RU2534811C1 - Устройство определения пространственной ориентации объектов - Google Patents
Устройство определения пространственной ориентации объектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534811C1 RU2534811C1 RU2013129196/28A RU2013129196A RU2534811C1 RU 2534811 C1 RU2534811 C1 RU 2534811C1 RU 2013129196/28 A RU2013129196/28 A RU 2013129196/28A RU 2013129196 A RU2013129196 A RU 2013129196A RU 2534811 C1 RU2534811 C1 RU 2534811C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- base direction
- objects
- carriage
- stable base
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Устройство предназначено для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий и передачи направления на расстояниях до 100 метров и более. Устройство содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, и измерительный блок с позиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к вычислительному блоку. Лазер и оптическая система, создающая стабильное базовое направление, расположены на каретке, которая имеет возможность перемещения по направляющим в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для исключения влияния ошибок направляющих на точность перемещения каретки в интересах передачи и сохранности стабильного базового направления на каретке дополнительно установлены уровень и прямоугольный отражатель, ребро прямого угла которого параллельно базовому направлению и который оптически связан с автоколлимационной лазерной трубкой. Вследствие этого нет необходимости изготовления точных направляющих. На подвижной каретке также устанавливают светоделитель для контроля расположения объектов с плоскими поверхностями. Заявленные в предлагаемом устройстве отличительные признаки позволяют осуществлять контроль и установку поверхностей сложной конфигурации, объектов больших размеров, расположенных на больших расстояниях, определять взаимный разворот разнесенных в пространстве объектов, осуществлять параллельный перенос и передачу на расстояние базового направления. При этом решаются технологические и метрологические задачи, которые ранее либо совсем не решались, либо выполнялись с недостаточной точностью. Например, появляется возможность осуществлять контроль и установку таких объектов, как зеркала Имитатора Солнечного Излучения, многоэлементные зеркала телескопов большого диаметра, составленные из отдельных зеркальных сегментов, осуществлять контроль соосности отверстий атомного реактора в труднодоступных местах в шахте глубиной более 13 метров. Технический эффект - простыми средствами и с высокой точностью (1 мкм/м) появляется возможность осуществлять передачу в пространстве по трем координатам стабильного базового направления, созданного кольцевой структурой лазерного луча. 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий и объектов на расстояниях до 100 метров и более, для определения взаимного разворота поверхностей друг относительно друга, для параллельного переноса визирной линии и передачи на расстояние базового направления. Такие задачи часто встречаются, но иногда трудно решаются, особенно если контролируются и юстируются объекты сложных конфигураций или из-за специфических условий, в которых производится монтаж и сборка крупногабаритных объектов, например контроль и установка зеркал Имитатора Солнечного Излучения, многоэлементных зеркал телескопов большого диаметра.
Известно устройство пространственной ориентации объектов, решающее задачу переноса направления вектора из одной плоскости в другую, в частности для контроля плоскостности поверхностей (Авт. св. СССР, 741045, МПК G01B 11/30, приор. 28.12.77), содержащее два призменных отражателя с объективами, установленных на контролируемых поверхностях. Разворот ребер призменных отражателей, возникающий из-за неплоскостности контролируемой поверхности, приводит к смещению изображений. Погрешность измерений составляет 2,5 угл. сек. при точной юстировке. Дистанция измерений ограничивается фокусным расстоянием объективов. Недостатком является сложная юстировка.
Известны устройства пространственной ориентации объектов аналогичного принципа действия, основанных на свойстве прямоугольного отражателя поворачивать отраженное от него изображение предмета (патент России №2408840. 2009. и патент России 2478185.2011). Устройства состоят из двух отдельных блоков.
Блок 1 - задающий направление, содержит прямоугольный призменный отражатель, который располагается в случае передачи направления в плоскости базового направления. Пространственное положение ребра прямоугольного призменного отражателя задает базовое направление. Блок 2 содержит осветительно-приемное устройство и располагается на контролируемом объекте. Недостатком устройств является сложная конструкция и юстировка, кроме того, они могут работать только на строго фиксированном расстоянии, определяемом фокусным расстоянием объектива, и применение их ограничивается вертикальной передачей азимутального направления. Точность передачи направления составляет 5 угловых секунд.
В современных технологиях пространственного контроля сложных крупногабаритных объектов на больших расстояниях эффективно использование лазерных оптических приборов, в которых за базовую прямую принимают луч лазера. Известны лазерные интерферометры для измерения отклонений от прямолинейности на больших расстояниях, например лазерный интерферометр X L-80 фирмы RENISHAU, Англия [3] и система измерительная лазерная FIXTURLASER LEVEL, Швеция [4].
При работе с лазерными интерферометрами необходима строгая компенсация воздействия изменений условий окружающей среды с помощью специальных датчиков, неточность которых изменяет длину волны и приводит к ошибке измерений. Существенными недостатками лазерных интерферометров являются требование предварительной обработки результатов измерений и исчезновение интерференционной картины, а следовательно, и результатов измерений, при случайном перекрытии лазерного пучка. Несмотря на высокую точность (±0,5 мкм/м), из-за сложности изготовления, юстировки, настройки в процессе эксплуатации, проблем аттестации и поверки, применение интерферометров в производственных условиях ограничено.
Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является лазерный измеритель непрямолинейности (Патент России №2457434. 2010). Измеритель содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, и измерительный блок с позиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к вычислительному блоку. Измеритель обладает высокими точностными характеристиками, которые сохраняются на всей трассе измерения (до 100 метров и более).
Погрешность измерения непрямолинейности составляет 1,0 мкм/м. Но стабильность базового направления создается только вдоль лазерного излучения. Прибор не осуществляет параллельного переноса базового направления, т.е. передачу направления в пространстве, вследствие чего ограничиваются функциональные возможности применения высокоточного лазерного измерителя непрямолинейности.
В предлагаемом изобретении устранены недостатки выше указанного устройства.
Целью предлагаемого изобретения является создание высокоточного устройства со стабильным базовым направлением лазерного луча с возможностью передачи стабильного базового направления в пространстве в трех направлениях на больших дистанциях.
Второй целью является расширение функциональных возможностей лазерного измерителя непрямолнейности.
Эти цели достигаются тем, что устройство определения пространственной ориентации объектов, содержащее лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, и измерительный блок с позиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к вычислительному блоку, снабжается кареткой, которая имеет возможность перемещения по направляющим в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Лазер и оптическую систему, создающую стабильное базовое направление, располагают на подвижной каретке. Для исключения влияния ошибок направляющих при перемещении каретки в интересах сохранности стабильного базового направления на каретку дополнительно устанавливают уровень и прямоугольный призменный отражатель, ребро прямого угла которого параллельно базовому направлению, и который оптически связан с автоколлимационной лазерной трубкой. На каретке размещают также светоделитель при контроле расположения объектов с плоскими поверхностями.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства определения пространственной ориентации объектов, где лазер и оптическая система, создающая стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, смонтированные в корпусе 1, расположены на каретке 2, которая имеет возможность перемещения по направляющим 3 и 4. На подвижной каретке установлены также уровень 5 и прямоугольный призменный отражатель 6, ребро прямого угла которого оптически связано с автоколлимационной лазерной трубкой 7. Телекамера 8 с фотоприемником подключена к вычислительному блоку 9. Телекамера может быть установлена или на подвижной каретке 2 или на отдельной стойке 10 около вычислительного блока 9. Контролируемый крупногабаритный объект 12, например пятиметровое зеркало, состоит из большого числа зеркальных сегментов, плоских или сферических, которые требуется установить в одну плоскость.
Устройство работает следующим образом. Лазерный пучок в виде кольцевой структуры, образованной оптической системой, направляют на один из контролируемых сегментов крупногабаритного объекта перпендикулярно его поверхности, например на центральный сегмент, и принимают его за базовый сегмент. Отраженный от контролируемой поверхности лазерный пучок направляется на фотоприемник телекамеры 8. На экране компьютера наблюдают отраженный от контролируемого сегмента лазерный пучок в виде кольцевой структуры с ярко выраженным центральным световым пятном и с заданной точностью устанавливают его по двум координатам сетки компьютера в нулевое положение (фиг.2). Оптическую ось автоколлимационной лазерной трубки 7 устанавливают перпендикулярно ребру прямого угла отражателя 6, а так как ребро параллельно лучу лазера, следовательно, это нулевое положение автоколлимационной лазерной трубки принимают за базовое и жестко фиксируют.
Каретка с оптическими узлами устройства перемещается по вертикальной направляющей, которая в свою очередь перемещается по горизонтальной направляющей. В результате, каретка, на которой расположены лазер и оптическая система, создающая стабильное базовое направление, может быть расположена напротив любого контролируемого сегмента. И, наблюдая отраженное от него изображение кольцевой структуры лазерного луча на экране монитора, определяют в двух координатах положение каждого контролируемого сегмента относительно базового сегмента. В каждом случае, до снятия отсчета, проверяют нулевое положение автоколлимационной лазерной трубки, в противном случае (возможном вследствие ошибок направляющих), нулевой отсчет, а следовательно, и положение стабильного базового направления восстанавливают регулировочными винтами каретки, разворачивая каретку в горизонт с помощью уровня. В другом направлении разворачивают каретку вместе с прямоугольным призменным отражателем, пока изображение от отражателя не придет в нулевое положение автоколлимационной лазерной трубки. При этом положении призменного отражателя его ребро параллельно базовому направлению, что соответствует сохранности стабильности при передаче базового направления от одного контролируемого объекта к другому. Погрешность измерений составляет 1 мкм/м. Так как все контролируемые сегменты имеют регулировочные механизмы, с помощью заявляемого устройства, при необходимости, они устанавливаются в заданное расчетное положение.
Таким образом, показано, что заявляемое устройство имеет существенные отличительные признаки.
Во-первых, устройство снабжено направляющими и кареткой, которая имеет возможность перемещения. На каретке установлены лазер и оптическая система, создающая стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча. Технический эффект - возможность параллельной передачи стабильного базового направления к контролируемым объектам, разнесенным в пространстве друг относительно друга на значительные расстояния.
Во-вторых, в предлагаемом устройстве применена система компенсации ошибок направляющих, которая содержит уровень, прямоугольный призменный отражатель, ребро прямого угла которого параллельно базовому направлению, и автоколлимационную лазерную трубку, оптически связанную с призменным отражателем. Благодаря этому, при передаче направления сохраняется стабильность базового направления в пространстве и нет необходимости изготовления точных направляющих.
Технический эффект - обеспечение высокой точности передачи направления при простой и дешевой конструкции устройства.
Заявляемое устройство определения пространственной ориентации объектов является уникальным высокоточным оптико-электронным средством контроля при простой конструкции и эксплуатации.
Достоинством устройства является также возможность проведения визуальных измерений, обеспечивающих наглядность и удобство контроля.
На нашем предприятии была разработана конструкторская документация и изготовлен действующий образец устройства определения пространственной ориентации объектов. Устройство после проведенных испытаний передано заказчику. Получены положительные результаты.
С помощью заявляемого устройства была решена успешно конкретная уникальная задача контроля и установки крупногабаритных зеркал Имитатора Солнечного Излучения диаметрами от 3,5 до 5,0 метров. Контролировались три главных сферических зеркала и три вторичных плоских зеркала. Каждое зеркало состояло из большого числа зеркальных сегментов сферических и плоских, которые и требовалось с помощью нашего устройства с требуемой точностью установить в одну сферическую или плоскую поверхность. Радиус поверхности сферического зеркала был равен 18 метров. Приемник должен был быть установлен в фокусе. На фиг.3 показана конструкция одного из контролируемых зеркал диаметром около пяти метров, составленная из сферических сегментов, положение которых юстировалось в процессе контроля.
Предложенное устройство многофункционально. Оно может решать с одинаковым успехом задачи взаимной ориентации объектов, передачи направления вектора, параллельности направлений и т.д. Например, его можно использовать для контроля формы поверхностей и деформации многоэлементных зеркал крупногабаритных телескопов, в судостроении: для контроля взаимного расположения рабочих цилиндров крупногабаритных компрессоров, дизелей по отношению к оси вала, для контроля соосности в атомном машиностроении и т.п. В настоящее время на базе предлагаемого устройства разрабатывается система контроля соосности более 120 отверстий атомного реактора в шахте глубиной до 13 метров. Работа проводится нами совместно с Атоммашем: идет конструирование и изготовление устройства для решения конкретной задачи в сложных условиях в труднодоступных местах на большой глубине. Контролируемые отверстия находятся в замкнутом объеме на различных уровнях измерительного канала, и в полном сборе корпуса реактора доступ к ним практически невозможен. Технический эффект заявляемого изобретения очевиден.
Литература
1. Делюнов Н.Ф., Леонтьева Г.В., Мясников Ю.А. Устройство для контроля плоскостности поверхностей. Авт. св. СССР №741045, МПК G01B 11/30, приор. 28.12.77.
2. Шевцов И.В., Чудаков Ю.И., Жуков Ю.П., Ловчий И.Л., Петров Л.П., Цветков В.И., Шевцов С.Е. Устройство определения пространственной ориентации объектов. Патент России №2408840. 2009.
3. Пинаев Л.В., Леонтьева Г.В., Николаева В.К. Устройство пространственной ориентации объектов. Патент России №2478185. 2011.
4. Лазерный интерферометр XL-80 фирмы RENISHAU, Англия.
5. Система измерительная лазерная FIXTURLASER LEVEL, Швеция.
6. Пинаев Л.В., Леонтьева Г.В., Бутенко Л.Н., Серегин А.Г. Лазерный измеритель непрямолинейности. Патент России №2457434.2010.
Claims (1)
- Устройство определения пространственной ориентации объектов, содержащее лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, и измерительный блок с позиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к вычислительному блоку, отличающееся тем, что лазер и оптическая система установлены на каретке, которая имеет возможность перемещения по горизонтальной и вертикальной направляющим, на каретке также расположен светоделитель с возможностью отключения, и в интересах сохранности базового направления для исключения влияния ошибок направляющих установлены уровень и прямоугольный призменный отражатель, ребро которого параллельно базовому направлению и который оптически связан с автоколлимационной лазерной трубкой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129196/28A RU2534811C1 (ru) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Устройство определения пространственной ориентации объектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129196/28A RU2534811C1 (ru) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Устройство определения пространственной ориентации объектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2534811C1 true RU2534811C1 (ru) | 2014-12-10 |
Family
ID=53285661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013129196/28A RU2534811C1 (ru) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Устройство определения пространственной ориентации объектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2534811C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2712780C1 (ru) * | 2019-07-09 | 2020-01-31 | Акционерное общество "Научный центр прикладной электродинамики" (АО "НЦ ПЭ") | Способ юстировки сегментированного зеркала и устройство для его осуществления |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146354C1 (ru) * | 1997-12-17 | 2000-03-10 | Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного отделения РАН | Интерферометр для измерения перемещений |
US7466411B2 (en) * | 2005-05-26 | 2008-12-16 | Inphase Technologies, Inc. | Replacement and alignment of laser |
WO2012065267A1 (en) * | 2010-11-16 | 2012-05-24 | Thunder Bay Regional Research Institute | Methods and apparatus for alignment of interferometer |
US8203702B1 (en) * | 2005-06-13 | 2012-06-19 | ARETé ASSOCIATES | Optical system |
-
2013
- 2013-06-25 RU RU2013129196/28A patent/RU2534811C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146354C1 (ru) * | 1997-12-17 | 2000-03-10 | Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного отделения РАН | Интерферометр для измерения перемещений |
US7466411B2 (en) * | 2005-05-26 | 2008-12-16 | Inphase Technologies, Inc. | Replacement and alignment of laser |
US8203702B1 (en) * | 2005-06-13 | 2012-06-19 | ARETé ASSOCIATES | Optical system |
WO2012065267A1 (en) * | 2010-11-16 | 2012-05-24 | Thunder Bay Regional Research Institute | Methods and apparatus for alignment of interferometer |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2712780C1 (ru) * | 2019-07-09 | 2020-01-31 | Акционерное общество "Научный центр прикладной электродинамики" (АО "НЦ ПЭ") | Способ юстировки сегментированного зеркала и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100451540C (zh) | 采用热靶技术对大型光电测控设备三轴平行性检测的装置 | |
CN105424322A (zh) | 自校准光轴平行性检测仪及检测方法 | |
CN101718534B (zh) | 多光学***光轴平行性检测仪 | |
CN103983214B (zh) | 一种利用无衍射光测量导轨四自由度运动误差的装置 | |
CN105021211A (zh) | 一种基于自准直仪的姿态测试装置及方法 | |
CN102590217A (zh) | 基于圆结构光视觉传感器的管道内表面检测*** | |
CN104808254B (zh) | 高精度绝对重力仪用光学倍频式激光干涉***及应用 | |
CN103791858A (zh) | 用于小角度测量的共光路激光干涉装置及测量方法 | |
RU2635336C2 (ru) | Способ калибровки оптико-электронного аппарата и устройство для его осуществления | |
CN110082071B (zh) | 一种直角棱镜光学平行差的测量装置及方法 | |
US20190196017A1 (en) | Measuring device with measurement beam homogenization | |
RU2534811C1 (ru) | Устройство определения пространственной ориентации объектов | |
CN108061527A (zh) | 一种抗空气扰动的二维激光自准直仪 | |
RU2523736C1 (ru) | Способ измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов и устройство для его осуществления | |
CN103267478A (zh) | 高精度位置检测装置及方法 | |
CN103105283A (zh) | 单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置 | |
Larichev et al. | An autocollimation null detector: development and use in dynamic goniometry | |
RU2478185C1 (ru) | Устройство определения пространственной ориентации объектов | |
CN103968859B (zh) | 一种超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法 | |
RU2563322C2 (ru) | Оптическая система стенда для измерения горизонтального угла | |
CN113639969A (zh) | 高精度温差型红外平行光管 | |
CN203337093U (zh) | 高精度位置检测装置 | |
CN106871926B (zh) | 大口径光电经纬仪测角精度的测量装置及测量方法 | |
JP2007303850A (ja) | 光波測距装置 | |
CN209765083U (zh) | 一种用于多光谱手持观测仪光轴检测***的扩径装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170626 |