Введение к работе
Актуальность проблемы
S настоящее время одной из актуальных задач метрологии является
активный контроль пространственного положения различных объектов, а также управление этим положением.
Указанные действия обычо определяются как позиционирование. При этом позиционирование может осуществляться, как по линейным, так и по угловым координатам (линейные и угловые смещения, соответственно). Последние более правильно называть разворотами, но для общности терминологии'мы далее будем употреблять термин "угловое смещение". 3 промышленности - это контроль прямолинейности, плоскостности и соосности зле:„и-;нтсв крупногабаритных конструкций, а также определения взаимного положения узлов и блоков таких конструкций в процессе их сборки .. эксплуатации. В строительстве - это управление пространственным положением рабочих органов строительных землеройных машин и автоматические геодезические измерения.
В подааляющем большинстве случаев решение этих проблем в указанных отраслях необходимо осуществлять на существенных дистанциях. При этом инструментальная средняя квадратическая погрешность измерений должна составлять не более десятых долей миллиметра или углозсй минуты в сочетании с малым энергопотреблением и широким диапазоном контроля.
Перспективным t-идом оптико-электронных систем, способных решать упомянутые задачи, являются оптико-электронные системы с оптической равносигнальной зоной (ОРСЗ).
Известны оптико-электронные системы для контроля полокения объектов относительно базовой плоскости, основанные на использовании оптической разносигнальной плоскости. Однако для создания аналогичных систем с малым энергопотреблением и расширенным диапазоном контроля, необходимо решить ряд новых принципиальных и схемных вопросов, а также провести дополнительные комплексные эксперчмен шьные исследования.
Перспективным методом синтеза оптико-электронных систем является использование систем автоматизированного проектирования (С^ДПР), с помощью которых можно оперативно проводить анализ рззличных схемных и конструктивных решений и создавать схемы, оптимально соответствующие техническим требованиям.
Изложенное выше определило направление диссертационной работы: исследование принципов и особенностей построения высокоточны^ оптико-электронных систем для контроля смещений с и ітьім энергопотреблением и
.1
широким диапазоном работы на основе оптической равнссигнальной зоны при максимальном использовании средстз САПР.
Задачи исследования
Выбранное направление определило следующие задачи исследования:
анализ параметров и характеристик известных схемных решений оптико-электронных систем контроля смещений с оптической равносигнапьнои зоной (ОЗСКС);
исследование принципов построения ОЭСКС с малым энергопотреблением и широким диапазоном работы;
разработка инженерных методов расчета основних параметров и характеристик ОЭСКС;
- исследование влияния эксплуатационных условий на параметры
ОЗСКС;
- экспериментальные исследования макетов ОЭСКС.
Метод исследования
При выполнении работы использованы аналитические и экспериментальные методы, а также метод имитационного моделирования на ЭВМ.
Аналитические методы основаны на общей теории оптико-электронных систем. Полученные теоретические результаты проверялись имитационным моделированием на ЭВМ и экспериментальными исследованиями.
Научная новизна рааотвг
В диссертации впервые:
разработана новая методика энергетического расчета оптической системы ОЗСКС с учетом формы аберраций объектива задатчика базового направления (ЗБН) на основе обобщенней модели;
разработано отличное от известных программное обеспечение для определения характеристик облученности и ширины оптической равносиг-нальюй лены (ОРСЗ). габаритно-энергетических расчетов и расчета влияния воздушного тракта на погрешность измерений:
- получены инвариантные соотношений между потребляемой мощностью, погрешностью, диапазоном измерения и постоянной времени ОЗСКС с
учетом количества сильновлияющих погрешностей;
- предложены нозые схемные решения малоэнергоемких и широко-
диапазонных оптико-электронных систем для контроля пространственного
положения, реализованные в виде насадки на теодолит и фоторейки для
геодезических измерений;
-исследованы характеристики энергетической чувствительности и энергопотребления макетов опытных образцов насадки на теодолит и фоторейки.
Защищаемые положения
общие принципы построения малоэнергоемкой и широкодиапазонной ОЭСКС с ОРСЗ для контроля смещений;
отличные от изгестных методика анализа и программа для расчзта распределения облученности в ОРСЗ при наличии влияющих факторов;
исследование влияния фокусировки и формы распределения аберраций на облученность и ее градиент в ОРСЗ;
оптимальные с точки зрения условий применения и технических требований оптические и электронные схемы ОЭСКС;
методы и схемные решения ослабления и компенсации влияния регулярней и случайной рефракции воздушного таактз і.а погрешность намерения ОЗСКС;
инвариантные соотношения между потребляемой мощностью, погрешностью, диапазоном измерения и постоянной времени ОЗСКС.
Практическая ценность работы
разработаны основы построения ОЭСКС с малым экергопотребла-адем и расширенным диапазоном контроля и управления;
предложена методика расчета характеристик основного информативного параметра з ОІ-СЗ;
разработана электронная схема обработки измерительной информации, имеющая малое энергопотребление;
предложены способы и конкретнее схема ОЭСКС для уменьшения наиболее существенного влияния, оказываемого осевракцией воздушного тракта;
получены инвариантные соотношения между потребляемой мощностью, погрешностью, диапазоном измерения и постоянной зрямени ОЭСКС, которые позволяют оператиано оценить возможность ее практической реализации.
Реализация результатов работы
Рег. пьтаты диссертационной работы внедрены в нэучно-лроисводственной лаборатории "Оптико-электронные системы" ИТМО, ГП "Курсктурбоэтомрс-монт", на кафедре атомной энергетики УГТУ-УПИ и в учебном процессе ИТМО и ІИГУГиК.
Апробация работы
Результаты работы обсуждались на научно-технических семинарах кафедры "Оптико-электронные приборы и системы" ИТМО 1395-1997 г.г.; на XXIX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ИТМО (яньарь 1997 г.); на Международном научно-практическом семинаре "Прикладные; вопросы точности машин, приборов и механизмов' (СПб., 1397 г.); на международной конференции "Физмет-96" (СПб., 1996 г.).
Публикации
По материалаи диссертации опубликованы 6 печатных работ.
Структура и объем работы
