Способы и средства контроля пространственного положения объектов
Спектр способов, применяемых для построения систем контроля, как это видно из классификации на рис. 18.3, достаточно широк. По принципу сбора информационного сигнала их условно можно разделить на четыре большие группы: механические, оптические (визуальные), акустические и оптикоэлектронные.
Группа механических и оптических способов и средств широко используется при выносе в натуру осей крупных инженерных сооружений и установке в проектное положение оборудования.
Измерение положения цели относительно заданной какими-либо способом оси часто встречается в задачах, решаемых инженерной геодезией. При этом инженерная геодезия, как правило, имеет дело с высокоточным измерением физических величин, к которым предъявляется требование стабильности во времени, т. е. измерения производятся в статическом режиме с использованием опорной геодезической сети. Однако вследствие сложности методики работ, необходимости дополнительной обработки измерительной информации, наличия большого количества специально обученного персонала для работы в опасной зоне и невозможности работы в реальном масштабе времени эти способы инженерной геодезии, на наш взгляд, перспективными не являются.
Рис. 18.3. Способы и средства контроля пространственного положения объектов
Общеизвестно, что оптические способы и приборы широко используются для измерения координат цели. Оптические способы и средства контроля позволяют производить измерения с высокой точностью, надежны, заменяют механические способы и приборы в тех случаях, когда невозможно осуществить механическую связь между базовым и контролируемым объектом. Вместе с тем ни один из этих способов и средств в отдельности не в состоянии полностью решить многомерную задачу контроля.
Акустические способы и средства контроля нашли применение для определения пространственного положения объектов. Информацию о координатах положения объекта при этом способе переносит ультразвуковой сигнал, отраженный (метод с пассивным отражателем) или направленный (без отражателя) от контролируемого объекта. Далее ультразвуковой сигнал преобразуется в электрический и подвергается обработке в электронном тракте. Система контроля, реализующая этот способ, разработана в РАН РФ и представляет собой совокупность излучателей и первичных преобразователей ультразвукового сигнала, каждый из которых преобразует и выдает в виде электрического сигнала информацию о двух или трех параметрах объекта. Затем эта информация коммутируется и подвергается обработке. После вычислительно-логических операций информация о шести координатах положения объекта вторично преобразует в вид, удобный для восприятия человеком-оператором, и выводится на устройство отображения информации.
Поскольку система представляет собой совокупность приборов для получения измерительной информации, причем каждый из них выдает только часть ее, ей присущи все недостатки, присущие оптическим и механическим способам. Вместе с тем акустические способы контроля обеспечивают достаточно высокую точность, широкий диапазон измерений и могут применяться в непрозрачных средах.
Широкое распространение при измерении различных физических величин получили оптико-электронные способы и средства контроля, включающие в себя очень широкий класс систем, работающих в различных областях спектрального диапазона. В этих системах информация о координатах положения объекта содержится в оптическом сигнале, который затем преобразуется в электрический и подвергается дальнейшей обработке. Выделение полезной информации из оптического сигнала производят, используя его различные физические характеристики (дифракцию, поляризацию, интерференцию и др.).
Так, при дифракционном способе используется схема классического опыта Юнга дифракции света от двух щелей.
Способы, связанные с применением волоконно-оптических элементов, приемников излучения на ПЗС-структурах, позволяют значительно повысить точность, помехозащищенность и другие эксплуатационные характеристики систем контроля.
В лазерных способах излучение лазера используется главным образом для формирования опорных линий или плоскостей. Использование лазеров в оптико-электронных системах позволяет увеличить дальность действия, а в ряде случаев автоматизировать процесс.
Детальные исследования, выполненные в МИИГАиК, указывают на перспективность широкого использования в системах контроля положения объектов способов и средств телевизионного контроля. Эти способы предполагают преобразование оптического сигнала в видеосигнал и выведение на экран видеокон- трольного устройства аналоговой информационной модели пространственного положения контролируемого объекта, а также дополнительной информации. Следует отметить, что с точки зрения отработанности схем преобразования измерительной информации и согласованности с характеристиками человека- оператора эти способы и средства наиболее пригодны при создании многомерных систем контроля пространственного положения объектов.
Информативность многомерных систем контроля можно повысить путем использования телевизионной техники цветного изображения. Использование цветового контраста в информационной модели на экране видеоконтрольного устройства позволяет человеку-оператору безошибочно определять пространственное положение объекта, что значительно снижает вероятность сбоев в системе «человек —машина» и создания аварийной обстановки.
Перспективными являются многомерные системы контроля на базе малогабаритных беструбочных камер с использованием полупроводниковой матрицы с зарядовой связью. Это связано с отсутствием фокусирующе-отклоняющих систем и связанных с ними нелинейных искажений, отсутствием микрофонных эффектов, высокой надежностью формирователя сигнала и возможностью цифровой обработки видеосигнала.
Состояние проблемы позволило сделать вывод о настоятельной необходимости разработки теории многомерных систем контроля пространственного положения объектов, принципов построения и конкретных схемных решений, основанных на оптико-электронных способах и средствах контроля. С учетом созданной теории ниже будут рассмотрены практические аспекты построения многомерных систем контроля и управления.
