Рассматривается оптико-электронная система контроля положения элементов конструкции радиотелескопа РТ-70 на основе метода триангуляции. Приводится общий алгоритм моделирования на системном уровне и пример результатов моделирования.

Метрологическое обеспечение многих измерительных задач производственной и научной деятельности предусматривает измерение пространственного положения некоторых объектов контроля относительно единой жесткой базы в процессе их перемещения.
Совершенствование технологии изготовления современных средств производства, самолетов и кораблей, установок для научных исследований требует точного контроля положения деталей при их сборке, юстировке и последующей эксплуатации. Например, такие измерения обязательны при заключительных операциях сборки и юстировки авиационных и корабельных стапелей, координатных стендов, наземных радиотелескопов, блоков ускорителей заряженных частиц.
В частности задача создания радиотелескопа для миллиметрового диапазона длин волн требует высокоточного контроля формы поверхности зеркала. Главное зеркало нового радиотелескопа с открытой апертурой имеет большой размер отражающего зеркала диаметр 50 ... 100 метров, форма зеркала - трехмерная парабола. Поверхность зеркала состоит из 1000 ... 2000 плоских металлических секций. Работа в миллиметровом диапазоне длин волн требует минимального (не больше чем 0,1mm) отклонения поверхности от теоретической трехмерной параболы.
Вес и температурная деформация элементов конструкции приводит к изменению позиции и линейному сдвигу каждой плоской секции отражающей поверхности относительно теоретической параболы. Поэтому необходимо реализовать специальную систему для измерения отклонения отражающей поверхности относительно теоретической трехмерной параболы.
Для решения поставленной задачи выбран метод "прямой" угловой засечки. Метод предусматривает две ПЗС камеры расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга на базовом объекте. На объекте контроля расположены элементы, определяющие его пространственное положение.

Рис.1 Схема расположения видеокамер на радиотелескопе

Каждый из измерительных каналов состоит из одной видеокамеры 1 или 2 рис.(2), первая закреплена на контррефлекторе, вторая расположена на специальном элементе конструкции радиотелескопа - базовом кольце. Жесткое базовое кольцо расположено в вершине главного зеркала радиотелескопа и является неподвижной базой измерительной системы.
Измерительный канал использует триангуляционный метод.
В соответствии с методом, каждая видеокамера измеряет углы визирования светодиода, расположенного в контрольной точке. Соответственно, измеряются углы визирования в горизонтальной , и вертикальной , плоскостях. Для этого ПЗС матрицы, расположенные в фокальных плоскостях объективов видеокамер измеряют координаты изображений x1, y1, x2 и y2 изображений светодиода соответственно (рис. 2).

Рис.2 Реализация прибора по методу "прямой" линейной засечки

Углы визирования и координаты контрольной точки определяются по следующим соотношениям /1/.

1)

Для исследования составляющих погрешности измерения эффективно компьютерное моделирование.
С помощью реализованной компьютерной модели выполнялись экспериментальные исследования влияния различных составляющих погрешности измерения на точность измерения.
В результате проведенного анализа выявлены следующие первичные погрешности, определяющие точность измерения линейных и угловых координат контролируемого объекта.

1. Погрешность измерения координат центра изображения измерительной марки на матричном ФПЗС ИОЭП, обусловленная шумами и дискретностью приемной площадки;
2. Погрешность измерения, определяемая отклонением величины фокусного расстояния объективов от номинального значения;
3. Погрешность вследствие погрешности определения базовых расстояний - B между центрами объективов ИОЭП в ОЭС

Получены следующие результаты:

Рис.4 Погрешности измерения координат от погрешности определения координат изображений на ПЗС

Рис.5 Погрешности измерения координат от отклонения фокусного расстояния

Рис.6 Погрешности измерения координат от отклонения базового расстояния

В частности выявлено, что наиболее значимым фактором является отклонение фокусного расстояния объективов, возможная причина столь больших погрешностей заключается в том, что ОЭС работающие по методу "прямой" засечки включает два ИОЭП и, следовательно, фактически действуют две составляющие погрешности для двух фокусных расстояний.

Результаты исследований подтвердили эффективность компьютерного моделирования для исследования влияния частичных погрешностей звеньев измерительной цепи системы контроля координат поверхности главного зеркала.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• Высокоточные угловые измерения/Д.А. Аникст, К.М. Константинович, И.В. Меськин, Э.Д. Панков. Под ред. Ю.Г. Якушенкова, М.: Машиностроение, 1987- 480 с.

 Скачать статью (RAR -архив, 70 Kb)

Автор(ы)  :  Коняхин И.А. д.т.н., проф.