[go: up one dir, main page]

RU2455668C2 - Video autocollimator - Google Patents

Video autocollimator Download PDF

Info

Publication number
RU2455668C2
RU2455668C2 RU2010120344/28A RU2010120344A RU2455668C2 RU 2455668 C2 RU2455668 C2 RU 2455668C2 RU 2010120344/28 A RU2010120344/28 A RU 2010120344/28A RU 2010120344 A RU2010120344 A RU 2010120344A RU 2455668 C2 RU2455668 C2 RU 2455668C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
video
test mark
photodetector
mirror
Prior art date
Application number
RU2010120344/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010120344A (en
Inventor
Сурен Петросович Буюкян (RU)
Сурен Петросович Буюкян
Геннадий Евгеньевич Рязанцев (RU)
Геннадий Евгеньевич Рязанцев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Государственный специализированный проектный институт", ОАО "ГСПИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Государственный специализированный проектный институт", ОАО "ГСПИ" filed Critical Открытое акционерное общество "Государственный специализированный проектный институт", ОАО "ГСПИ"
Priority to RU2010120344/28A priority Critical patent/RU2455668C2/en
Publication of RU2010120344A publication Critical patent/RU2010120344A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2455668C2 publication Critical patent/RU2455668C2/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: video autocollimator has a lens, an autocollating mirror, a beam-splitting unit, an illuminator, a reading device, as well as a test mark and a photodetector, lying in focal planes of the lens. An image of the test mark reflected by the beam-splitting unit is directed by the lens onto the autocollimating mirror, reflected therefrom and then projected by the same lens through the beam-splitting unit onto the photodetector. The photodetector has a CCD array with a standard video signal generating device. The reading device is in form of a computer with a video processor and an application program for calculating the angular position of the autocollimating mirror. The test mark is in form of a circular window whose diameter is calculated using the formula
Figure 00000005
where ρ" is the conversion of radians to angular seconds, M is the effective size of the CCD array in mm, K is the number of video frames processed in the measurement, f' is the focal distance of the lens in mm, N is the number of discrete units selected on coordinate axes of the video frame, Δφ is the permissible error in angular seconds.
EFFECT: easier manufacturer and operation.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области технической физики и, в частности, для измерения углового положения автоколлимационного зеркала.The invention relates to the field of technical physics and, in particular, for measuring the angular position of an autocollimation mirror.

Известны оптические автоколлиматоры, основанные на визуальном принципе измерений /1/. К ним, в частности, относятся широко распространенные автоколлиматоры АКУ-1, АКУ-0,5 и АКУ-2,5 соответственно с разрешением 1, 0,5 и 0,25 угловых секунды. Они содержат освещаемую тест-марку в виде перекрестия, установленную в фокальной плоскости объектива. Изображение тест-марки объективом в параллельных лучах света направляется на автоколлимационное зеркало, отражается от него, возвращается в объектив и через светоделительный узел проецируется на специальную шкалу, также установленную в фокальной плоскости объектива. Шкала, как правило, выполнена в виде сетки нитей. На нее проецируется изображение тест-марки, которое рассматривается с помощью окуляра. Измерения выполняются путем определения положения изображения тест-марки (перекрестия) относительно шкалы, которое пропорционально искомому угловому положению автоколлимационного зеркала.Known optical autocollimators based on the visual measurement principle / 1 /. These, in particular, include the widely used AKU-1, AKU-0.5, and AKU-2.5 autocollimators, respectively, with a resolution of 1, 0.5, and 0.25 arc seconds. They contain an illuminated cross-hair test mark mounted in the focal plane of the lens. The image of the test mark with the lens in parallel beams of light is sent to the autocollimation mirror, reflected from it, returned to the lens and projected through a beam splitting unit onto a special scale, also installed in the focal plane of the lens. The scale, as a rule, is made in the form of a grid of threads. An image of a test mark is projected onto it, which is examined using an eyepiece. Measurements are performed by determining the position of the image of the test mark (crosshair) relative to the scale, which is proportional to the desired angular position of the autocollimation mirror.

Основным недостатком оптических автоколлиматоров является визуальный принцип измерений без возможности автоматизации.The main disadvantage of optical autocollimators is the visual measurement principle without the possibility of automation.

Известны также фотоэлектрические автоколлиматоры, основанные на автоматизированном принципе измерений /2/. В них также используются тест-марки в виде щелей, изображения которых по двум каналам измерений проецируются на два фотоприемника, что позволяет определять угловые положения автоколлимационного зеркала в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (вертикальной и горизонтальной). Сигналами фотоприемников управляются два сервомеханизма, отрабатывающие положения изображений тест-марок на фотоприемниках так, чтобы они принимали определенное «нулевое» положение. Результатами измерений служат выходные коды двух датчиков перемещений, связанных с сервомеханизмами. Для фазового разделения каналов измерений автоколлиматор снабжен электромеханическим модулятором света.Also known are photoelectric autocollimators based on an automated measurement principle / 2 /. They also use test marks in the form of slits, the images of which are projected onto two photodetectors through two measurement channels, which makes it possible to determine the angular positions of the autocollimation mirror in two mutually perpendicular planes (vertical and horizontal). The signals of the photodetectors are controlled by two servo mechanisms that work out the positions of the images of the test marks on the photodetectors so that they take a certain “zero” position. The measurement results are output codes of two displacement sensors associated with servomechanisms. For phase separation of measurement channels, the autocollimator is equipped with an electromechanical light modulator.

Недостатком фотоэлектрического автоколлиматора является сложная оптическая и кинематическая схемы.The disadvantage of the photoelectric autocollimator is the complex optical and kinematic schemes.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является фотоэлектрический автоколлиматор типа АФ-1Ц, снабженный двумя каналами измерений, ввиду чего он содержит тест-марку в виде двух перекрестий, модулятор света, два фотоприемника, два сервомеханизма и два кодовых датчика положения. На основе сигналов фотоприемников сервомеханизмы отрабатывают «нулевое» положение изображений тест-марки в направлениях координатных осей, а результатами измерений служат выходные коды датчиков перемещений, пропорциональные угловым положениям автоколлимационного зеркала в направлениях этих осей (в горизонтальной и вертикальной плоскостях).The closest to the claimed invention in terms of features (prototype) is an AF-1C type photoelectric autocollimator equipped with two measurement channels, as a result of which it contains a test mark in the form of two crosshairs, a light modulator, two photodetectors, two servomechanisms and two code position sensors. Based on the signals of the photodetectors, the servomechanisms work out the “zero” position of the images of the test mark in the directions of the coordinate axes, and the output codes of the displacement sensors proportional to the angular positions of the autocollimation mirror in the directions of these axes (in horizontal and vertical planes) are used.

Прототипу присущи недостатки, связанные со сложными оптическими и электромеханическими узлами.The prototype has inherent disadvantages associated with complex optical and electromechanical components.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении указанных недостатков путем упрощения оптического узла, исключения электромеханического узла, содержащего модуляторы света и сервомеханизмы, и упрощения тест-марки.The problem solved by the present invention is to eliminate these drawbacks by simplifying the optical assembly, eliminating the electromechanical assembly containing light modulators and servomechanisms, and simplifying the test mark.

Для решения этой задачи в предлагаемом видеоавтоколлиматоре, содержащем автоколлимационное зеркало, объектив, светоделительный узел, осветитель, отсчетное устройство, а также тест-марку и фотоприемник, установленные в фокальных плоскостях объектива так, что изображение тест-марки, отраженное светоделительным узлом, объективом направляется на автоколлимационное зеркало, отражается от него и тем же объективом сквозь светоделительный узел проецируется на фотоприемник, отличающемся тем, что фотоприемник содержит ПЗС-матрицу с устройством формирования стандартного видеосигнала, отсчетное устройство выполнено в виде компьютера с видеопроцессором и прикладной программой для вычисления углового положения автоколлимационного зеркала, а тест-марка выполнена в виде круглого окна, диаметр которого рассчитывается по формуле:To solve this problem, in the proposed video autocollimator containing an autocollimation mirror, a lens, a beam splitter, an illuminator, a reading device, as well as a test mark and a photodetector installed in the focal planes of the lens so that the image of the test mark reflected by the beam splitter, the lens is directed to an autocollimation mirror is reflected from it by the same lens and is projected onto a photodetector through a beam splitter, characterized in that the photodetector contains a CCD from devices om the formation of a standard video signal, the reading device is made in the form of a computer with a video processor and an application program for calculating the angular position of the autocollimation mirror, and the test mark is made in the form of a round window, the diameter of which is calculated by the formula:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где ρ″ - коэффициент перевода радиан в угловые секунды;where ρ ″ is the conversion factor of radians in arc seconds;

М - эффективный размер ПЗС-матрицы в мм;M is the effective size of the CCD in mm;

К - число видеокадров, обрабатываемых в измерении;K is the number of video frames processed in the measurement;

f′ - фокусное расстояние объектива в мм;f ′ is the focal length of the lens in mm;

N - число дискретов, выделяемых по координатным осям видеокадра;N is the number of samples allocated along the coordinate axes of the video frame;

Δφ - допустимая погрешность в угловых секундах.Δφ is the permissible error in angular seconds.

Изобретение поясняется фиг.1, на которой изображены устройство формирования стандартного видеосигнала 1 с ПЗС-матрицей 2, осветитель 3 в виде полупроводникового светодиода, тест-марка 4 в виде круглого окна, светоделительный узел 5, объектив 6, компьютер 7 с видеопроцессором 8 и прикладной программой, а также автоколлимационное зеркало 9.The invention is illustrated in Fig. 1, which shows a device for generating a standard video signal 1 with a CCD matrix 2, a illuminator 3 in the form of a semiconductor LED, a test mark 4 in the form of a round window, a beam splitter 5, a lens 6, a computer 7 with a video processor 8 and an applied program, as well as an autocollimation mirror 9.

Видеоавтоколлиматор работает следующим образом.Video autocollimator works as follows.

Изображение тест-марки 4, отраженное светоделительным узлом 5, объективом 6 в параллельных лучах света направляется на автоколлимационное зеркало 9, отражается от него и тем же объективом 6 сквозь светоделительный узел 5 проецируется на ПЗС-матрицу 2, на основе сигналов которой в устройстве 1 формируется стандартный видеосигнал ВС, содержащий изображение тест-марки.The image of the test mark 4, reflected by the beam splitting unit 5, by the lens 6 in parallel rays of light is directed to the auto-collimation mirror 9, is reflected from it by the same lens 6 through the beam splitter 5 is projected onto the CCD matrix 2, on the basis of the signals of which the device 1 is formed Aircraft standard video signal containing the image of the test mark.

При изменении углового положения автоколлимационного зеркала 9 относительно оптической оси видеоавтоколлиматора координаты центра изображения тест-марки в видеокадре меняются, что и служит основанием для выполнения измерений.When changing the angular position of the autocollimation mirror 9 relative to the optical axis of the video autocollimator, the coordinates of the image center of the test mark in the video frame change, which serves as the basis for the measurements.

Измерения выполняются под управлением прикладной компьютерной программы, и при этом видеосигнал видеопроцессором 8 преобразуется из аналоговой в цифровую форму, определяются координаты контурных точек круглого изображения тест-марки в видеокадре, на основе этих координат рассчитываются координаты центра изображения тест-марки в видеокадре и на основе последних координат - искомое угловое положение автоколлимационного зеркала 9 относительно оптической оси видеоавтоколлиматора.The measurements are performed under the control of the applied computer program, and the video signal is converted from analog to digital by the video processor 8, the coordinates of the contour points of the round image of the test mark in the video frame are determined, based on these coordinates, the coordinates of the center of the image of the test mark in the video frame are calculated and based on the latter coordinates - the desired angular position of the autocollimation mirror 9 relative to the optical axis of the video autocollimator.

Предлагаемый видеоавтоколлиматор в сравнении с прототипом содержит более простой оптический узел и тест-марку. В качестве фотоприемника в нем используется модульная телекамера с ПЗС-матрицей, формирующая стандартный видеосигнал с изображением тест-марки. Упомянутые модульные телекамеры производятся на промышленной основе и в массовом количестве, что обеспечивает их высокую надежность и незначительную стоимость. Работа со стандартным видеосигналом позволяет передавать его по стандартным телевизионным каналам, включая спутниковые, на любые расстояния. В качестве видеопроцессора могут использоваться типовые устройства - контролеры, фреймграбберы и видеобластеры, также производимые на промышленной основе и в массовом количестве.The proposed video collimator in comparison with the prototype contains a simpler optical unit and a test mark. As a photodetector, it uses a modular camera with a CCD matrix, which generates a standard video signal with the image of a test mark. Mentioned modular cameras are produced on an industrial basis and in bulk, which ensures their high reliability and low cost. Working with a standard video signal allows you to transmit it on standard television channels, including satellite, at any distance. Typical devices can be used as a video processor - controllers, frame grabbers and video blasters, also produced on an industrial basis and in bulk.

Круглое окно тест-марки в сравнении с окном любой другой формы обладает преимуществом - при сканировании телевизионными строками круглого изображения в видеокадре координаты его центра не меняются при поворотах изображения.The round window of the test mark in comparison with a window of any other shape has the advantage that when scanning television lines of a round image in a video frame, the coordinates of its center do not change when the image is rotated.

С увеличением диаметра круглого окна тест-марки уменьшается погрешность видеоавтоколлиматора, но уменьшается диапазон угловых измерений, ввиду чего оптимальным является диаметр, рассчитанный по приведенной формуле.With an increase in the diameter of the round window of the test mark, the error of the video autocollimator decreases, but the range of angular measurements decreases, which is why the diameter calculated by the above formula is optimal.

Например, для М=4,8 мм, f=200 мм, N=767, К=16 и Δφ=0,1 угл. сек. получим D≈0,8 мм.For example, for M = 4.8 mm, f = 200 mm, N = 767, K = 16, and Δφ = 0.1 ang. sec we get D≈0.8 mm.

Источники информацииInformation sources

1. Спиридонов А.И., Кулагин Ю.Н., Крюков Г.С. Справочник - каталог геодезических приборов. М.: Недра, 1984, с.202.1. Spiridonov A.I., Kulagin Yu.N., Kryukov G.S. Directory - a catalog of geodetic instruments. M .: Nedra, 1984, p.202.

2. Афанасьев В.А., Жилкин А.М., Усов В.С. Автоколлимационные приборы. М.: Недра, 1982, с.103.2. Afanasyev V.A., Zhilkin A.M., Usov V.S. Autocollimation devices. M .: Nedra, 1982, p. 103.

Claims (1)

Видеоавтоколлиматор, содержащий объектив, автоколлимационное зеркало, светоделительный узел, осветитель, отсчетное устройство, а также тест-марку и фотоприемник, установленные в фокальных плоскостях объектива так, что изображение тест-марки, отраженное светоделительным узлом, объективом направляется на автоколлимационное зеркало, отражается от него и тем же объективом сквозь светоделительный узел проецируется на фотоприемник, отличающийся тем, что фотоприемник содержит ПЗС-матрицу с устройством формирования стандартного видеосигнала, отсчетное устройство выполнено в виде компьютера с видеопроцессором и прикладной программой для вычисления углового положения автоколлимационного зеркала, а тест-марка выполнена в виде круглого окна, диаметр которого рассчитывается по формуле:
Figure 00000002

где ρ'' - коэффициент перевода радиан в угловые секунды;
М - эффективный размер ПЗС-матрицы, мм;
К - число видеокадров, обрабатываемых в измерении;
f' - фокусное расстояние объектива, мм;
N - число дискретов, выделяемых по координатным осям видеокадра;
Δφ - допустимая погрешность в угловых секундах.
A video autocollimator containing a lens, an autocollimation mirror, a beam splitter, an illuminator, a reading device, as well as a test mark and a photodetector installed in the focal planes of the lens so that the image of the test mark reflected by the beam splitter, the lens is directed to the autocollimation mirror, is reflected from it and with the same lens through a beam splitting unit it is projected onto a photodetector, characterized in that the photodetector contains a CCD with a device for generating a standard video signal la, reading device is designed as a computer with a video processor and the application program for calculating the angular position of the autocollimation mirror, and a test mark is formed as a round window of a diameter calculated as follows:
Figure 00000002

where ρ '' is the conversion factor of radians in arc seconds;
M is the effective size of the CCD matrix, mm;
K is the number of video frames processed in the measurement;
f 'is the focal length of the lens, mm;
N is the number of samples allocated along the coordinate axes of the video frame;
Δφ is the permissible error in angular seconds.
RU2010120344/28A 2010-05-20 2010-05-20 Video autocollimator RU2455668C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010120344/28A RU2455668C2 (en) 2010-05-20 2010-05-20 Video autocollimator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010120344/28A RU2455668C2 (en) 2010-05-20 2010-05-20 Video autocollimator

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008149008/28A Previously-Filed-Application RU2008149008A (en) 2008-12-12 2008-12-12 VIDEO AUTO COLLIMATOR

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010120344A RU2010120344A (en) 2011-11-27
RU2455668C2 true RU2455668C2 (en) 2012-07-10

Family

ID=45317620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010120344/28A RU2455668C2 (en) 2010-05-20 2010-05-20 Video autocollimator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2455668C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769305C1 (en) * 2021-06-09 2022-03-30 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") Autocollimator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3712739A (en) * 1967-06-08 1973-01-23 Leitz Ernst Gmbh Autocollimator for determining the position of two reflectors relative to each other
SU1368633A1 (en) * 1986-08-07 1988-01-23 Предприятие П/Я А-1742 Photoelectric autocollimator
RU2224243C1 (en) * 2002-05-15 2004-02-20 Войсковая часть 75360 Laser autocollimation centering mount for x-ray radiator
RU2319990C1 (en) * 2006-06-22 2008-03-20 Василий Васильевич Ефанов Photoelectric automatic collimator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3712739A (en) * 1967-06-08 1973-01-23 Leitz Ernst Gmbh Autocollimator for determining the position of two reflectors relative to each other
SU1368633A1 (en) * 1986-08-07 1988-01-23 Предприятие П/Я А-1742 Photoelectric autocollimator
RU2224243C1 (en) * 2002-05-15 2004-02-20 Войсковая часть 75360 Laser autocollimation centering mount for x-ray radiator
RU2319990C1 (en) * 2006-06-22 2008-03-20 Василий Васильевич Ефанов Photoelectric automatic collimator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769305C1 (en) * 2021-06-09 2022-03-30 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") Autocollimator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010120344A (en) 2011-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10082521B2 (en) System for measuring six degrees of freedom
AU2003229660C1 (en) Electronic display and control device for a measuring device
KR20100133409A (en) Reference sphere detection device, reference sphere position detection device and three-dimensional coordinate measuring device
RU2275652C2 (en) Method for location of radiation source and device for its realization
CN103162674B (en) Measuring instrument
RU2455668C2 (en) Video autocollimator
CN106225727A (en) Array zeroing laser big working distance autocollimation and method
CN106017364B (en) A kind of big working distance autocollimation of high-precision laser and method
JPS58210506A (en) Photoelectric measuring device
CN113639665A (en) High-stability nano-radian-level angle measurement method and device based on drift feedback
JPH04178514A (en) Automatic displacement measurement method for multiple points
RU2519512C1 (en) Device to measure angular and linear coordinates of object
CN106247992A (en) A kind of high accuracy, wide scope and big working distance autocollimation and method
RU2384812C1 (en) Autocollimator for measuring angle of torque
RU2569072C2 (en) Angle of rotation sensor
Korolev et al. A digital autocollimator
RU2437058C2 (en) Digital two-axis dynamic autocollimator
CN106052549B (en) Self-collimation device and method for combined zero adjustment with high dynamic accuracy and large working distance
RU2730370C1 (en) Automated device for attachment to reverse plumb lines
Kamugasa et al. PACMAN study of FSI and micro-triangulation for the pre-alignment of CLIC
RU2309379C2 (en) Device for measuring surface coordinates of complex object
RU2794558C1 (en) Device for measuring the height of celestial bodies
RU2092788C1 (en) Method determining orientation of mobile object and gear for its implementation
RU2556282C1 (en) Method of determining spatial orientation of object using optoelectronic system and corner reflector
SU1435936A1 (en) Optronic device for checking position of object

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150521