отраженный от выпуклого зеркала

5 пучок на позиционно-чувствительный фотоприемник 11, Блок определения координат изображения 12 выполнен на микропроцессорном комплекте и реализует алгоритм взвешенного суммирования при определении центра тяжести изображения точечного источника л 4 где Х, Y — оценки координат центра тяжести изображения точечного источника излучения, Aij — амплитуда сигнала для отсчета с коэффициентом Хц, Yij, n — число строк, m — число элементов вдоль строки, МикроЭВМ 13 осуществляет преобра. зование кода координат в угловое положение объекта. В качестве микроЭВМ может быть использована микроЭВМ "Электроника-81Б", в вычислительном устройстве 14 которой осуществляется расчет углов тангажа и курса по формулам (3) и (4). Значения

Ь Ь1(Р1), определяемые формой образую5

20 . 25

45 щей поверхности зеркала 11. защиты в ПЗУ

15 микроЭВМ 13, Координаты точечного сигнала от возвращателей лучистой энергии

10 и поверхности зеркала Х1У1, Х2У2, ХзУз поступают на вход микроЭВМ.

Формирователь метки центра поверхности зеркала 14 содержит два преобразователя кода .eо временной интервал.

Каждый представляет собой реверсивный счетчик, на входы параллельной загрузки которого поступает код координаты с микроЭВМ. Для преобразователя, формирующего координату У, тактовыми импульсами являются строчные синхроимпульсы, а сброс загрузки. осуществляется кадровым синхроимпульсом. Для преобразователя, формирующего координату Х вЂ” импульсы опорной частоты устройства и строчные синхроимпульсы соответственно, Импульсы переноса с обоих счетчиков поступают на схему 2И, 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 10, причем в площадь входного зрачка объектива 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 возвращателей лучистой энергии определяется центр поверхности зеркала. Далее осуществляется преобразование кода координат центра зеркала и точки, образованной лучом, возвращенным от поверхности зеркала 5, в угловае положение объекта 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 позиционночувствительного фотоприемника 11 в смеси1798620

7. ля основного светового потока, повиз аль- излучателя хо астеле с

17 последующим выводом у следовател тельно расположенных по ду л и оз ачного

Т и, и ст- новн информации на ВКУ 18, oro светового потока полупро р к CBGТак, нап

Т пример, при использовани у бъектов зеркала, ра змещаемага под углом 45 я ся стыковки космических объ току объектива и отражателя, уванной отражен- 5. товому поток, и оложение точки, образованно отношению к танавливаемого на,, втором о

ым от зерюм лучом, по ... то о. атоп иемниным ентру поверхности зеркал к ла 5 говорит опе- по ка, расположенного по ходу д ополнительноцент го светового потока хо а его объекта ка, аэделенного озрачным зеркалом перещуыуляр- ования — о степен Р м стройст- на основном„ известному устраи ву, данное у Р Ущ и е елеания кМ координат, вход б мй опр д лять и мый - 15 ния коа инат изаб ажения и устанавливать РЫу мый за- ния я зоне углов ане углов. Это позволяет устройство ю увеличения диапазона измерения . Hann wwi«e eсо а- с целью ув ния в х объекать более оптимальным. а аимнога углавага положения д у б конт оля вои л. б ена последовательно д эне гии и 20 тов и о сае иненсторонние и енность ойо cíà ж н азе кала, тем самы . К оме того, наличие визуа льного ными ч арм ам видеосигнала и видеокан р т аль.- .. т энное ус- сумматором нвви евыконтроля, и его в особо ным лакам, и блендой с т ойство, при использовании

- 25 и клога зеркала с сотаваи нап имер систе- пуклог к алх угалковыми мах жизнеобеспечения, я является необходивании данного светавазвращателями, вход х о„миравателя

Ф ц н н с выходом устройства по позволит сократить состав аппа- метки . н блока преа ра р атуры.

30 позиционно-чувствительно риемнильного атаприемника соединен с вторым входом с, р ка са . м с Мхата а вии еаб азавания деасигнала, выход блока щ р када ка а координат является выходом устрайст5

Ф мула изобретения

У йства для измерения вэа ор аимн ага стра состояуглового и

r положения двух объектов, с на пе вам объекте щее иэ устанавливаемого на перво

1798620

9 f0

Составитель А.Сонин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор

Корректор Т.Вашкович

Заказ 765 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

1

l

I .I (1

t

I

I

I

I (. (Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101