Введение к работе
Актуальность. Расширение сферы применения геодезических измерительных средств и изменение требований к точностным критериям выполняемых ими работ приводит к необходимости совершенствования как отдельных узлов конструкции этих приборов, так и создания новых систем, отличающихся принципами построения и методами выполнения измерений, которые обеспечивают повышение точности, более эргономичны и позволяют реализовать дополнительные функциональные возможности. Предпосылкой для автоматизации процесса наведения в современных геодезических приборах универсального назначения - теодолитах и тахеометрах является автоматизация процесса измерения углового положения визирной оси с помощью электронных датчиков угла и дальности до цели с помощью светодальномера, а также процесса накопления и обработки информации с использованием встроенной в прибор микроэвм. В связи с этим создание автоматизированных лазерных систем наведения наряду с решением задачи полной или частичной автоматизации всего процесса угловых измерений позволит повысить скорость измерений и их точность за счет исключения субъективных ошибок в процессе определения направления, а также позволит в автоматическом режиме отслеживать положение цели в угловом поле прибора.
Приборы, в состав которых входят автоматизированные системы наведения, могут быть использованы для решения широкого круга геодезических задач, в том числе для контроля за деформация ми сооружений и для маркшейдерских работ, при монтаже оборудо-
вания, в судостроении, крупном машиностроении и при строительстве уникальных сооружений, а также в других случаях, когда необходимо бесконтактное измерение положения, размеров и перемещений объектов.
В настоящее время существует ограниченное число технических решений в этой области. Точностные характеристики большинства существующих систем наведения не удовлетворяют требованиям, предъявляемым при решении задач высокой точности. Изложенное свидетельствует об актуальности темы диссертационной работы, посвященной разработке и исследованию автоматизированных лазерных систем наведения для геодезических измерений.
Цель работы. Делыо диссертационной работы является исследование возможностей повышения точности автоматизированного наведения на цель геодезических приборов, разработка теоретических положений, системотехнических и схемотехнических принципов построения лазерных систем наведения (ЛСН).
В работе поставлены и решаются следующие исследовательские задачи:
-
Разработка теоретических положений принципа построения лазерных систем наведения на основе развития метода автоколлимации в сходящихся пучках.
-
Теоретический анализ возможности реализации метода инструментальными средствами на основе оценки погрешностей предлагаемых технических решений. Выработка требований к основным элементам конструкции. Структурная разработка семейства типовых схем ЛСН.
-
Проведение экспериментальных исследований лазерной сие-
темы наведения.
Методы исследований. В основу решения вопросов, рассматриваемых в диссертации, положены методы математического анализа, матричной алгебры, методы статистического анализа. Используется классификация и анализ существующих технических решений в соответствии с обоснованной системой критериев. Расчеты оптических систем выполнены с использованием теоретических основ гауссовой оптики.
В работе сочетаются теоретические и экспериментальные методы оценки точностных характеристик ЛСН. Экспериментальные исследования макета ЛСН проводились на мини-полигоне в условиях закрытого помещения;' В рамках исследований использоватись методы математического моделирования на ЭВМ типа IBM PC Ат
Научная новизна.
-
Определены возможности реализации метода автоколлимации в сходящихся пучках для измерения углового положения объектов на расстояниях до несколько сотен метров. По сравнению с используемой ранее автоколлимационной системой, работающей в сходящихся пучках, построение лазерной системы наведения с учетом особенностей формирования лазерных пучков позволяет улучшить энергетические соотношения в системе и, как следствие этого, увеличить дальность действия и точность системы.
-
Разработаны методы и средства измерений на основе усовершенствованного способа автоколлимации в сходящихся пучках.
-
Даны оценки возможностей повышения точности автоколлимационных измерений с использованием современной элементной базы.
-
Выполнена разработка системотехнических и схемотехни-
ческих принципов построения ЛСН, основанных на принципе автоколлимации в сходящихся пучках лучей.
5. Получены аналитические выражения для оценки влияния частных инструментальных погрешностей в автоколлимационной системе наведения на результирующую погрешность измерений и создана математическая модель аппаратных и программных преобразований электронного сигнала в системе для исследования точностных возможностей ЛСН.
Практическая ценность и внедрение результатов работы.
Дальнейшее развитие получил метод автокодлимации в сходящихся пучках.
Разработанная структура лазерных систем наведения позволяет создать новый класс систем наведения, в основу работы которых полонен метод автоколлимации в сходящихся пучках лучей.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать автоматизированные двухкоординатные системы наведения для геодезических измерений. Разработанные системы реализуют измерительный и компенсационный резким работы. В измерительном режиме погрешность наведения, полученная расчетным путем, не превышает 0,5", в компенсационном - 0,25", при этом в . первом случае относительная погрешность измерений составляет 1/120, а во. втором - 1/220 при дальности действия ЛСН до 200 м.
На основе предложенной методики инженерных расчетов модно оценить на стадии 'проектирования точностные характеристики и выбрать основные конструктивные параметры и базовые элементы систем наведения. Методика внедрена при проведении научно-исследовательских работ НПО "Геофизика" и в учебный процесс на ка-
федре оптико-электронных приборов МосГУГиК.
Результаты исследований могут быть также использованы в организациях и предприятиях, занимающихся не только решением геодезических задач, но и вопросами бесконтактного измерения размеров и перемещений изделий.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции "Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации", Россия, Курск, 1993 г.; 48 и 49 научно-технической конференциях аспирантов и молодых ученых МосГУГиК.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 научных статьи.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 146 страницах текста. Работа содержит 4 таблицы и 34 рисунка.
