способ измерения положения объекта

Формула изобретения

Способ измерения положения объекта, по которому устанавливают по крайней мере одну световую марку на поверхности объекта и определяют пространственные координаты этой световой марки по положению ее изображения на координатно-чувствительном фотоприемном устройстве оптической камеры, отличающийся тем, что в качестве световой марки используют импульсный световой излучатель, фаза и частота импульсов которого синхронизированы с запуском фотоприемного устройства оптической камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах АСУ ТП промышленных предприятий.

Известен способ измерения формы и положения объекта (авт. св. 1105756, 22.01.79, В.В. Егоров, В.П. Кулеш, Л.М. Москалик, А.А. Орлов и С.Д. Фонов), по которому устанавливают фотоприемники в контрольных точках на поверхности объекта, формируют световой пучок с заданными параметрами, сканируют фотоприемники и судят о контролируемом параметре по совокупности сигналов, снимаемых с фотоприемников. C целью повышения точности измерений, формируют дополнительный световой пучок, состоящий из набора равноотстоящих световых плоскостей, совмещают оба световых пучка, сканируют фотоприемники совмещенным пучком и подсчитывают число импульсов с каждого фотоприемника от момента начала сканирования до момента попадания на фотоприемник светового пучка с заданными параметрами.

Недостатком такого способа является его невысокая надежность в условиях промышленных предприятий, обусловленная необходимостью применения сложных систем оптического сканирования специально сформированных световых пучков.

Известен также способ геодезических измерений объектов по заданным световым маркам (заявка на изобретение РФ 9302525/10, 27.04.93, Арефьев А.А. Задоркин Ю.П.), заключающийся в том, на поверхности контролируемого объекта формируют одновременно не менее трех световых марок, одна из которых и сохраняет пространственные координаты за время измерения конкретного фрагмента контролируемой поверхности, а координаты остальных (периферийных) световых марок измеряют относительно опорной световой марки, причем задатчик световых марок отличается наличием светоделителя лазерного излучения на три и более световых пучка и соответствующим количеством поворотных устройств периферийных лазерных пучков, снабженных отсчетными механизмами углов поворота, а также вариантами оригинальных конструкций светоделителя.

Недостаток данного способа заключается в том, что он также не обеспечивает высокой достоверности и надежности. Это объясняется необходимостью использования в нем большого количества прецизионных оптических элементов, которые будут в условиях промышленного применения подвержены загрязнению и нежелательному влиянию вибрации.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и достоверности измерения положения объекта.

Поставленная задача достигается тем, что в способе измерения положения объекта, по которому устанавливают по крайней мере одну световую марку на поверхности объекта и определяют пространственные координаты этой световой марки по положению ее изображения на координатно-чувствительном фотоприемном устройстве оптической камеры, в качестве световой марки используют импульсный световой излучатель, фаза и частота импульсов которого синхронизированы с запуском фотоприемного устройства оптической камеры.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что в качестве световой марки используют импульсный световой излучатель, фаза и частота импульсов которого синхронизированы с запуском фотоприемного устройства оптической камеры

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них отличительные признаки, присущие заявляемому решению, что позволило сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежом.

На объекте 1 устанавливают световую марку 2, которая представляет собой импульсный световой излучатель. Оптическая камера 3 содержит объектив 4, координатно-чувствительный фотоприемник 5 и блок электроники 6.

Элементы заявляемого решения связаны между собой следующим образом.

Оптическая камера 3 с помощью объектива 4 регистрирует изображение световой марки 2 на координатно-чувствительном фотоприемнике 5. Поскольку световая марка установлена на поверхности объекта 1, то положение объекта определяет положение световой марки, которое, в свою очередь, определяет положение пятна изображения световой марки на координатно-чувствительном фотоприемнике. При этом, поскольку заранее может быть известна, измерена и запомнена в блоке электроники 6 зависимость положения пятна изображения световой марки на координатно-чувствительном фотоприемнике от положения самой световой марки в пространстве, то по положению изображения световой можно судить о положении самого объекта в пространстве, так как световая марка установлена и связана с ним. В качестве световой марки используют импульсный световой излучатель. При этом на координатно-чувствительном фотоприемнике оптической камеры формируется изображение самого светового излучателя. Используемый световой источник должен быть импульсным. При этом он должен быть синхронизирован по фазе и частоте с запуском фотоприемного устройства оптической камеры. Временная последовательность работы системы строится таким образом, что при поступлении сигнала на запуск фотоприемного устройства выдается одновременно сигнал на запуск светового излучателя или внешнего светового источника, причем длительность этого сигнала определяется временем, необходимым фотоприемному устройству для регистрации изображения световой марки. После определения положения изображения световой марки вновь подается сигнал на запуск фотоприемного устройства, и следовательно, сигнал на запуск светового излучателя. Таким образом синхронизируют фазу и частоту импульсного светового излучателя с запуском фотоприемного устройства оптической камеры.

Заявляемый способ измерения положения объекта реализуется следующим образом. В качестве излучателя световой марки 2 используется линейка из набора излучательных светодиодов. Данная линейка скрепляется с поверхностью объекта 1, положение которого необходимо измерять. Питание линейки светодиодов осуществляется от внешнего импульсного источника питания, который по частоте и фазе синхронизируется с запуском фотоприемного устройства оптической камеры. В качестве координатно-чувствительного фотоприемника в оптической камере используется линейная ПЗС-матрица. При этом оптическая камера ориентируется так, чтобы плоскость, в которой перемещается совместно с объектом светодиодная линейка, совпадала с плоскостью, в которой находятся главная оптическая ось объектива и линейная ПЗС-матрица. При поступлении сигнала на запуск и считывание ПЗС-матрицы блок электроники одновременно формирует сигнал на включение линейки светодиодов. Изображение линейки светодиодов формируется объективом на матрице и блок электроники определяет номера пикселей матрицы, в пределах которых находится изображение линейки светодиодов. После сопоставления полученных номеров пикселей ПЗС-матрицы с предварительно запомненной калибровочной зависимостью номера пикселя от положения линейки светодиодов блок электроники выдает реальное положение объекта в пространстве. Для реализации предлагаемого способа используются стандартные излучательные светодиоды и ПЗС-матрицы. Характерное время экспозиции изображения на ПЗС-матрице, а следовательно, длительность свечения светодиодов, составляет 1 - 100 мс. Блок электроники оптической камеры позволяет проводить измерения с частотой до 1 кГц.

Благодаря тому, что в предлагаемом способе измерения положения объекта в качестве световой марки используют импульсный световой излучатель, фаза и частота импульсов которого синхронизированы с запуском фотоприемного устройства оптической камеры, повышается надежность определения положения объекта.

Дополнительным достоинством предлагаемого способа измерения положения объекта является его высокая помехозащищенность от паразитных посторонних засветок, обусловленная возможностью синхронизации излучателя световой марки с оптической камерой.