close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4460

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4460
(13)
C1
(51)
(12)
7
G 01C 11/08,
G 01B 11/03
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ
(21) Номер заявки: a 19990423
(22) 1999.04.28
(46) 2002.06.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное общество
"Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Бобылев А.Н.; Нехаева Л.А. (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(56)
АР-1 - analitical stereo plotter. OMI Nistri Roma, 1961, SU 1368636 A1, 1988, US 4281923 A, 1981.
(57)
Устройство для измерения координат предназначено для использования в компараторах и стереокомпараторах, применяемых для измерения координат точек фотоснимков.
Устройство содержит станину, расположенные на ней две пары взаимно-перпендикулярных направляющих, на одной из которых расположена каретка фотоснимка, на другой оптическая каретка, включающая
светоделительную призму и основной объектив, изображение от которого передается в окуляр через расположенные на станине узел поворота изображения и узел изменения увеличения, измерители линейных перемещений и приводы, механически связанные с каретками, и узел марки.
Устройство отличается тем, что включает установленные на оптической каретке дополнительный объектив, образующий с основным объективом афокальную систему, и дополнительный линзовый компонент,
расположенный между кареткой фотоснимка и светоделительной призмой, при этом узел марки расположен
на станине на оптической оси оптической каретки со стороны дополнительного объектива, а величина фокусного расстояния равна расстоянию от плоскости фотоснимка до точки крепления оптической каретки к
измерителю линейных перемещений оптической каретки, умноженному на отношение фокусного расстояния
основного объектива к эквивалентному фокусному расстоянию основного объектива дополнительного линзового компонента.
Фиг. 1
BY 4460 C1
Устройство для измерения координат относится к фотограмметрии и предназначено для использования в
компараторах и стереокомпараторах, применяемых для измерения координат точек фотоснимков.
Существуют схемы измерительных устройств компараторов и стереокомпараторов, в которых измерение
координат производится с помощью перемещающихся оптических элементов за счет изменения длины параллельного хода в системе [1]. Подобные схемы позволяют уменьшить габариты измерительных устройств,
однако наличие подвижных оптических элементов приводит к усложнению конструкции и появлению дополнительных погрешностей, связанных с технологическими погрешностями деталей, обеспечивающих эти
перемещения.
Известно устройство для стереокартографирования [2], в котором оптическая каретка содержит объектив, проецирующий изображение фотоснимка в бесконечность, измерительную марку, светоделительную
куб-призму, объединяющую изображения фотоснимка и марки, дополнительный линзовый компонент для
подфокусировки изображения, расположенный между фотоснимком и светоделительной призмой. Передача
изображения от подвижной части на неподвижную производится с помощью пары призм, соединенных водилом. Призмы образуют зеркальный ромб и при заклонах каретки поворачиваются в одну сторону, компенсируя погрешности друг друга. Далее оптическая ось поворачивается на 90° и аналогичным образом
производится передача изображения для перемещения по другой координате. Такая схема обладает относительной простотой, тем не менее для передачи изображения от перемещающейся части каретки на неподвижную часть устройства используются дополнительные оптические и механические детали. Устройству для
стереокартографирования присущи и другие недостатки: во-первых, при прогибе направляющих в вертикалькой плоскости под действием веса каретки происходит заклон визирной оси, что приводит к погрешности измерения координат, во-вторых, при перемещении оптических компонент по двум координатам из-за
большой длины параллельного хода в системе растут размеры зрачков. Именно из-за увеличения размеров
зрачков схемы с перемещением оптических элементов по двум координатам не получили распространения
на практике.
В фотограмметрии используются приборы [3, 4, 5], в конструкции которых перемещение каретки с оптическими компонентами происходит по одной из координат, а по второй координате перемещается каретка
фотоснимка.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является стереокомпаратор [4]. Устройство содержит две пары взаимно-перпендикулярных направляющих, на одной из которых установлена каретка фотоснимка, на другой - оптическая каретка, на которой имеется объектив, проецирующий изображение
фотоснимка в бесконечность, светящаяся марка, светоделительная призма, объединяющая изображение фотоснимка и марки. Для перемещения кареток имеются привода, координаты отсчитываются измерителями
линейных перемещений. Объектив оптической каретки направляет изображение в наблюдательную систему,
включающую узел поворота изображения, узел изменения увеличения, окуляры.
Ввиду того что перемещение оптических компонент происходит по одной координате, а по второй координате перемещается каретка фотоснимка, уменьшается длина перемещения в параллельном ходе и, следовательно, размеры зрачков. Уменьшение количества перемещающихся оптических элементов и раздельные
перемещения кареток по двум координатам обеспечивает упрощение конструкции, что компенсирует небольшое увеличение габаритов устройства, однако так же, как и в [2], при прогибе направляющих в вертикальной плоскости под действием веса каретки происходит заклон визирной оси, что приводит к
погрешности измерения координат.
Для повышения точности устройства путем устранения погрешности измерения координат, возникающей
вследствие прогиба направляющих в вертикальной плоскости, предлагается устройство, содержащее станину, расположенные на ней две пары взаимно-перпендикулярных направляющих, на одной из которых установлена каретка фотоснимка, на другой - оптическая каретка, включающая светоделительную призму и
основной объектив, изображение от которого передается в окуляр через расположенные на станине узел поворота изображения и узел изменения увеличения, измерители линейных перемещений и приводы, механически связанные с каретками, и узел марки, отличающееся тем, что включает установленные на оптической
каретке дополнительный объектив, образующий с основным объективом афокальную систему, и дополнительный линзовый компонент, расположенный между кареткой фотоснимка и светоделительной призмой,
при этом узел марки расположен на станине на оптической оси оптической каретки со стороны дополнительного объектива, а величина фокусного расстояния равна расстоянию от плоскости фотоснимка до точки
крепления оптической каретки к измерителю линейных перемещений оптической каретки, умноженному на
отношение фокусного расстояния основного объектива к эквивалентному фокусному расстоянию основного
объектива и дополнительного линзового компонента.
Сущность изобретения заключается в том, что узел марки располагается на станине на оптической оси
оптической каретки, марка проецируется в параллельном ходе через светоделительную призму, для оптического сопряжения марки и фотоснимка на оптической каретке со стороны узла марки имеется дополнительный объектив, образующий с основным объективом афокальную систему. На оптической каретке также
может быть установлен дополнительный линзовый компонент, расположенный между кареткой фотоснимка
и светоделительной призмой, наличие которого позволяет сократить габариты системы. Величина фокусного
2
BY 4460 C1
расстояния дополнительного объектива равна расстоянию от плоскости фотоснимка до точки крепления оптической каретки к измерителю линейных перемещений, умноженному на отношение фокусного расстояния
основного объектива к эквивалентному фокусному расстоянию основного объектива и дополнительного
линзового компонента. Устройство может иметь два варианта исполнения: при первом варианте исполнения
в качестве светоделительной призмы используется пентапризма с клином, а дополнительный объектив имеет
отрицательное фокусное расстояние, при втором варианте исполнения в качестве светоделительной призмы
используется кубическая призма, а дополнительный объектив имеет положительное фокусное расстояние.
Сопряжение изображения марки, расположенной на станине, с изображением фотоснимка с помощью
дополнительного объектива приводит к тому, что, при заклонах каретки, одновременно со смещением изображения фотоснимка, происходит смещение изображения марки, а выбор знака и величины фокусного расстояния дополнительного объектива обеспечивает равенство этих смещений. Взаимная компенсация
смещений изображения фотоснимка и марки обеспечивает повышение точности измерения координат.
На фиг. 1 изображен вид спереди предлагаемого устройства в первом варианте исполнения; на фиг. 2 вид сверху предлагаемого устройства; на фиг. 3 изображена оптическая схема оптической каретки с геометрическими построениями, позволяющими определить значение фокусного расстояния дополнительного объектива для полной компенсации погрешностей; на фиг. 4 показан общий вид оптической каретки при втором
варианте исполнения.
Устройство для измерения координат содержит станину 1, каретку фотоснимка 2, на которой размещают
фотоснимок 3, направляющие 4, 5, 6, 7, оптическую каретку 8, включающую светоделительную призму 9, основной объектив 10, дополнительный объектив 11, дополнительный линзовый компонент 12, приводы 13 и 14,
измерители линейных перемещений 15 и 16, узел марки 17, призму 18, узел поворота изображения 19, узел изменения увеличения 20, окуляр 21.
Устройство для измерения координат предназначено для измерения одного фотоснимка. Для работы в
составе стереокомпаратора могут быть использованы два таких устройства, размещенные рядом друг с другом.
Устройство для измерения координат может иметь два варианта исполнения, отличающиеся конструкцией светоделительной призмы и дополнительного объектива.
На станине 1 устройства для измерения координат смонтированы две пары взаимно-перпендикулярных
направляющих 4, 5 и 6, 7. На направляющих 4, 5 установлена каретка фотоснимка 2, служащая для размещения фотоснимка 3 и его перемещения по одной из координат, которая механически связана с приводом 13 и
измерителем линейных перемещений 15. На направляющих 6, 7 установлена оптическая каретка 8, перемещаемая по другой координате приводом 14 и механически связанная с измерителем линейных перемещений
16. На оптической каретке 8 имеется светоделительная призма 9, основной объектив 10, а также может быть
установлен дополнительный линзовый компонент 12 (наличие которого не обязательно, но влияет на выбор
фокусного расстояния дополнительного объектива), который располагается между фотоснимком 3 и светоделительной призмой 9. Такие компоненты могут использоваться, например, для увеличения фокусного расстояния системы при сохранении габаритов или для подфокусировки изображения. Фотоснимок 3
располагается в фокальной плоскости основного объектива 10, а при наличии дополнительного линзового
компонента 12 в эквивалентной фокальной плоскости основного объектива 10 и дополнительного линзового
компонента 12. Дополнительный объектив 11 образует с основным объективом 10 афокальную систему.
Узел марки 17 размещен на станине 1 со стороны дополнительного объектива 11 на оптической оси оптической каретки 8. Со стороны основного объектива 10 на станине 1 располагаются все элементы, служащие
для наблюдения изображения: призма 18, узел поворота изображения 19, узел изменения увеличения 20,
окуляр 21.
В первом варианте исполнения устройства в качестве светоделительной призмы используется пентапризма с клином, а дополнительный объектив 11 имеет отрицательное фокусное расстояние, таким образом, он
образует совместно с основным объективом 10 трубу Галилея. Во втором варианте исполнения в качестве
светоделительной призмы используется кубическая призма, а дополнительный объектив 11 имеет положительное фокусное расстояние, то есть он образует совместно с основным объективом 10 трубу Кеплера.
Устройство для измерения координат работает следующим образом. Каретка фотоснимка 2 с помещенным на ней фотоснимком 3 перемещается по направляющим 4 и 5 с помощью привода 13, причем величина
перемещения отсчитывается с помощью измерителя линейных перемещений 15. Оптическая каретка 8 перемещается по другой координате с помощью привода 14, причем величина перемещения отсчитывается с помощью измерителя линейных перемещений 16. Изображение фотоснимка 3, пройдя через дополнительный
линзовый компонент 12 и светоделительную призму 9, проецируется основным объективом 10 в бесконечность. Изображение марки также проецируется узлом марки 17 в бесконечность, проходит через дополнительный объектив 11, светоделительную призму 9 и основной объектив 10 и совмещается с изображением
фотоснимка 2. Вышедший из основного объектива 10 световой пучок попадает в призму 18, которая направляет его в узел поворота изображения 19, который поворачивает изображение вокруг оптической оси. Узел
3
BY 4460 C1
изменения увеличения 20 позволяет изменять масштаб изображения, после чего изображение рассматривают
с помощью окуляра 21.
Компенсация погрешностей, возникающих при заклонах каретки, поясняется с помощью фиг. 3 на примере первого варианта исполнения. При заклоне оптической каретки 8 происходит ее поворот вокруг некоторой неизвестной точки с. При этом точка визирования перемещается из точки v0 в точку v1, однако при
этом перемещается и точка крепления оптической каретки 10 к измерителю линейных перемещений 16 из k0
в k1, поэтому часть погрешности компенсируется соответствующим изменением отсчета на величину
v0v2 = k0k1. Нескомпенсированное перемещение точки визирования будет
v1v2 = z*dα ,
где z - расстояние от плоскости фотоснимка 2 до точки крепления оптической каретки 8 к измерителю линейных перемещений 16, dα - угол заклона каретки 8.
Угловая погрешность положения точки изображения wN на выходе основного объектива 10 будет
wN = z*dα/fE ,
где fE - эквивалентное фокусное расстояние основного объектива 10 и дополнительного линзового компонента 12.
При заклоне оптической каретки 8 изменит свое направление и пучок лучей, формирующий изображение
марки. Это изменение wM определяется известной формулой для афокальной системы:
wM = f2*dα/f1 ,
где f1 - фокусное расстояние основного объектива 10, f2 - фокусное расстояние дополнительного объектива
11.
Взаимная компенсация погрешностей осуществляется, если wM = wN,
т.е. f2 = z*f1/fE .
Очевидно, что при отсутствии дополнительного линзового компонента 12 f1 = fE, следовательно, f2 = z.
При втором варианте исполнения используемая кубическая призма 9 будет при заклонах оптической каретки 8 поворачивать изображение фотоснимка в противоположную сторону, поэтому для компенсации погрешностей необходимо использовать дополнительный объектив 12 с положительным фокусным
расстоянием. Принципиального отличия в работе такой схемы от предыдущей нет, однако вследствие известных различий между трубой Галилея и трубой Кеплера ее габариты будут больше. Поскольку уменьшение габаритов устройства является основным достоинством измерительных устройств с перемещающимися
оптическими компонентами, первый вариант исполнения является предпочтительным.
Источники информации:
1. Дробышев Ф.В. Основы аэрофотосъемки и фотограмметрии. - М.: Недра, 1993. – С. 118.
2. DD 222115, МПК G01C 11/12, 1983.
3. "APC-4 Analitical stereoplotter" - проспект фирмы ОМI.
4. Аналитический стереофотограмметрический прибор АР-1 (АР-1 - analitical stereo plotter, ОМI Nistri
Roma, 1961) / Пер. с англ.
5. "Photogrammetric workstation SD2000" - проспект фирмы LEICA, 1996.
1. Устройство для измерения координат, содержащее станину, расположенные на ней две пары взаимноперпендикулярных направляющих, на одной из которых установлена каретка фотоснимка, на другой - оптическая каретка, включающая светоделительную призму и основной объектив, изображение от которого передается в окуляр через расположенные на станине узел поворота изображения и узел изменения
увеличения, измерители линейных перемещений и приводы, механически связанные с каретками, и узел
марки, отличающееся тем, что включает установленные на оптической каретке дополнительный объектив,
образующий с основным объективом афокальную систему, и дополнительный линзовый компонент, расположенный между кареткой фотоснимка и светоделительной призмой, при этом узел марки расположен на
станине на оптической оси оптической каретки со стороны дополнительного объектива, а величина фокусного расстояния дополнительного объектива равна расстоянию от плоскости фотоснимка до точки крепления
оптической каретки к измерителю линейных перемещений оптической каретки, умноженному на отношение
фокусного расстояния основного объектива к эквивалентному фокусному расстоянию основного объектива
и дополнительного линзового компонента.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве светоделительной призмы использована пентапризма с клином, а дополнительный объектив имеет отрицательное фокусное расстояние.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве светоделительной призмы использована кубическая
призма, а дополнительный объектив имеет положительное фокусное расстояние.
4
BY 4460 C1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
162 Кб
Теги
by4460, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа