автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Принципы построения и исследование оптических и оптико-электронных автоколлимационных угломеров

Г -

I

/

-о ОД

6 199В

На правах рукописи

КОНЯХИН Игорь Алексеевич

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ

ОПТИЧЕСКИХ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫХ УГЛОМЕРОВ

05.11.07 — Оптические и оптико-электронные приборы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт -Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном институте точной механики и оптики (технический университет).

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Ю.Г. Якушенков доктор технических наук, профессор В.М. Латыев доктор технических паук, профессор О.М. Михайлов

Ведущая организация: АО ЛОМО

Защита диссертации состоится "_"_ 1998 г. в 15 ч. 20 мин.

на заседании специализированного совета Д 053.26.01 "Оптические и оптико-электронные приборы" при Санкт-Петербургском государственном институте точной механики и оптики (технический университет) по адресу: 197101 г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_"__1998 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д 053.26.01 кандидат технических наук, доцент

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Метрологическое обеспечение многих измерительных задач производственной и научной деятельности предусматривает выполнение ряда аналогичных контрольно-измерительных процедур по определению углового пространственного положения объектов контроля относительно некоторой базы.

В частости, может быть сформирован следующий перечень типовых измерительных задач.

1. Контроль углового положения частей и блоков систем навигации, астроориентации, передачи референтного направления с целью повышения точности их работы. В частности, необходимы измерения угловых уходов гироплатформ, солнечных и звездных датчиков, учет разворота оптических элементов в перископах и системах передачи направления на горизонты горных выработок.

2. Измерения угловых деформаций натурных образцов и специальных моделей при испытаниях новых материалов и изделий, исследованиях напряженных состояний и устойчивости элементов конструкций, экспериментальных исследованиях в области технической механики.

3. Измерение угловых деформаций оснований, опорпых плит, несущих элементов и направляющих крупногабаритных экспериментальных установок (ускорители частиц, мюонные детекторы) и приборных комплексов (оптические и радиотелескопы, составные рефлекторы) для уменьшения погрешности их измерений и увеличения достоверности получаемых результатов.

4. Контроль точности сопряжения и взаимного расположения частей и блоков в процессе монтажа и при работе в технологическом режиме для оборудования и агрегатов в строительстве, энергетике, промышленных производствах , машиностроении и приборостроении. Например, необхо-

дам контроль'установки ио углу ферм, стеновых панелей, технологического оборудования, определение ориентации осей подкрановых балок и путей, измерения непрямолинейности направляющих кранов, лифтов и т. д.

5. Измерение взаимного углового положения рабочего органа и детали в процессе обработки, движущегося объекта при стыковке, блоков и узлов при сборке и юстировке средств производства в машиностроении и приборостроении, объектов научно-исследовательского назначения, транспортных средств. Например, такие измерения обязательны при испытаниях робототехнических систем, стыковке воздушных или космических объектов, монтаже авиационных и корабельных стапелей, координатных стендов, наземных радиотелескопов, блоков ускорителей частиц и т.д..

6. Оперативный контроль деформаций и прогибов нагруженных элементов промышленных и жилых сооружений: энергетических установок, нефте- и газопроводов фундаментов реакторов, пролетов мостов, плотин, стенок доков, резервуаров с целью мониторинга их состояния и повышения надежности и безопасности функционирования.

Для решения перечисленных задач широко используются оптические и оптико-электронные угломеры, к которым предъявляются следующие группы требований.

Первая группа определяется критерием метрологических параметров и включает требования по точности, диапазону измеряемых углов и дистанции измерения (рабочей дистанции до контролируемого объекта).

Вторая группа определяется критерием особой метрологической характеристики — количеством измеряемых угловых координат. В общем случае угловое положение контролируемого объекта определяется тремя угловыми координатами —■ углами последовательных поворотов относительно трёх ортогональных осей, одна из которых в исходном положении совпадает с линией, соединяющей контролируемый и базовый объекты ( угол и ось скручивания ), а две другие — ей перпендикулярны ( соответст-

венно, коллимационные углы и оси). При решении большинства задач перечня необходимы двухкоординатные и трёхкоординатаые измерения.

Третья группа определяется критерием функциональных возможностей и включает требования по адаптивности (например, измерений при изменяющейся дистанции до контролируемого объекта), универсальности (например, перенастройки при изменении измерительной задачи), возможности автоматизации измерений.

Четвертая группа определяется прочими критериями: конструкционным, эксплуатационным, производственно-технологическим, стоимостным.

В наибольшей степени всей совокупности требований отвечают угломеры на основе геометрической оптики. При этом для решения задач перечня предпочтительно использование автоколлимационных углоизме-рительных систем (ЛУС), что определяется их важной особенностью — отсутствием электрической связи с контролируемым объектом (на нём установлен пассивный отражатель- контрольный элемент).

Выпускаемые серийно оптические АУС с визуальным отсчётом вследствие субъективных погрешностей измерения и неавтоматизированного режима работы практически не могут использоваться для решения большинства задач, указанных в перечне.

Вместе с тем, известные оптико-электротгае АУС в основном являются однокоординатиыми специализированными системами с жёстким алгоритмом измерения, предназначены для решения узкого круга измерительных задач и оптимизированы лишь по точностному критерию. Двух и трёхкоординатаые АУС реализованы в основном, в виде макетов и опытных образцов.

Также, к началу настоящей работы не были развиты принципы построения двух- и трёхкоординатных оптако-электрошшх АУС, отсутствовали методики расчёта КЭ с заданными метрологическими свойствами.

Указанные обстоятельства определяют актуальность исследований в области оптико-электронных угломеров на основе явлений геометрической оптики с непосредственным объектом исследования — системами, использующими автоколлимационный метод измерения.

Целью работы является разработка принципов построения, методов расчёта параметров и характеристик, теоретический анализ и экспериментальные исследования автоколлимационных углоизмерительных систем.

Для достижения указанной цели необходимо решить ряд задач.

1. По исследованию составляющих алгоритма автоколлимациониых измерений:

- оптимизировать способ задания углового положения КЭ по точностному критерию;

- исследовать закономерности отклонения орта отражённого пучка при поворотах различных зеркально-призменных систем, используемых в качестае КЭ;

- оптимизировать параметры КЭ, исхода из требований первой и второй групп в плане увеличения точности измерения, диапазона измерения и рабочей дистанции, реализации двух- и трёхкоординатаых измерений;

2. По исследованию АУС вцелом:

- проанализировать основные тенденции развития АУС, следующие из сформулированных четырёх групп требований;

- разработать принципы построения схем АУС (на системотехническом уровне) для двух- и трёхкоордннатных измерений;

- разработать алгоритмы измерения при использовании КЭ на основе различных типов отражающих зеркально-призменных систем.

3. По разработке методик:

-7- расчёта параметров отражающих зеркально-призменных систем различных видов, используемых в качестве КЭ АУС;

- габаритно-энергетического расчета параметров оптических элементов схемы АУС.

4. По экспериментальному исследованию:

- синтезированных танов КЭ с расширенными метрологическими возможностями;

- макетов каналов измерения отдельных угловых координат;

- экспериментальных образцов двух- и трёхкоординатных АУС.

5. Отдельной задачей является исследование особенностей алгоритмизации методик расчёта и разработка принципов построения компонентов программного обеспечения САПР АУС на системном уровне.

Методы исследования. Теоретические исследовшшя основаны на векторно - матричном методе расчёта и разработанных на его основе оригинальных методиках исследования свойств зеркально-призменных систем.

В экспериментальной области при исследовании закономерностей функционирования разработанных КЭ и тестировании алгоритмов измерения угловых координат используется метод статистических испытаний (метод Монте-Карло) детерминированных и имитационных моделей функциональных элементов АУС. Модели реализованы в программной среде Turbo Pascal 7.0.

Экспериментальные исследования макетов и опытных образцов КЭ и АУС реализованы на основе геодезических методов оценки точности определения направления по разработанной автором методике аттестации трёхкоординатных АУС. Эксперименты выполнялись на специально разрабо-ташюм контрольно-измерительном стенде. Обработка и оценка результатов экспериментов проводились по общепринятым методикам.

Научная новизна работы. Разработка принципов построения и развитие методов расчёта параметров оптических и оптико-электронных автоколлимационных углоизмерительных систем с расширенными метрологическими возможностями: двух- и трехжоординатные измерения, увеличение диапазона и дистанции измерения. Теоретическое и экспериментальное исследование их свойств, позволяющее выполнять проектирование и реализацию в соответствии с требованиями, определяемыми метрологической задачей.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Принципы построения КЭ доя двух- и трёхкоорданатных измерений.

1.1. При использовании зеркально-призменных систем с плоскими отражающими гранями необходимо, чтобы КЭ представлял собой композицию из двух чувствительных элементов — для измерения угла скручивания и коллимационных углов, соответственно. Каждый из элементов для параллельного пучка лучей должен быть эквивалентен зеркальной системе с нечётным количеством отражений: первый — с тремя отражениями, второй —с альтернативой одного или трёх отражений, причём матрицы действия элементов должны иметь канонический вид в системе координат, связанной с КЭ.

1.2. При использовании зеркальной системы с неплоской отражающей гранью в виде фрагмента поверхности второго порядка - цилиндрической или конической - необходимо, чтобы КЭ представлял собой композицию из двух чувствительных элементов, каждый из которых для параллельного пучка лучей эквивалентен зеркальному триэдру, параметры матрицы действия которого различны для отдельных лучей и определяются положением точки падения луча на неплоскую отражающую грань. При этом для каждого отражаемого луча уникальной является только одна

гругша параметров матрицы действия: либо величина угла поворота отко-сительно основного неизменного направления (цилиндрическая грат.), либо координаты орта основного неизменного направления относительно осей системы координат, связанной с КЭ (коническая грань).

2. Принцип композиции двух чувствительных элементов при реализации КЭ для двух- и трёхкоординатных измерений:

- при реализации двух чувствительных элементов — для измерения угла скручивания и коллимационных углов на основе единого КЭ необходимо, чтобы зеркала или призма, образующие КЭ, были бы эквивалентны не менее чем двум зеркальным системам с несовпадающими основными неизменными направлениями и уникальными последовательностями отражения пучка от отражающих граней.

3. Принципы минимизации составляющей погрешности вследствие взаимного влияния измерительных каналов при двух- и трёхкоординатных измерениях (КЭ в виде зеркально-призменной системы с плоскими отражающими гранями).

3.1. По конфигурации КЭ — для независимого измерения угловых координат необходимо, чтобы для первого чувствительного элемента (для измерения скручивания) основное неизменное направление его эквивалентной системы было бы параллельно коллимационной оси (и являлось единственным неизменным направлением системы), а для второго (для измерения коллимациотшх углов) — параллельно оси скручивания.

3.2. Принцип описания пространственной угловой ориентации контролируемого объекта — необходимо, чтобы:

- угловые координаты объекта задавались как углы Эйлера-Крылова;

- второй и третий углы Эйлера-Крылова определялись как повороты относительно неизменных направлений эквивалентных зеркальных систем двух чувствительных элементов, составляющих КЭ, первое из которых параллельно коллимационной оси, а второе — оси скручивания.

-103.3. По выбору измерительной системы координат — необходимо, чтобы орты падающего и отражённого пучков определялись относительно неподвижной системы координат, повёрнутой на определённый угол относительно основного неизменного направления, параллельного коллимационной оси — при измерении угла скручивания или оси скручивания — при измерении коллимационных углов.

4. Принципы минимизации составляющей погрешности вследствие взаимного влияния измерительных каналов при двух- и трёхкоординатных измерениях (КЭ в виде зеркальной системы с одной неплоской отражающей гранью).

4.1. По конфигурации КЭ с конической отражающей гранью — необходимо, чтобы плоскость основных неизменных направлений одного из составляющих чувствительных элементов была бы параллельна координатной плоскости, содержащей ось скручивания и одну из коллимационных осей (для КЭ с цилиндрической отражающей гранью справедливо положение 2.1).

4.2. По принципу описания пространственной угловой ориентации контролируемого объекта — необходимо, чтобы первый и второй углы Эйлера-Крылова определялись как повороты относительно оси скручивания и коллимационной оси, параллельной плоскости основных неизменных направлений (для конической грани) или основному неизменному направлению (для цилиндрической).

5. Принципы измерения угловой пространственной ориентации при использовании КЭ с отражающей гранью в виде фрагмента поверхности второго порядка:

- измерение трёх угловых координат выполняется в результате анализа автоколлимационного изображения в виде группы дуг кривых второго порядка — эллипсов;

-11- угол скручивания измеряется как угол поворота всего изображения относительно центра углового поля;

- коллимационные утлы определяются по параметрам отдельных эллиптических дуг: один из коллимационных углов — изменением величины одной полуоси, второй коллимационный угол — величиной угла поворота относительно центра эллипса.

6. Принцип выбора базовой зеркально-призменной системы для реализации КЭ при двух- и трёхкоординатных измерениях:

- универсальной конструктивной реализацией являются зеркальный триэдр и стеклянный тетраэдр, величины углов между отражающими гранями которых имеют отклонения от 90°;

- для увеличения диапазона измерения и (или) дистанции измерения одна из отражающих гранен зеркального триэдра выполняется в виде фрагмента цилиндрической поверхности;

- для измерений при изменяющейся дистанции до контролируемого объекта или переменпом диапазоне измерения одна из отражающих граней зеркального триэдра выполняется в виде фрагмента конической поверхности;

- при диапазоне измерения коллимационных углов существенно меньшем диапазона измерения угла скручивания, эффективно использование призмы БР-1800 с пирамидальностью и систем на её основе.

7. Необходимые условия уменьшения составляющей погрешности измерения вследствие виньетирования пучка оптическими элементами АУС.

7.1. По положению входного зрачка: - в случае, если входным зрачком измерительного оптико-электронного преобразователя (ИОЭП) АУС является непосредственно оправа КЭ, приемный объектив не должен ограничивать пучков, формирующих автоколлимационное изображение;

-12- при входным зрачке ИОЭП АУС, определяемым приёмным объективом, соответствешю, оправа КЭ, не должна ограничивать пучков, формирующих автоколлимационное изображение;

- необходимо, чтобы входной зрачок ИОЭП располагался в зоне постоянной облучённости пучка, сформированного предыдущим элементом оптической схемы.

7.2. По положению полевой диафрагмы :

- в случае, если удвоенное расстояние между автоколлиматором и КЭ меньше дистанции формирования излучаемого пучка, излучающая марка, определяющая автоколлимационное изображение должна быть расположена в фокальной плоскости объектива канала формирования;

- в случае, если удвоенное расстояние между автоколлиматором и КЭ больше дистанции формирования излучаемого пучка, марка, определяющая автоколлимационное изображение должна быть расположена в выходном зрачке объектива автоколлиматора, при этом канал измерения должен быть построен по авторефлексионнои схеме.

8. Принципы выбора структуры АУС по критерию минимизации поперечных габаритов оптических элементов в зависимости от условий измерительной задачи.

8.1. При изменяющейся в широких пределах или заранее неизвестной дистанции до контролируемого объекта оба канала измерения — коллимационных углов и угла скручивания должны выполняться по автоколлимационной схеме.

8.2. При известной дистанции до контролируемого объекта в случае относительно малого её изменения в процессе измерения:

- канал измерения коллимационных углов выполняется по автоколлимационной схеме;

- измерение угла скручивания выполняется автоколлимационным методом, но канал измерения построен по коллимационной схеме.

-138.3. При фиксированной дистанции до контролируемого объекта и использовании для измерения коллимационных углов чувствительного элемента, эквивалентного плоскому зеркалу:

- канал измерения коллимационных углов выполняется по авто-рефлексионной схеме;

- канал измерения угла скручивания выполняется по автоколлимационной схеме с совмещёнными оптическими элементами ( объектив автоколлиматора установлен непосредственно на входной грани КЭ).

Практическая ценность работы.

1. Разработаны следующие методики расчёта:

- параметров матриц действия КЭ в виде зеркальных триэдров и стеклятпшх тетраэдров по исходным параметрам их конфигурации;

- параметров конфигурации КЭ с плоскими отражающими гранями, обладающих требуемыми метрологическими свойствами;

- параметров матриц действия КЭ в виде зеркальных триэдров и стеклянных тетраэдров с неплоской отражающей гранью по исходным параметрам их конфигурации;

- параметров конфигурации КЭ с отражаклцей гранью в виде фрагмента цилиндрической или конической поверхности, обладающих требуемыми метрологическими свойствами;

- габаритного расчёта параметров элементов оптической схемы АУС, определяющих условие минимизации составляющей погрешности измерения вследствие виньетирования рабочего пучка.

2. Разработаны и исследованы схемы АУС:

- для двух- и трёхкоординатных измерений при использовании КЭ на основе зеркального триэдра и стеклянного тетраэдра с плоскими отражающими гранями;

-14- для двух- и трёхкоординатных измерений при использовании КЭ с неплоской отражающей гранью;

- с увеличенной чувствительностью измерения угла скручивания; - - для измерения угла скручивания при неизменной дистанции до контролируемого объекта (схема с совмещёнными оптическими элементами);

3. Получены экспериментальные данные по практически реализуемым метрологическим характеристикам (погрешность измерения, диапазон измерения, рабочая дистанция) разработанных по материалам исследований двух- и трёхкоординатных АУС.

4. Выполнена алгоритмизация полученных расчётных соотношений и разработан автоматизированный программный комплекс поддержки проектирования АУС.

Личный вклад автора. Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором, при его непосредственном участии или под его руководством. Автором выполнены исследования, определившие защищаемые положения и разработанные методики расчёта. Соавторство, в основном, относится к анализу отдельных характеристик некоторых КЭ, к разработке, проведению экспериментальных исследований и внедрению конкретных АУС.

Реализация результатов работы отражена одиннадцатью актами внедрения методик расчета и образцов АУС от предприятий и организаций, в том числе: АО "ВНИИТРАНСМАШ", войсковой части 41513, Санкт-Петербургского филиала института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИР РАН), Научно-исследовательского института комплексных испытаний оптико-электронных приборов (Санкт-Петербург), ЦКБ ПО Уральский оптико-механический завод, Уральского

государственного университета, Санкт - Петербургского Государственного института точной механики и оптики (ГИТМО), Эксперименгалыго-опыт-пого завода ЛИТМО, Ленинградского института водного транспорта, и других предприятий. Среди внедренных образцов АУС три защищены авторскими свидетельствами.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

- Второй Международной конференции по проблемам физической метрологии "Физмет'96" (Санкт-Петербург, 1996 г.), Международной конференции "Прикладная оптика - 96" (Санкт-Петербург, 1996 г.);

- II Всесоюзной научно - технической конференции "Применение лазеров в приборостроении, машиностроении и медицинской технике" (Москва, 1979 г.), Всесоюзной конференции "Оптические и оптико-электронные методы и приборы для точных линейных измерений и оптронная техника" (Киев, 1990 г.), Всесоюзном семинаре "Оптгосо-электрошше методы и средства в контрольно-измерительной технике" (Москва, 1991 г.);

- научно-техническом семинаре "Применение оптико-электронных приборов в контрольно-измерительной технике" ( Москва, 1976 г.), семинаре "Сборка и юстировка оптико -механических и оптико-электронных приборов" (Москва, 1977 г.), научно -техническом семинаре "Оптико-электронные приборы в системах контроля и управления (Москва, 1978 г.), научно-технической конференции "Оптические и оптико-электрояные методы и приборы для точных угловых и линейных измерений и оптронная техника" (Киев, 1989 г.);

научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ИТМО (Ленинград-Санкт-Петербург 1979, 1980,1986,1995,1996 гг.);

-16- XII и XIII научно-технических конференциях молодых специалистов (Ленинград, 1978, 1980 гаг.), I и II Всесоюзных конференциях молодых ученых и специалистов (Ленинград, 1984, 1986 гг.), XVIII научно-технической конференции молодых ученых и специалистов отрасли (Красногорск- 1989).

Трёхкоординатный автоколлиматор и опытный образец трёхкоорди-натной оптико-электронной АУС, реализованные с использованием материалов диссертационной работы экспонировались на ВДНХ (1980,1981 г.)

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в монографии и 50 научных трудах, в том числе в 11 авторских свидетельствах на изобретения, 1 патенте, 38 статьях и тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работая состоит из введения, пяти глав, заключения., библиографического списка и двух приложений. Работа содержит 524 страницы, включая 16 Таблиц, 234 рисунка; библиографический список включает 225 наименований.

II КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность работы. При этом определяется перечень основных измерительных задач, решаемых современными угломерами и формулируются группы требований к ним. Показано, чт о д ля рассматриваемых измерительных задач необходимы двух - и трёх-координатные измерения с относительной погрешностью не более 104 (высокоточные измерения) или 10"3 (точные измерения) при диапазоне измерения от десятков угловых минут (порядка 10~2 рад) для задач по пункту I перечня до единиц угловых градусов (задачи по пункту 2) и более — до 3-10'1 рад для некоторых задач по пунктам 3,4,5,6. Дистанция измерения

варьируется от сотен миллиметров (некоторые задачи по пункту 1) до единиц метров (задачи по пунктам 3,4) и более - для задач по пункту 6, причём в ряде случаев - например, для задач по пункту 7, измерения выполняются при изменяющейся дистанции.

В результате анализа углоизмерительных систем, построенных на различных физических явлениях (интерференции, поляризации, дифракции, прямолинейного распространения света) по критерию соответствия группам требовании определяется область научных исследований — оптические и оптико-электронные угломеры на основе геометрической оптики. Также, в результате сравнения двух основных видов угломеров на основе геометрической оптики — геодезических, использующих для измерения метод "засечек" и коллимационных (автоколлимационных) выбирается объект исследования — углоизмерителыгые системы, реализующие авто-коллимациопный метод измерения.

Формулируются цель и задачи диссертационного исследования, научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

В Главе 1 выполнен аналитический обзор схем основных типов известных АУС по критерию соответствия сформированным во Введении групп требований. Рассмотрены тенденции развития АУС и наиболее перспективные схемы.

В частности, в большинстве схемных решений повышение точности измерения реализуется двумя способами:

- увеличением чувствительности измерения ( пути: увеличение коэффициента преобразования чувствительного элемента, участка измерительной цепи "объектив — анализатор" и собственно анализатора);

— уменьшением составляющей погрешности вследствие нестабильности параметров обрабатываемого сигнала как в оптической, так и в электронной части АУС (нуга: дублирование измерительных каналов, измере-

ние по нулевому методу, использование помехоустойчивых видов модуляции, в частности, - кодовой, с применением многоэлементных приёмников оптического излучения).

Установлено, что диапазон измеряемых углов и дистанция измерения АУС в значительной степени ограничивается допустимым виньетированием отражённого от КЭ пучка в плоскости входного зрачка приёмного объектива. Причиной виньетирования является принципиальная особенность АУС — отклонение отражённого пучка при повороте КЭ. Виньетирование принимаемого пучка также определяет одну из основных составляющих систематической погрешности измерения.

Выявлено ограниченное количество приборных способов компенсации указанного негативного влияния виньетирования, в частности, активная компенсация отклонения отражённого пучка. Наиболее перспективным является способ псевдосканирования отражённого пучка, в соответствии с которым КЭ формирует группу отражённых пучков, орты которых расположены в некоторой плоскости с некоторым угловым шагом. При этом в процессе измерения используется пучок (или группа пучков), для которого виньетирование минимально.

Из проведённого обзора следует, что возможность двух- и трёхкоор-динатных измерений главным образом определяется свойствами зеркаль-но-призменной системы^ на основе которой реализован КЭ. При этом одной из основных составляющих погрешности измерения является методическая погрешность вследствие взаимного влияния каналов измерения угловых координат.

По материалам главы сформулированы конкретные задачи диссертационных исследований.

Глава 2 посвящена исследованию закономерностей определения углового пространственного положения объектов при использовании в АУС

контрольных элементов (КЭ) на основе зеркально-призменных систем с плоскими отражающими гранями.

Вначале оптимизируются матрицы действия общего (канонического) вида основных классов зеркальных систем, эквивалентных используемым КЭ. При этом отдельно рассматриваются системы для измерения угла скручивания и коллимационных углов. Критерий оптимизации — минимизация погрешности измерения вследствие взаимного влияния угловых координат. Установлено, что погрешность измерения угла 0; поворота КЭ относительно одной из осей (например, угла 0з поворота относительно оси скручивания СК1 — Рис.1) вследствие поворота 0j относительно другой оси (например, на угол 01 относительно коллимационной оси ОХт) пропорциональна коэффициенту влияния ку, численно равного отношению коэффициентов преобразования КЭ по влияющему углу ©I и измеряемому углу 01: кз_1= К^/Каз. При использовании рассмотренных КЭ реализуется влияние одного из четырёх уровней.

Уровень 1 — значительное влияние: ку »1 (= 1...3), при котором величина координаты орта отражённого пучка, являющаяся мерой одной угловой координаты - 0, в основном определяется фактором влияния — другой угловой координатой ©3 (например, плоское зеркало при измерении угла скручивания).

Уровень 2 — влияние первого порядка: ку «1 или ку <1 (у = 1...3) при котором величина координаты орта отражённого пучка приблизительно в равной степени определяется как измеряемой угловой координатой -

Я г,

Автоколлиматор Рис.1.

©1, так и фактором влияния— другой угловой координатой 0, (например, тройное зеркало общего вида близкое по форме к зеркальному триэдру).

Уровень 3 — Влияние второго порядка: к, , « 1 при ку « 0.1 или менее, для которого величина координаты орта отражённого пучка в основном определяется измеряемой угловой координатой - ; фактором влияния другой угловой координаты 0] — во многих практических случаев можно пренебречь (зеркальный триэдр определённой конфигурации).

Уровень 4 — Незначительное влияние: ку « 1 при ку ~ 0.01 или менее, для которого взаимное влияние угловых координат пренебрежимо мало, что позволяет полагать угловые измерения независимыми (зеркальный триэдр определённой конфигурации).

Для каждой измеряемой угловой координаты определяются требования к параметрам матрицы действия КЭ, при которых реализуется незначительное влияние второй утловой координаты и влияние второго порядка для третьей. Также находятся параметры исходной ориентации КЭ относительно падающего пучка, при которых влияние третьей угловой координаты также становится незначительным — т.е. выполняются независимые измерения.

Доказывается, что оптимальными для двух- и трёхкоорданатных измерений являются два типа зеркальных систем: зеркальный триэдр (тройное зеркало) и система из двух прямоугольных угловых зеркал, ( четырёхгранное зеркало), а также три типа призменных: стеклянный тетраэдр, прямоугольная призма с малой пирамидальностью и две прямоугольные призмы, конструктивно образующие четырёхгранную пирамиду. При этом использование КЭ в виде зеркального триэдра и стеклянного тетраэдра обеспечивает меньшую погрешность вследствие влияния угловых координат.

Получены соотношения, определяющие связь между метрологическими параметрами КЭ (коэффициент преобразования по измеряемому углу, коэффициенты влияния) и параметрами конфигурации (углы между от-

ражающими гранями, показатель преломления стекла, клиновидность фронтальной грани). По разработанным методикам синтезированы КЭ в виде зеркального триэдра или стеклянного тетраэдра следующих семейств.

1. Для независимого измерения угловых координат (конфигурация — два двугранных угла между отражающими гранями имеют одинаковые по абсошотной величине отклонения от 90°).

2. Для измерений в увеличенном диапазоне или на увеличенной дистанции (конфигурация — три двугранных угла между отражающими гранями имеют отклонения от 90°, причём величины этих отклонений связаны найденным соотношением). В этом случае в зависимости от ожидаемого диапазона измерения или дистанции до объекта может быть реализована требуемая величина коэффициента передачи КЭ по всем трём измеряемым углам.

3. С увеличенной энергетической эффективностью (конфигурация — двугранные углы между отражающими гранями имеют отклонения от 90°, а также преломляющая поверхность КЭ — стеклянного тетраэдра выполнена в виде двух плоскостей, орты к которым составляют друг с другом определённый угол в плоскости, перпендикулярной одной из коллимационных осей).

При использовании КЭ семейства 1 в плоскости анализа АУС формируется пять изображений излу-

1 У

чающей марки автоколлиматора: 1 ———

1...4 - пучками, отражёнными от внутренних граней тетраэдра (1...3 на рис.1); 5 — пучком, отражённым от фронтальной ( преломляющей) грани (поз 4, рис.1), как от автоколлимационного зеркала — рис. 2. Поворот КЭ приводит к смещению

3

X 1 Рис. 2

изображений (положение Г.. .5 ), причём по смещению изображений 1,2 может быть выполнено независимое измерение угла скручивания ©з. Коллимационные углы 0Ь 02 измеряются по смещению изображения 5. При использовании КЭ семейства 2 все шесть изображений марки сформированы пучками, отражёнными внутренними гранями КЭ — рис. 3.

При поворотах КЭ (положение Г...6') по смещению любого из центральных изображений 1,2 определяется коллима-циошшй угол 0ь по смещению ¿¡у — коллимационный угол ©2- По смещению £3у изображений 3,4 определяется угол скручивания 0з. Для различных КЭ семейства 3 вид

Рис. 3.

плоскости анализа и алгоритм измерения аналогичны рассмотренным, но неиспользуемые изображения 3,4 (рис.1) и 5,6 (рис 2.) не формируются., что увеличивает долю полезно используемого потока излучения.

В Главе 3 исследуются особенности измерения углового пространственного положения при использовании в АУС контрольных элементов (КЭ) на основе зеркально-призменной системы, одна отражающая грань которой выполнена в виде фрагмента поверхности второго порядка.

Такие системы отражают пучок в виде расходящейся ленточной структуры го элементарных пучков, орты которых не являются сонанрав-ленными и лежат на некоторой конической поверхности с вершиной в точке пересечения граней. В результате КЭ реализует псевдосканирование отражённого пучка, что определяет возможность увеличения диапазона измерения и рабочей дистанции, а также уменьшение погрешности измерения вследствие виньетирования.

Отражснные пучки формируют в плоскости анализа изображения, с достаточной точностью аппроксимируемые эллиптическими дугами. Каждое изображение опредедяегся тремя группами параметров: формы ( величины полуосей ), относительной ориентации (угол поворота 3 дуги относительно некоторой характерной точки ), абсолютной ориентащш — угол 9 поворота всех изображений относительно центра плоскости анализа. Получены соотношения между параметрами конфигурации КЭ и параметрами эллиптических изображений. Из них следует, что при малых величинах углов поворота КЭ величина малой полуоси а эллиптической дуги пропорциональна коллимационному углу ©ь угол 3 относительной ориентации — коллимационному углу ©2, угол 6 абсолютной ориентации равен углу скручивания ©3 (принято, что неплоской является отражающая грань 3 -Рис.1). Отсюда следует специфический трёхэтапный алгоритм независимого измерения угловых координат:

- измеряются координаты в плоскости анализа АУС нескольких точек эллиптической дуги (не менее пяти),

- вычисляются коэффициенты уравнения кривой второго порядка общего вида, а затем — параметры а(©1), Е(0:), 9(®з) эллиптических дуг;

- по установленным соотношениям вычисляются величины угловых координат ©1, ©2, ©з.

По разработагпшм методикам синтезированы КЭ в виде зеркального триэдра (или стеклянного тетраэдра) с цилиндрической и конической гранями. Типовая конфигурация КЭ включает цилиндрическую грань 3 с малой кривизной (Рис.4); утлы между гранями 1 и 2, а также между гранью 2 и осью цилиндра имеют малые отклонения от 90°. При найденных соотношениях между параметрами конфигурации формируемое изображение состоит из четырёх эллиптических дуг (Рис. 5).

В случае поворотов КЭ, изображения 1 и 3 повернутся на угол 3(©г) относительно характерных точек Р и Рь при этом изменится длина а(©1) их

Плоскость направляющей

Рис.4

У 1 \ \ о —2 ,3 /

р О Р1

о

Рис. 5.

хорды Р<2. Всё изображение повернётся относительно центра О плоскости анализа на угол 0(0з) — на рис. 6 и 7 указанные изменения изображены по-отдельносги.

Вне зависимости от величины поворота КЭ, изображения находятся в угловом поле АУС, что позволяет увеличить диапазон измерения всех трёх угловых координат. Установлено, что при увеличении дистанции вследствие виньетирования изображений в характерных точках Р существенно возрастает погрешность измерения. Это обстоятельство ограничивает область использования КЭ с цилиндрической гранью задачами измерения при неизменной или относительно мало изменяющейся дистанции.

о

У е=е> о

Р 0

X

Рис. 6

Рис. 7.

Л0 Х = 45°

Образующая поверхности

Рис. 8.

Л I..... /- \</ •

.; г) / 1 Г\ -\

Рис.9.

Обосновывается выбор зеркально-

го триэдра с конической отражающей гранью в качестве КЭ для измерений при изменяющейся дистанции. По результатам анализа свойств КЭ определены соотношения между параметрами конфигурации, при которых реализуется трёхэгапный алгоритм независимого измерения угловых координат. В этом случае ось конической поверхности расположена в биссекториой плоскости двугранного угла между плоскими гранями и составляет заданный угол с его ребром; составляющая конической грани 3, лежащая в биссекториой плоскости ортогональна ребру двугранного угла между гранями 1 и 2 — рис. 8.

В плоскости анализа АУС формируется изображение в виде неполных эллипсов 1...4 с одинаковыми полуосями, центры Р]. Р4 которых попарно расположены на ортогональных осях —рис. 9.

При поворотах КЭ изменяется малая полуось «(©]) каждого эллипса и происходит его поворот относительно собственного центра Р на угол 5(0г). Всё изображение поворачивается на угол в = ©з относительно центра О углового поля АУС— на рис. 10, 11 изменения изображены по-отдельности. Доказано, что центры Рь 1'г изображений 1 и 2 при малых углах ©1, ©2,©з перемещаются только при повороте на угол скручивания 03, что позволяет реализовать независимые трёхкоординатные измерения.

Эллиптические изображения независимо от поворотов КЭ проходят через центр О плоскости анализа, что позволяет выполнять измерения при

виньетировании краевых точек изображений в случае увеличения дистанции до КЭ.

Результаты исследований позволяют сделать вывод об эффективности КЭ с неплоской отражающей гранью при двух- и трёхкоординатных измерениях в диапазоне порядка десяти угловых градусов на дистанции до десятков метров.

В Главе 4 рассматриваются принципы построения оптической схемы АУС. Исследуются соотношения между параметрами элементов оптической схемы, при которых виньетирование пучков, формирующих изображения в плоскости анализа не превышает допустимого значения.

Погрешность возникает вследствие неодинакового виньетирования элементарных пучков, формирующих изображения точек марки, симметричных относительно её центра. В результате измеряемое оптико-электронной АУС положение энергетического центра изображения не совпадает с положением его геометрического (истинного) центра, что может привести к относительной погрешности измерения до десятков процентов. Возникающее рассогласование сложным образом связано с параметрами элементов оптической схемы, величиной измеряемого угла и дистанцией

измерения, что практически исключает возможность компенсации погрешности. Для уменьшения рассматриваемой погрешности измерения необходима реализация ситуации отсутствия или практической неизменности виньетирования пучка, что достигается при определённых габаритных соотношениях между элементами обобщённой оптической схемы.

По каналу измерения коллимационных углов рассматривалась автоколлимационная схема, по канату измерения угла скручивания — автоколлимационная и коллимационная схемы. По каждой схеме анализировались два основных варианта размещению апертурной диафрагмы относительно пучка излучающего канала АУС: на дистанции, меньшей дистанции формирования пучка — первый вариант и альтернативный — второй вариант. По каждому из вариантов анализировались три ситуации, в каждой из которых апертурная диафрагма определяется одним из основных компонентов оптической схемы: приёмным объективом, КЭ или излучающим объективом (ситуации1,2 и 3).

Анализ показал, что второй вариант по размещению апертурной диафрагмы фактически определяет измерение по авторефлексионной схеме с размещением марки непосредственно в выходном зрачке объектива автоколлиматора. В этом случае измерение возможно на большей дистанции, в большем диапазоне углов и при меньших световых диаметрах оптических компонентов по сравнению с автоколлимационной схемой. Недостатками авторефлексионной схемы являются меньшая чувствительность, жёсткие ограничения на величину возможного изменения дистанции, значительная погрешность измерения вследствие линейных смещений контролируемого объекта по коллимациотшм осям при использовании КЭ в виде зеркального триэдра или стеклянного тетраэдра.

При первом варианте расположения апертурной диафрагмы найденные условия определяют меньшие световые диаметры оптических компонентов в ситуации 2 для автоколлимационной схемы измерительного кана-

ла и при ситуации 1 — для коллимационной.

Исследовались две специальные схемы канала измерения угла скручивания: с увеличенной чувствительностью и с совмещёнными оптическими элементами. В первой схеме увеличение чувствительности достигается посредством многократного прохождения пучка через КЭ в виде зеркального триэдра или стеклянного тетраэдра, для чего в состав АУС вводится дополнительное зеркало, расположенное на некотором расстоянии от оптической оси объектива автоколлиматора. Во второй схеме с целью упрощения структуры АУС и минимизации габаритов оптических элементов объектив автоколлиматора располагается непосредственно на входной грани КЭ, при этом фокусное расстояние объектива равно дистанции до КЭ.

Исследовались габаритные соотношения при использовании КЭ с неплоской отражающей гранью. Для определения условий отсутствия виньетирования анализировалось распределение облучённости в продольном сечении эллиптического изображения.

Рассматривались особенности построения схемы трёхкоординатной АУС как совокупности каналов измерения угловых координат.

В Главе 5 излагаются вопросы экспериментальной проверки достоверности полученных теоретических результатов. По разработанным методикам спроектированы и реализованы основные типы исследованных КЭ, макеты каналов измерения угла скручивания и коллимационных углов, экспериментальные образцы двух- и трёхкоординагаых АУС.

Исследовались трёхкоординатные АУС, построенные по трём основным схемам: автоколлимационной, смешанной (канал измерения коллимационных углов — по автоколлимационной схеме, канал измерения угла скручивания — по коллимационной), специальной (капал измерения коллимационных углов — по авторефлексионной или автоколлимационной схеме, канал измерения угла скручивания — по схеме с совмещёнными оптическими элементами). При этом четыре АУС были выполнены как спе-

циализированные, с неизменной (или дискретно изменяемой) дистанцией измерения и для КЭ определенного типа, две — как универсальные (в визуальном и оптико-электронном вариантах). При экспериментах использовалась оригинальная методика аттестации трёхкоординатных АУС.

В. результате анализа экспериментальных данных по специализированным АУС установлено, что предельная погрешность измерения любой из трёх измеряемых координат составляет 15" (с доверительной вероятностью 0,977) в диапазоне ±20' (в одном из образцов погрешность 30" в диапазоне ±30'). Дистанция измерения в зависимости от образца-— 1,2,3,6 м.

Визуальный вариант универсальной АУС выполнен на базе серийного автоколлиматора АК-0,25. Экспериментально определённые параметры: предельная погрешность измерения коллимационных углов — 2" в диапазоне ±6', по углу скручивания — 7'30" в диапазоне±3°. Дистанция измерения — 0,1...3 м. При реализации схемы увеличения чувствительности измерения угла скручивания предельная погрешность составляет 9" в диапазоне ±30'; дистанция измерения— 1,0±0,3 м.

Оптико-элекгронная универсальная АУС выполнена в виде программно-аппаратного комплекса, включающего автоколлиматор с приёмным каналом на основе ПЗС, сопряжённым с ЭВМ. В зависимости условий измерительной задачи могут использоваться различные КЭ, а также алгоритмы обработай изображения в плоскости анализа. Экспериментально определённые характеристики АУС приведены в Таблице. Для погрешности измерения указано предельное значение с доверительной вероятностью 0,997, а также условия выполнения эксперимента по дистанции и диапазону. Результаты экспериментов подтвердили правильность разработанных принципов построения АУС и методик расчёта.

В заключении изложены основные научные и практические результаты работы; в приложениях приведены фотографии разработанных КЭ, макетов и экспериментальных образцов, акты внедрения.

Параметры универсальной опгако-электронной АУС Таблица

Используемый контрольный элемент Коллимационные углы Угол скручивания Дистанция не менее, м

Погрешность изм. Диапазон не менее Погрешно сть изм. Диапазон не менее

0) ©2 0з

Семейство 1 3" 3" ±20' 1'10" ±3° 1,5

Семейство 2 45" 45" ±3° 1'10" ±3° 2,5

С цилинд-рич. гранью 6' 1'40" ±10° 1'10" ±10° 3

С конической гранью 2'30" 2'10" ±10° 1'30" ±10° 6

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Рассмотрены основные тенденции развития автоколлимационных углоизмерительных систем, выявлены группы требований к ним.

2. Проведены исследования свойств контрольных элементов различных видов, габаритных соотношений схем измерительных каналов отдельных угловых координат, схем двух- и трёхкоординатных систем.

3. По результатам исследований сформулированы основные принципы построения оптических и оптико-электронных автоколлимационных углоизмерительных систем с расширенными метрологическими возможностями в плане реализации двух- и трёхкоординатных измерений, увеличения диапазона и дистанции измерения.

4. Разработана группа методик расчёта параметров контрольных элементов для автоколлимационных угловых измерений с различными метрологическими свойствами: для двух и трёхкоординатных измерений; с минимизацией методической погрешности вследствие взаимного влияния угловых координат; с заданной величиной коэффициента преобразования по всем трём угловым координатам; с увеличенной энергетической эффективностью; для выполнения измерений при изменяющейся дистанции до контролируемого объекта; для измерений в увеличенном диапазоне углов.

5. Разработаны методики расчёта параметров обобщённой оптической схемы каналов измерения угловых координат с минимизацией состав-

ляющей систематической погрешности измерения вследствие виньетирования отражённого пучка.

6. Выполнена алгоритмизация основных расчетных соотношений и разработана система поддержки проектирования автоколлимационных уг-лоизмерительных систем.

7, Для проверки достоверности полученных результатов спроектированы и выполнены экспериментальные исследования контрольных элементов с различными метрологическими свойствами, а также типовых двух- и трёхкоординатных оптических и оптико-элекгронных автоколлимационных углоизмерительных систем.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. Коняхин И.А. Панков Э.Д. Трехкоординатные оптические и оптико-электронные угломеры. - М.: Недра 1991.- 224 с: ил.

2. Коняхин И.А., Панков Э.Д. Трехкоординатный оптико-электронный автоколлиматор //Применение оптико-электронных приборов в контрольно-измерительной технике: Материалы семинара.-М.: МДНТП.-1976.-С.78-81.

3. Коняхин И.А., Панков Э.Д. Визуальный трехкоординатный автоколлиматор //Сборка и юстировка оптико-механических и оптико-электронных приборов: Сб. тез. докл. семинара. -М.: ЦНИИ информации,- 1977.-С.89-93.

4. Коняхин И.А., Мусяков В.Л., Панков Э.Д. и др. Оптико-электронное устройство для измерения скручивания //Сборка и юстировка оптико-механических и оптико-электронных приборов: Сб. тез. доо..-М.:ЦНИИинформалии.-1977.-С.94-97.

5. А с. №557261 СССР, МКИ в 01 В 11/26. Отражатель для угломерного устройства //И. А.Коняхин, Э.Д.Панков и др.; опубл. в Бюл. 1977, №17.

6. А с. №574606 СССР, МКИ О 01 В 11/26. Устройство для контроля угла поворота объекта//И.А.Коияхин, Э.ДПанков; опубл. в Бюл. 1977, №36.

7. Коняхин И.А. Отражатель для углоизмсрительного устройства //XП научно-техническая конф молодых специалистов: Сб. тез. докл..-Л.: ГОИ.-197&- С.281-282.

-328. Кошкин И.А., Панков Э.Д. Отражатель для трехкоординатного оптико-электронного угломера //Оптико-электронные приборы в системах контроля и управления: Материалы семинара.-М.: МДНТП.-1978.- С.101-109.

9. Коняхин И.А., Мусяков В.Л., Панков Э.Д. Анализ работы уголкового отражателя с погрешностью прямого двугранного угла в устройствах для измерения скручивания //Оптико-механическоеприборостроение: Межвузовский сб.-Л :СЗПИ.-1979-С.27—34.

10. Коняхин И.А. Отражатель для углоизмерительного устройства //Оптико-электронные приборы в контрольно-измерительной технике/под ред Л.Ф. Порфирьева ,-Л.:ЛИТМО.-1979.-С.69-74. -(Тр ЛИТМО).

11. Коняхин И.А. Делитель лазерного пучка на основе уголкового отражателя //Применение лазеров в приборостроении, машиностроении и медицинской технике: Сб. тез. докл. П Всесоюзной научно-технической конф.-М.: МВТУ.-1979.-С.447-449.

12. Коняхин И.А., Панков Э.Д. Анализ свойств отражателя трехкоординатного угломера //Онтико-механическое приборостроение: Межвузовский сборник.-Л.: СЗПИ. -1979.-С.44-48.

13. Коняхин И.А., Панков Э.Д Трехкоодинатный автоколлиматор // Метрология в оптическом приборостроении: Сб. тез. докл.-М.:ЦНИИинформации.-1979.-С.9.

14. Коняхин И.А. Особенности построения схемы оптико-элекгронного угломера с использованием уголкового отражателя //Вопросы исследования и разработки точных систем приборостроения-Л.: ЛИТМО.-1979.-С,30-32. -{Тр. ЛИТМО).

15. Коняхин И.А., Панков Э.Д. Отражатель для трехкоординатных углоизмери-тельных устройств //Оптико-механическая промышленность.-1980.-№2.-С.31-34

16. Коняхин И А., Панков Э.Д Трехкоординатный автоколлиматор //Огггико-механическая промышленносгь.-1980.-№3 -С.19-21.-С.19-21

17. Коняхин И.А. О расчете уголковых отражателей для углоизмерительных приборов //ХШ научно-технической конференции молодых специалистов: Сб. тез. докл.. -Л.: ГОИ.-1980.-С.203-204.

18. А с. 769316 СССР, МКИ О 01 В 12/00. Устройство для контроля углов поворота объекта /ИАКоняхин, Э.Д.Панков (СССР), опубл. в Бюл. 1980, №37.

. 19. А.с. №781563 СССР, МКИ О 01 В 11/00. Оптический датчик перемещения объекта // И.А Коняхин, Э.Д.Панков и др.; опубл. в Бюл., №43.

-3320. А с №807055 СССР Отражатель угломера //И.А Коняхин, Э.Д. Панков, опубл. в Еюл., 1981, №43.

21. A.c. №823273 СССР Оптико-электроиное углоизмерительное устройство //Коняхин И.А., Панков Э.Д.; опубл. 1981, Бюл., №15.

22. A.c. №879298 СССР Оптико-электронное устройство для контроля углового положения объекта//И.А. Коняхин., Э.Д. Панков, опубл. 1981, Бюл. №41.

23. Коняхин И. А. Панков Э. Д Анализ и экспериментальное исследование погрешностей трёхкоординатного автоколлиматора //Оптико-механическая промышленность, 1981, № 10, С.40-42.

24. Коняхин И.А. Об одном варианте отражателя для трёхкоординатного угломера //Изв. Вузов —Приборостроение .- 1982 - Т. 15, №4, С.78-79.

25. Андреев А.Л., Коняхин И.А., и др. Трёхкоординатный датчик взаимных угловых рассогласований/ЛЭптико-электронные приборы в контрольно-измерительной технике/под ред. Л.Ф. Порфирьева.-Л. :ЛИТМО, 1983,-(Тр. ЛИТМО).-С.40-46.

26. Зубенко Д.Ю., Коняхин И.А. Оптико-электронный автоколлиматор для измерения угла скручивания //Теоретическая и прикладная оптика:Тез. докл. I Всесоюзной конф. молодых ученых и специалистов. -Ленинград:ГОИ, 1984.-С, 189-190.

27. Коняхин И.А, Панков Э.Д. Контрольные элементы оптических и оптико-электронных угломеров (Часть 1)//Известия ВУЗов — Приборостроение, 1985. - № 10.-С.62-68.

28. Зубенко Д.Ю., Коняхин И.А. Оптико-электронный углоизмерительный автоколлиматор //Теоретическая и прикладная оптика: Тез. докл. П Всесоюзной конф. молодых ученых и специалистов.-Ленингр ад :ГОИ, 1986.-С.310.

29. Коняхин И.А, Панков Э.Д. Контрольные элементы оптических и оптико-электронных угломеров (Часть П) //Известия ВУЗов — Приборостроение, 1986. № 2, С. 75-85.

30. A.c. 1430742 СССР, МКИ G 01 В 11/26. Оптико-электронное устройство для измерения угла скручивания объекта /Д.Ю.Зубенко, И.А. Коняхин, ЭДПанков, А.Л.Андреев; опубл. 15.10.88, Бюл.№38.

31. Зубенко Д.Ю., Коняхин И.А. Оптико-электронный угломер //Материалы XVIII научно-технической конф. молодых ученых и специалистов отрасли, Красногорск-1989.-С.З-4.

-3432. Зубенко Д.Ю., Коняхин И.А. Угломер для определения угла скручивания //Оптические и оптико-электронные методы и приборы для точных угловых и линейных измерений и оптронная техника: Тез. докл. Всесоюзн конф., Киев, 1990 — Моск-ва.'Информтехника, 1989.-С.23.

33. А.с. №1486784 СССР, МКИ О 01 В И/26. Способ аттестации автоколлимационных угломеров //И АКоняхин, Э.Д.Панков и пр.; опубл. 1989, Бюл., №22.

34. Зубенко Д.Ю., Коняхин И.А. Об одном варианте угломера для измерения угла скручивания //Изв. ВУЗов СССР. Приборостроение.-1990.-Т.ЗЗ, №8.-С.78-81.

35. Коняхин И.А., Моллов Г.С Методика расчёта параметров оптической схемы угломера//Оптнческме и оптико-электронные методы и приборы для точных линейных измерений и оптронная техника: Тез. докл. Всесоюзн. конф., Киев, 1990,- М., ПТЦ: Информтехника, 1991, С. 45-46.

36. Коняхин И.А., Моллов Г.С., Панков Э.Д. Расчет параметров оптической схемы угломера для измерения скручивания //Оптические и оптико-электронные методы и приборы для точных линейных измерений и оптронная техника: Тез. докл. Всесоюзн. конф., Киев, 1990 г.-М., ПТЦ: Информтехника, 1991, С. 43^4.

37. Зубенко Д.Ю., Коняхин И.А. Устройство контроля углового положения объекта на основе явления анаморфозы //Оптико-электронные методы и средства в контрольно-измерительной технике: Материалы Всесоюзного семинара. -Москва:Ин-формгехника, 1991.-С.89-91.

38. Коняхин И.А., Моллов Г.С., Панков Э.Д. Трехкоординатный оптико-электронный автоколлиматор с улучшенными метрологическими характеристиками //Оптико-электронные методы и средства в контрольно-измерительной технике: Материалы Всесоюзного семинара -Москва:Информтехника, 1991, С. 86-89.

39. Батян П.В., Коняхин И.А., Моллов Г.С. Контрольный элемент с криволинейной гранью для фотоэлектрического автоколлимационного угломера //Изв. ВУЗов СССР — Приборостроение. -1992. —№1-2, С. 82- 89.

40. А.С. 1717952 СССР, МКИ О 01 В 11/26. Отражатель для оптико-электронного углоизмерительного устройства /Д.Ю. Зубенко, И.А. Коняхин, Э.Д. Панков; опубл. 07.03.92, Бюл. №15.

41. А с. 1728653 СССР, МКИ в 01 В 11/26. Отражательная система оптико-электронного устройства для измерения утла скручивания /Д.Ю.Зубенко, И. А-Коняхин, Э.Д.Панков; опубл. 23.04.92, Бюл. .№15.

-3542. Катян П.В., Коняхин И.А.,. Тимофеев АН. Формирователь базового направления /Информационный листок № 384-94 - СПб:ЦНТИ, 1994.

43. Андреев А.Л., Коняхин И.А., Панков Э.Д , и др. Проблемы создания оптико-электронных систем для определения взаимного положения разнесенных в пространстве объектов или их элементов. //Оптический журнал. -1995. - № 8. - С.8-12.

44. Батян П.В., Коняхин И.А.,. Лукьянов Г.Н. Установка оперативного мониторинга жилых и промышленных сооружений /Информационный листок N 312-95.

— СПб:ЦНТИ, 1995.

45. Патент на изобретение №2054621 Россия, МКИ G 01 В 11/26. Отражатель фотоэлектрического автоколлимационного угломера /И.А. Коняхин, Г.С. Моллов Г.С., Э.Д. Панков; опубл. 20.02.96, Бюл. №5.

46. Батян П.В., Коняхин И.А. Распределение облученности изображения в плоскости анализа автоколлимационных угломеров //Изв. ВУЗов — Приборостроение.

- 1996, Т.39, № 4, С. 75-78.

47. Батян П.В., Коняхин И. А., Лукьянов Г.Н. Система предупреждения экологических катастроф на основе мониторинговых наблюдений объектов энергетики и промышленности //Оптико-электронные приборы и системы: N6. статей /Под ред. проф. Э.Д. Панкова,— Выпуск № 96. — СПб.:РИЦ ИТМО,1996, С. 78- 83.

48. П.В. Батян, И.А. Коняхин, Э.Д. Панков. Автоколлимационная система для угловых измерений//Сб. тез. докл. конф. "Прикладная оптика - 96"- СПб, ГОИ, 1996 -С.234.

49. П.В. Батян, И.А. Коняхин, Э.Д.. Панков. Контрольные элементы для трехко-ординатных автоколлимационных измерений//Вторая Международная конф. по проблемам физической метрологии "ФИЗМЕТ-96": Сб. тез. докл/ Под. ред. А.Е. Городецкого,- СПбВНИИМ, 1996.-C.33-34.

50. Батян П.В., Коняхин И.А., Панков Э.Д. Контрольные элементы для трехко-ординатных автоколлимационных измерений//Фгоическая метрология: теоретические и прикладные аспекты :Сб. статей/ Под. ред. д.т.н. Городецкого А.Е. и к. ф.-м. н. Кур-банова В.Г. - СПб: KN, 1996, С. 198-202.

51. Батян П.В., Коняхин И.А.,, Панков Э.Д. Контрольные элементы автоколлимационных угломеров с улучшенными метрологическими характеристиками// Оптический ясурнал, т. 4, №1, 1997.-С. 61-66.

^ / $$ _ /Г • оО*'*- 08-<2 Ъ *о/оу

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ

МЕХАНИКИ И ОПТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

КОНЯХИН Игорь Алексеевич

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫХ УГЛОМЕРОВ

05.11.07 — Оптические

V -

%о

> К

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

?<

ш £ Он

и ? с Л ®

С-

Санкт -Петербург -— 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 9

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫХ УГЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 52

1.1 Обобщенная структурная схема автоколлимационной углоиз-

мерительной системы 52

1.2. Обзор способов увеличения точности измерения 56

1.2.1. Структура результирующей погрешности измерения 56

1.2.2 Схемы АУС с увеличенной чувствительностью 59

1.2.3. Основные направления уменьшения инструментальной погрешности АУС 68

1.2.4. Выводы по результатам анализа схем АКУ 75

1.3. Основные методы увеличения диапазона измерения и рабочей

дистанции АУС 76

1.3.1. Ограничения, определяющие диапазон измерения и рабочую дистанцию АУС 76

1.3.2. Схемы АУС с активной компенсацией отклонения пучка 78

1.3.3. Схемы АУС с псевдосканированием пучка 79

1.3.4. Выводы по результатам анализа схем АКУ 85

1.4. Схемы АУС для определения угловой ориентации объекта относительно двух или трёх осей 86

1.4.1. Математическое описание угловой ориентации объекта 86

1.4.2. Схемы АУС для измерения двух коллимационных углов 88

1.4.3. Схемы АУС для измерения угла скручивания 90

1.4.4. Трёхкоординатные АУС 98 1.4.5 .Выводы по результатам анализа АУС 104

1.5. Направления и задачи диссертационного исследования 105

Глава 2. АНАЛИЗ СВОЙСТВ КОНТРОЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОКОЛЛИМАТОРОВ НА ОСНОВЕ ЗЕРКАЛЬНО-ПРИЗМЕННЫХ СИСТЕМ С ПЛОСКИМИ ГРАНЯМИ 111

2.1. Общий алгоритм автоколлимационных измерений; формулировка задачи исследования 111

2.2. Основные способы задания матрицы преобразования координат 112

2.2.1. Специальная система координат для автоколлимационных измерений 112

2.2.2. Классическая система координат; выбор группы параметров

угловой ориентации 114

2.2.3. Выбор метода задания угловых координат 116

2.3. Аналитический вид компонентов алгоритма автоколлимационного метода измерения 119

2.3.1. Оценка погрешности приближения при задании матрицы Mr цд

2.3.2. Обобщённый вид матрицы преобразования координат 123

2.3.3. Структура выражения для орта отражённого пучка 125

2.3.4. Вид выражения для матрицы действия КЭ 126

2.4. Анализ основных видов контрольных элементов для автоколлимационных измерений 129

2.4.1. Вид выражения для орта отражённого пучка при зависимых и независимых угловых измерениях 130

2.4.2. Выбор классов анализируемых зеркально-призменных сист. 136

2.4.3. Свойства зеркально-призменных систем, используемых при автоколлимационных измерениях 138

2.4.4. Оптимизация параметров эквивалентных зеркально-призменных систем для измерения коллимационных углов 140

2.4.5. Оптимизация параметров эквивалентных зеркально-призменных систем для измерения угла скручивания 145

2.4.6. Обзор результатов анализа действия эквивалентных зеркальных систем; синтез контрольных элементов для автоколлимацион-151 ных измерений

2.5. Разработка методики расчёта параметров матрицы действия КЭ в виде системы зеркал 162

2.5.1. Общий вид матрицы действия зеркального триэдра 163

2.5.2. Методика расчёта матрицы действия зеркального триэдра с использованием системных параметров 164

2.5.3. Методика расчёта матрицы действия зеркального триэдра с использованием параметров отклонения 170

2.5.4. Разработка методики расчёта матрицы действия зеркального триэдра с использованием параметров формирования 171

2.6. Методика расчёта матрицы действия КЭ в виде призмы 180

2.7. Синтез КЭ с заданными метрологическими свойствами. Примеры использования разработанной методики 185

2.7.1. Выражение для орта отражённого пучка 185

2.7.2. Основные этапы анализа зеркально-призменных КЭ. 189

2.7.3. Основные этапы синтеза зеркально-призменных КЭ 194

2.7.4. Синтез КЭ для трёхкоординатных измерений с независи-

мым измерением угла скручивания 0з 196

2.7.5. Синтез КЭ с заданной величиной коэффициента преобразования по коллимационным углам ©1 ,©2 201 2.7.6. Синтез тетраэдрического КЭ для изм-ия угла скручивания 204

2.7.7.Синтез универсального КЭ для трёхкоординатных измерений 207.

2.7.8. Синтез КЭ повышенной энергетической эффективности 210 2.7.9 Краткий обзор синтезированных КЭ для угловых изм-ий 214

2.8. Особенности автоколлимационных измерений при использовании КЭ с плоскими отражающими поверхностями 219

2.8.1 .Ограничения диапазона измерения и дистанции работы АУС "по виньетированию "в общем случае трёхкоординатных измерений 219

2.8.2. Проблема селекции изображений в плоскости анализа 220

Глава 3. АНАЛИЗ СВОЙСТВ КОНТРОЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЗЕРКАЛЬНО-ПРЙЗМЕННЫХ СИСТЕМ С НЕПЛОСКИМИ ГРАНЯМИ 224

3.1 .Обоснование выбора объекта исследования 224

3.2. Алгоритм автоколлимационных измерений 228

3.3. Выбор матрицы преобразования координат 232 3.4.Общий вид матрицы действия КЭ с неплоской гранью 233

3.5. Анализ свойств основного неизменного направления зеркального триэдра с неплоской отражающей гранью общего вида 237

3.6. Исследование КЭ на основе зеркального триэдра с отражающей гранью в виде фрагмента цилиндрической поверхности 241

3.6.1. Конфигурация зеркального триэдра 241

3.6.2. Вид формируемого изображения в плоскости анализа ИОЭП АУС 242

3.6.3. Изображения при полуканоническом положении КЭ 248

3.6.4.Анализ действия КЭ при поворотах на коллимационные

углы 253

3.7. Алгоритм измерения при использовании КЭ с цилиндрической гранью 259

3.8. Методика расчёта параметров КЭ с цилиндрической гранью Синтез КЭ для однокоординатных и двухкоординатных угловых измерений 263

3.9.КЭ для трёхкоординатных измерений на основе зеркального

триэдра с цилиндрической гранью 269

3.9.1. Методы синтеза КЭ для трёхкоординатных измерений 269

3.9.2.Синтез КЭ по первому методу 270

3.9.3. Синтез КЭ по второму методу 277

3.10. Исследование КЭ на основе зеркального триэдра с отражающей гранью в виде фрагмента конической поверхности 294

3.10.1. Конфигурация зеркального триэдра 294

3.10.2. Вид формируемого изображения в плоскости анализа 295

3.10.3.Формируемое изображение при практической реализации КЭ; аппроксимация формы изображения 298

3.10.4. Анализ действия КЭ при поворотах на измеряемые углы 302

3.11 .Алгоритмы однокоординатных и двухкоординатных измерений при использовании КЭ с конической гранью. 307

3.12. Оптимизация параметров КЭ основе зеркального триэдра с конической гранью. Методика синтеза КЭ для трёхкоординатных изм-ий 311

3.12.1. Основные недостатки КЭ исходной конфигурации 311

3.12.2. Оптимизация параметров КЭ с конической гранью 312 3.12.3 .Методика синтеза КЭ для трёхкоординатных измерений 316

3.13. Краткий обзор КЭ, реализующих «псевдосканирование» отражённого пучка 324

Глава 4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫХ УГЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. АНАЛИЗ ГАБАРИТНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СООТНОШЕНИЙ 331

4.1. Определение группы задач исследования 331

4.2. Основные понятия и определения 332

4.2.1 Обобщённая оптическая схема АУС 332

4.2.2. Используемые допущения и приближения 335

4.2.3. Структура пучка коллиматора 336

4.3. Оценка величины составляющей погрешности измерения вследствие виньетирования рабочего пучка. 340

4.3.1. Аналитическое описание виньетирования 340

4.3.2. Общий метод уменьшения погрешности; конкретизация

задачи исследования 343

4.4. Габаритные соотношения для автоколлимационной схемы канала измерения (КЭ - плоское зеркало) 344

4.4. ¡Анализ первого варианта размещения апертурной

диафрагмы 345

4.4.2. Габаритные соотношения для авторефлексионной схемы канала. Анализ второго варианта размещения диафрагмы 347

4.4.3. Габаритные соотношения при поворотах и смещении КЭ 352

4.4.4. Сравнение автоколлимационной и авторефлексионной

схем канала измерения 354

4.5. Габаритные соотношения при использовании КЭ на основе зеркально-призменных систем 356

4.5.1. Особенности зеркально-призменых КЭ 356

4.5.2. Автоколлимационная схема канала измерения коллимационных углов 359

4.5.3. Особенности авторефлексионной схемы канала измерения 363

4.5.4. Габаритные сотношения при поворотах и смещении КЭ 364 4.5.5 Автоколлимационная схема канала измерения скруи.---J367

4.5.6.Коллимационная схема построения канала измерения скручивания 370

4.5.7.Габаритные соотношения при использовании КЭ на основе призмы БР - 180° и четырёхгранной пирамиды 373

4.6. Специальные случаи построения канала измерения угла скручивания 376

4.6.1. Схема измерения с увеличенной чувствительностью 376

4.6.2. Схема с совмещёнными оптическими элементами 381

4.7. Особенности канала измерения при использовании КЭ с неплоской отражающей гранью 385

4.7.1. Габаритные соотношения между оптическими элементами 385

4.7.2. Определение действующих зон отражающих граней для различных последовательностей 386

4.7.3. Методика расчёта распределения облучённости в изображении, сформированном КЭ с неплоской отражающей гранью 389

4.7.4. Анализ распределения облучённости в изображении, сформированном КЭ с конической отражающей гранью 391

4.7.5. Анализ распределения облучённости в изображении, сформированном КЭ с цилиндрической отражающей гранью 392

4.7.6. Обзор результатов анализа распределения облучённости 396

4.8. Принципы построения оптической схемы АУС 399

4.8.1. Традиционная автоколлимационная схема АУС 400

4.8.2.Смешанная (автоколлимационная + коллимационная) схема АУС 404

4.8.3. Специальные схемы АУС 406

4.9. Особенности процесса проектирования АУС; автоматизированная система поддержки проектирования 409

4.9.1 .Варианты расчета параметров оптической схемы 409

4.9.2. Структура и возможности АСПП 410

4.10. Обзор результатов исследований 415

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫХ УГЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 417

5.1 Основные направления исследования. Экспериментальные

объекты 417

5.2. Методика экспериментальных исследований 418

5.3. Выбор метрологических параметров и методики их оценки 420

5.4. Общая методика обработки результатов 421

5.5. Экспериментальное исследование контрольных элементов АУС 422

5.6. Исследование макетов каналов измерения углов поворота 427

5.7. Исследование экспериментальных образцов АУС 430 5.7.1.Программа исследований и экспериментальное оборудование

431

5.8. Описание экспериментальных образцов 436

5.8.1. Специализированные оптико-электронные трёхкоординат-ные АУС 436

5.8.2.Исследование универсальных АУС 452

5.9. Анализ составляющих погрешности АУС 461

5.9.1 .Универсальные АУС 461

5.9.2.. Специализированные АУС 467

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 469

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 471

Приложение 1. Фотографии экспериментальных образцов 493

Приложение 2. Акты внедрения 507

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АК - автоколлиматор

АУС - автоколлимационная углоизмерительная система

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

АСПП- автоматизированная система поддержки проектирования

ВЦ - визирная цель

ГУС - геометрическая углоизмерительная система

ДУС - дифракционная углоизмерительная система

КЭ - контрольный элемент

ИОЭП- измерительный оптико-электронный преобразователь

ИУС - интерференционная углоизмерительная система

МФВЦ- многофункциональная визирная цель

ОНИ - основное неизменное направление

ОЭУ - оптико-электронный угломер

ПВО - полное внутреннее отражение

ПЗС - прибор с зарядовой связью

ПУС - поляризационная углоизмерительная система

ПЧРС- позиционно-чувствительная регистрирующая система

ФК - формирующий канал

ЧЭ - чувствительный элемент

ЭТП - электронный тракт преобразования

ВВЕДЕНИЕ

Ашуальность научной работы

Метрологическое обеспечение многих измерительных задач производственной и научной деятельности предусматривает выполнение ряда аналогичных контрольно-измерительных процедур по определению углового пространственного положения объектов контроля относительно жесткой базы.

В частности, может быть сформирован следующий перечень основных

задач.

1. Воспроизведение и передача единицы плоского угла и соответствующих эталонов /185/ согласно технологии высокоточных операций в приборостроении и машиностроении, а также аттестация угловых рабочих мер оптических лимбов, кодовых дисков /143/, эталонных призм, угловых плиток /115/и т.д..

2. Калибровка или поверка точных приборов, принцип работы которых включает регистрацию угловых поворотов, например, некоторых типов гравиметров /30/, кренометров /117/, тензометров /186/, эталонных автоколлиматоров /74,204/.

3. Контроль угловых уходов относительно некоторой жесткой базы частей и блоков систем навигации, астроориентации, передачи референтного направления с целью повышения точности их работы. В частности, необходимы измерения угловых уходов гироплатформ /119,196,202/, солнечных и звездных датчиков /71,211,220/, учет разворота оптических элементов в перископах и системах передачи направления на разные горизонты /31,184/ и т.д..

4. Измерения угловых деформаций натурных образцов и специальных моделей при испытаниях новых материалов и изделий, исследованиях напряженных состояний и устойчивости элементов конструкций, экспериментальных исследованиях в области технической механики. /137,186/.

-105. Измерение угловых деформаций оснований, опорных плит, несущих элементов и направляющих крупногабаритных экспериментальных установок и приборных комплексов для уменьшения погрешности их измерений и увеличения достоверности результатов. В частности, такие измерения необходимы для компенсации прогиба трубы рефлектора телескопа, ввода поправок на разворот отдельных антенн радиотелескопа или зеркальных сегментов составного зеркала, учета накапливаемого отклонения мюонных детекторов относительно оси пучка ускорителя /81,139,182,207/.

6. Контроль точности сопряжения и взаимного расположения частей и блоков в процессе монтажа и при работе в технологическом режиме для оборудования и агрегатов в строительстве, энергетике, промышленных производствах , машиностроении и приборостроении. Например, необходим контроль установки по углу ферм, стеновых панелей, технологического оборудования, определение ориентации осей подкрановых балок и путей, измерения непрямолинейности направляющих кранов, лифтов и т. д /10,35,61,79,132, 136,165/.

7. Измерение взаимного углового положения рабочего органа и детали в процессе обработки, движущегося объекта при стыковке, блоков и узлов при сборке и юстировке средств производства в машиностроении (станкостроение) и приборостроении, объектов научно-исследовательского назначения, транспортных средств. Например, такие измерения обязательны при испытаниях робототехнических систем, стыковке воздушных или космических объектов, монтаже авиационных и корабельных стапелей, координатных стендов, наземных радиотелескопов, блоков ускорителей заряженных частиц и т.д. /34,81,203,196/.

8. Оперативный контроль деформаций и прогибов нагруженных элементов конструкции инженерных сооружений: фундаментов реакторов, пролетов мостов, плотин, стенок доков, резервуаров с целью мониторинга их состояния и повышения надежности и безопасности функционирования про-

мышленных и жилых сооружений, энергетических установок, нефте - и газопроводов и т.д. /15,78,166,198/

Для решения приведенных задач широко используются оптические и оптико-электронные угломеры (ОЭУ), позволяющие реализовать высокоскоростные и во многих практических случаях бесконтактные измерения, автоматизировать процесс снятия отсчета, повысить достоверность получаемой информации. При этом погрешности измерения ОЭУ значительно меньше (на порядок и более) , чем у радиотехнических и контактных датчиков: механических, индуктивных, электролитических и других устройств аналогичного назначения /54/.

Это определяет актуальность темы научной работы, связанной с исследованием принципов построения и анализом методик расчета параметров высокоточных оптических и оптико-электронных измерительных систем контроля углового пространственного положения объектов.

Определение области научных исследований

Контролируемый объект

При решении указанных задач с углоизмерительной системой, установленной на жесткой базе или некотором базовом объекте, связана неподвижная система координат XYZ, а с контролируемым объектом — система координат Х^^! (подвижная), оси ко-

Углоизмерительная торой в исходном состоянии система

параллельны соответствую- Базовый

А П'кРУ'Т

щим осям неподвижной системы координат (рис. 1). При этом обычно неподвижная

Линия, соединяющая система координат ориенти- объекты

ъ

Рис. 1.

рована так, что одна из осей (например, ось OZ) параллельна или непосредственно совпадает с линией, соединяющей контролируемый объект и углоиз-мерительную систему.

При наличии углового поворота объекта нарушается параллельность соответствующих осей рассматриваемых систем координат.

Угловая пространственная ориента