Аналитический стереофотограмметрический прибор

 

АНАЛИТИЧЕСКИЙ СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР, содержащий задатчик координат точек стереомодели, электромеханическое устройство для линейного и углового перемещения снимкодержателей в одной плоскости, снабженной плитой не менее чем с двумя взаимно перпендикулярными систе мами параллельных канавок, образующих статоры двухкоординатных шаговых двигателей, над которыми расположены индукторы с группами магнитов, . установленные с возможностью перемещения относительно статоров, двухканальную оптическую наблюдательную систему с встроенными матричными приемниками изображений, злектронную вычислительную машину и графопостроитель , отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности обработки путем увеличения жесткости конструкции . прибора, каждый статор плиты электромеханического устройства снабжен отверстиями , под которыми расположены осветители оптической наблюдательной (Л системы, оптические оси которых совмещень с центрами отверстий, индукс торы выполнены в виде рамок с окнами, на {соторых закреплены с возможностью поворота снимкодержатели, а группы магнитов расположены на сторонах рамок . со сд 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК е

Ц11 4 С 01 С 11/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3761214/24-10 (22) 26.06.84 (46) 30.11.85. Бюл. 9 44 (72 ) Е. Е. Онегин, А. А. Чигирев, В. А. Зенькович, В. M. Зайцев, Е. И. Белявский, В. А. Власов и С. П. Ступень (53) 528.721.2(088.8 ) (56) Патент Франции Ф 2370050, кл. Q Ol С 11/04, 28.01.77.

Авторское свидетельство СССР

Р 932232, кл. Q 01 С.ll/26, 11.07.80 (54 ) (57 ) АНАЛИТИЧЕСКИЙ СТЕРЕОФОТОГРАИИЕТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР, содержащий задатчик координат точек стереомодели, электромеханическое устройство для линейного и углового перемещения снимкодержателей в одной плоскости, снабженной плитой не менее чем с двумя взаимно перпендикулярными системами параллельных канавок, образующих статоры двухкоординатных шаговых

„„SU„„1195187 A двигателей, над которыми расположены индукторы с группами магнитов, . установленные с возможностью перемещения относительно статоров, двух-. канальную оптическую наблюдательную систему с встроенными матричными приемниками изображений, электронную вычислительную машину и графопостроитель, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности обработки путем увеличения жесткости конструкции прибора, каждый статор плиты электромеханического устройства снабжен отверстиями, под которыми расположены осветители оптической наблюдательной Е .системы, оптические оси которых совмещены с центрами отверстий, индукторы выполнены в виде рамок с окнами, С на *оторых закреплены с воэможностью

Ф поворота снимкодержатели, а группы магнитов расположены на сторонах рамок.

Э Ю

1! 95! 81

30

1!зсбретение относится к фотограмметрическому приборостроению, в част" ности к классу аналитических стереообрабатывающих приборов.

Целью изобретения является иовы- 5 шение быстродействия и точности об-! работки за счет увеличения жесткости конструкции прибора.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого аналитического стереофотограмметрического прибора; на фиг. 2 — структурная схема общего статора электромеханического устройства; на фиг, 3 - структурная схема рамочного индуктора с группами магнитов и дросселями; на фиг, 4 — питающий дроссель; на фиг. 5 — схема типового контроллера; на фиг, 6— упрощенная схема линейного шагового ,цвигателя (ЛШД); на фиг. 7 — структурная схема блока управления индукторами-снимкодержателями электромеханического устройства.

Прибор представляет собой модульную структуру, которая содержит ряд

25 модулей, сопрягаемых с ЭВМ по интерфейсу ввода-вывода.

В состав прибора (фиг. !) входят задатчик 1 координат х, у, z точек модели (карты) с контроллером 2, электромеханическое устройство 3 перемещения снимков на плоскости и их разворота на углы х и х, с осветиf тельнои схемой, контроллером щаговых двигателей 4 и контроллерами ЛЩД 5 и 35

6, двухканальная, оптическая система

7 с преобразователями 8 и 9 фрагментов оптических иэображений, находящихся в поле зрения стереоприбора, в цифровые массив;ц, контроллером !О 40 преобразователей и контроллером 11 шаговых двигателей управления масштабом проектирования на приборы с зарядовой связью, стереодисплей 12 с контроллером 13, графопостроитель

14 с замкнутой телевизионной системой 15 и контроллером 16 устройство ввода-вывода изображений 17 с контрол лером 18, электронно-вычислительная машина 19, включающая процессор 20 с 50 контроллером 21, пультовый терминал

22 с контроллером 23, внешние запоминающие устройства на магнитных дисках 24 и магнитных лентах 25 с контроллерами 26 и 27, устройства вводаньшода 28 перфокарточные, перфоленточные и печати с контроллером 29 и интер!1ейс ЭВИ 10.

Входящие в состав прибора модули имеют следующее назначение и состав.

Задатчик 1 координат точек модели (карты) предназначен для формирования на вход ЗВМ координат точек х и у, z соответствующих координатам наблюдаемой по модели точке. Задатчик представляет шар 31 с двумя ортогонально расположенными и фрикционно соединенными с шаром валами 32 и 33, на которых закреплены преобразователи 34 и

35 угла поворота в число-импульсный код °

С помощью преобразователей 34 и

35 формируются приращения 8 х, л у, Для формирования приращений d z эа-датчик снабжен угловым преобразователем число-импульсного типа 36 с ручным приводом в вице цилиндра 37. Для объединения информации с целью передачи .в канал ЭВМ через контроллер 2 и интерфейс 30 задатчик., снабжен мультиплексором 38.

Электронная вычислительная машина

19 предназначена для определения элементов взаимного ориентирования снимков, внешнего ориентирования модели, вычисления двойной обратной фотограмметрической засечки, выдачи управляющих воздействий на входы управления двухкоординатными линейными шаговыми двигателями электромеханического устройства 3.

Электромеханическое устройство 3 предназначено для программного перемещения иэображений стереопары под управлением ЭВМ с целью осуществления в реальном масштабе времени текущих коррекций в координаты, точек на снимках стереопары, соответствующих точке модели, т.е. для подведения под измерительную марку точ к снимков, соответствующих точке модели.

Для выполнения этих функций электромеханическое устройство выполнено в ниде плиты 39, на которой жестко закреплена пластина 40 иэ ферромагнитного материала. На пластине 40 нанесены две взаимно перпендикулярные системы параллельных канавок 41 и

42 (фиг. 1 и 2 ), заполненные немагнитным составом и образующие систему координат прибора.

В плите и пластине выполнено два сквозных отверстия 43.и 44 (фиг. 1 и

?,, под плитой расположены осветитель) ные блоки, содержащие исгочники

1195187 света 45 и 46 и конденсаторы 47 и

48. Оптические оси осветительных блоков совмещены с центрами отверстий

43 и 44. Плита 39 с расположенной на ней.пластиной 40, системами параллель-5 ных канавок 41 и 42 образуют общий статор двухкоординатных линейных ша- говых двигателей. Одновременно плита

39 является конструктивной станиной прибора. 10

Над плитой 39 в зонах отверстий 43 и 44 расположены рамки 49 и 50 (фиг. 1 и 3) с квадратными окнами 51 и 52. На противоположных сторонах рамки расположены группы координатных <5 магнитов 53 и 54 (по координате х) и 55 и 56 (по координате у) с фазными обмотками управления и зубцовыми структурами (фиг. 3 не показаны ), ориентированными по каждой координате 20 ортогонально относительно систем параллельных канавок статора. Каждая координатная зубцовая структура представляет систему параллельных канавок аналогичных системе параллельных ка - >5 навок статора, с расстояниями между ними, большими на 1/4 периода, чем на статоре. В описываемом варианте количество магнитов в группе принято равным шести и определяется требуе- ЗО мыми статистическими и динамическими характеристиками.

В промежутках между магнитами расположены питающие дроссели 57-60 (фиг. 3 и 4), объединенные общим воэдухопроводом и предназначенные для подачи воздуха в зазор d между рамками и статором с целью создания магнитовоздушной подвески, Этот зазор создается и поддерживается по« стоянным (д"= 40-50 мкм ) благодаря уравновешиванию сил притяжения индуктора к пластине, создаваемых постоянными магнитами, и сил отталкивания, создаваемых сжатым воздухом, подаваемым в зазор через питающие дроссели 57-60 (фиг. 3 и 4).

Рамки 49 и 50 выполняют функции индуктора двухкоордннатных линейных и щаговых двигателей. 50

На поверхностях рамок со стороны, противоположной выходам зубцовых структур групп координатных магнитов, расположены вращающиеся снимкодержатели 61 и 62 (фиг. 1) пред- 55 ставляющие легкие рамки с пружинамизащелками и окнами, аналогичными по размерам окнам индукторов, на которых расположены снимки 63 и 64. Для разворота снимков в своих плоскостях

1 на углы ориентированиях и х снимко-: держатели снабжены щаговыми приводами 65 и 66 с блоками управления 67 и

68 и контроллером 4.

Для управления перемещениями индуктором снимкодержателей 49, 61 и

50, 62 в целях текущей коррекции электромеханическое устройство 3 снабжено блоками управления 69 и 70 (фиг. 1) и контроллерами 5 и 6, Двухканальная оптическая система

7 предназначена для проектирования фрагментов снимков 63 и 64 стереопары, расположенных в поле зрения, в плоскость экрана, по которому ведется наблюдение и размерение стереомодели, а также для преобразования оптических изображений из поля зрения сначала в видеосигнал, а затем в цифровую форму. Для выполнения проектирования оптическая система, построенная как и прототип по методе наблюдения с помощью поляроидов, снабжена, светоделительными зеркалами 71 и 72. проектирующими объективами 73 и 74, полиразторами 75 и 76 с ортогонально, расположенными плоскостями поляризации, зеркалом 77, полупрозрачным зеркалом 78, зеркалом 79 и экраном 80, на котором награвирована марка 81.

Для выполнения функции преобраэо вания оптических изображений иэ поля зрения в видеосигнал и цифровую форму преобразователи 8 и 9 оптической системы снабжены матричными приемниками изображений 82 и 83 на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) с объективами 84 и 85, усилителями видеосигналов 86 и 87, аналого-цифровыми преобразователями 88,и 89 и контроллером 10.

Для управления масштабом проектирования фрагментов изображений по

ПЗС объективы 84 и 85 снабжены шаговыми приводами 90 и 91 с блоками управления 92 и 93 и контроллером 11 (фиг. 1).

Электронно-лучевой стереодисплей

12 с контроллером 13, как и в прототипе, предназначен для выполнения преобразований над оптическими плотностями фрагментов стереопары или полноформатных иэображений с целью улучшения отношения сигнал/шум, выделения изображений объектов, трас187 Ь

5 1195 сиронания, нанесения конечных результатов дешифрирования непосредственно на изображение, внесения исправлений, и т.п., а также для стереоскопического наблюдения преобразованных по оптическим плотностям изображений стереопары. Электррнно-лучевой стереодисплей может функционировать под управлением ЭВМ как с видеоинформацией, из зоны поля зрения оптической систе- 10 мы, так и с информацией, получаемой при вводе изображений от устройства ввода-вывода изображений.

Графопостроитель 14 с замкнутой телевизионной системой 15 и контрол- 15, лером 16, как и в прототипе, предназначен для отображения результатов картографирования и дешифрирования в графической форме.

Предлагаемый прибор строится по 20 модульному принципу и каждый входящий в его структуру модуль содержит контроллер, который имеет средства стандартного сопряжения с ЭВМ. В описываемом варианте прибора применяется ЭВМ из семейства СМ ЭВМ с интерфейсом "Общая шина" согласно

ОСТ 25-795-78. Типовой контроллер, принодимый ниже для иллюстрации принципа действия, содержит (фнг. 5) де- З0 шифратор адреса 94, схему управления прерыванием 95, передатчики информации на "Общую шину" 96, приемники информации с "Общей шины 97, регистр команд-состояний ввода 98, регистр команд-состояний вывода 99, регистр данных внода 100, регистр данных вывода 101, приемники внешнего устройства 102, передатчики внешнего устройства 103, схему управления 40 вводом 104, схему управления вынодом

105. Контроллеры конкретных устройств прибора строятся аналогично, но непринципиально отличаются количеством регистров, количеством разрядов шин 45 адреса, отводимых под их адресацию соответственно количеству разрядов дешифратора адреса.

Прибор, как и прототип, может оснащаться датчикамч обратной связи, 50 например лазерными измерителями перемещений.

Прежце чем описывать работу прибора, целесообразно рассмотреть принцип управления снимкодержателями — 55 индукторами 49, 61 и 50, 62 (фиг. 1).

В конструкции электромеханического устройства 3 фит. 1, 3 ), содержащего плиту 39 с пластиной 40, сис .-- .1ми параллельных канавок 41 и 42, отверстиями 43 и 44 и рамки 49 и 50 с окнами 51 и 52, магнитами 53-56, дросселями 57-60 и размещенными на рамках вращающимися снимкодержателями

61 и 62, реализован принцип, лежащий

Ъ основе работы линейного шагового двигателя. Поэтому взаимодействие между рамками и плитой с пластиной может быть пояснено на основе принципа работы линейного шагового двигателя.

В упрощенном представлении управление линейным и шаговым двигателем, образованным пластиной 40 и индуктором 49 (или 50), с группами магнитов

53 и 54 или 55 и 56 (фиг. 1 и 6), каждый из которых состоит из постоянного магнита 106, магнитопроводав

107 и 108, с зубчатыми структурами на рабочих поверхностях магнитопроводов 109-112 обмотками управления

113 и 114 (фиг. 6с, б, 6, ), осуществляется путем коммутации тока в обмотках управления. Так, при возбуждении обмотки управления 113 магнитный поток постоянного магнита замыкается в зубец 110. Последний устанавливается против зубца пластины 40 (фиг. 6a). При возбуждении обмотки 114 и отключении обмотки 13 магнитный поток переключается в зубец 112 и индуктор перемещается вправо (фиг. 66). При изменении направления тока в обмотке 113 и отсутствии тока в обмотке 114 магнитный поток переключается в зубец

109 и индуктор снова перемешается на

1/4 периода вправо (фиг. 6 S). Далее изменяется направление тока н обмотке 114 и отключается ток н обмотке

113 (фиг. 6ь). Затем коммутация обмоток управления повторяется в том же порядке, обеспечивая движение индуктора над пластиной 40 вправо.

Для перемещения снимкодержателяиндуктора вдоль оси х влево изменя- ется порядок коммутации обмоток управления. Перемещение снимкодержателя-индуктора по пластине вдоль оси у осуществляется аналогично перемещению вдоль оси х. Для floBbllllPHHB точности позиционирования применяется квантование тока в обмотках управления, при этом,как правило, используется. синусоидальный .-Закон изменения г 7

1195187 тока, а также увеличивается число обмоток управления до четырех.

Указанные коммутации обмоток в каждом индукторе 49 и 50 осуществляют идентичные блоки управления 69 и 5

70 (фиг. 1). Каждый из блоков управления 69 и 70 состоит из двух идентичных субблоков, служащих для управления по координатам х и у, и содержит (фиг. 7) микропроцессоры 115 10 и 116, генераторы шаговых импульсов

117 и 1IS с блоками сопряжения с мик ропроцессорами 119 и 120, цифроаналоговые преобразователи 121 и 122, усилители мощности 123 и 124, сигналы 15 с выходов которых поступают в обмотки управления групп магнитов 53-56 (фиг. 3) индукторов-снимкодержателей

49 и 50 (фиг. )) и демпферы !25 и

126, 20

Для управления разворотами снимкодержателей на углы х и х, последние снабжены приводами 65 и 66 (фиг. 1) на шаговых прецизионных двигателях серии ДШИ-200. 25

В блоках управления 67 и 68 (фиг. 1) этими приводами с целью повышения точности разворота также применяется квантование тока в обмотках управления и синусоидальный. за- 30 кон изменения тока. Блоки управления этими приводами аналогичны блокам управления, схема которых приведена на фиг. 7, ибо работа шаговых двигателей серии ЩШП основана на том же принципе, что и-работа линейного шагового двигателя.

Предлагаемый прибор функционирует в ряде -режимов (взаимное ориентирование снимков, внешнее ориентирование 40 модели, измерение пространственных координат точек модели и картирование, фотометрические преобразования изображений стереопары при дешифрировании и др.). В связи с тем, что новизна предлагаемого прибора заключена в KQHcTpóêöèè основного модуля, электромеханического устройства 3, из всех режимов функционирования здесь необходимо рассмотреть режим 50 измерения пространственных координат точек модели, в предположении, что взаимное ориентирование снимков и внешнее ориентирование модели выполнены, что матрицы внешнего ориенти- 55 рования введены в прогрумму двойной обратной фотографической засечки, а снимки в снимкодержателях развернуты.: на углы х и х с помощью шаговых приводов 65 и 66 (фиг. 1). Тогда при измерении прибор функционирует следующим образом. Оператор в поляроидных очках-анализаторах, плоскости поляризации которых расположены также как у поляризаторов 75 и 76 (фиг. 1 ) с помощью шага и цилиндра задатчика координат I осуществляет наведение на точку стереомодели, совмещая измерительную марку 81, нанесенную на экран 80. Импульсы приращений с выходов преобразователей 34, 35 и 36, вызывая прерывание в системе через мультиплексор 38 и контроллер

2 передаются в ЭВМ 19. Дри этом управление по установленному для задатчика вектору прерывания передается программе двойной обратной фотограмметрической засечки, s результате работы которой через контроллер 2 сначала будут переданы приращения d x 1у, и а точек стереомодели и суммированы в. ячейках (х), (y), cz> текущие значения координат точки х, у и z а затем по окончании цикла программы засечки на входы контроллеров 5 и 6 (фиг. I и 71 будут переданы приращения координат точек х111 ау; = У) у; ) 1

p y . = y — y

1 1 1-)

1 1 1- ) ) где i — номер цикла, соответственно левого и правого снимков. С выходов контроллеров 5 и 6 эти коды приращений координат вместе со своими знаками затем поступают на микропроцессоры 115 и 116 (фиг. 7), в которых предварительно суммирована вся исходная информация (скорость о работки, ускорение отработки и др.), необходимая для работы блоков управления.

Исходная информация и коды приращений координат х, у, х, у через блоки сопряжения 119 и 120, затем поступают на вход генераторов шаговых импульсов 117 и 118, где коды координат преобразуются в последовательности унитарных импульсов н дополнительно в цифроаналоговых преобразователях 121 и 122 квантуются для повышения точности отработки шага. Операция квантования токов управления представляет электрическое дробление шага, принцип работы которого известен.

Квантованные последовательности токов управления, формированные в циф.

9 1195 роаналоговых преобразователях 121 и

122, поступают затем в обмотки управления групп коордичатных магнитов

53, 54 и 55, 56 (фиг. 3) через усилители мощности 123 и 124 (фиг. 7).

В результате заданные на входе блоков управления коды ах, у, дх1, gg будут преобразованы в линейные перемещения индукторов 49 и 50 (фиг. 1) и жестко связанных с ними снимкодержа >0 телей 61 и 62 со снимками 63 и 64 и под измерительную марку 81 будут подведены точки снимков стереопары с координатами х ° = х; „+ ах, ; у„

- у;,+ y;, y<..--y . +ay.

1 i-1 1 х . + дх., 1-1 1 точно соответствующие точке модели с координатами х, у, z. Один цикл работы программы обратной засечки обычно не превышает 1/25-1/50 с. Макси- 20

187 10 мальная скорость, ускорение обработки приращений координат дпя данной конструкции электромеханического устройства составляют соответственно

300 мм/с (или при шаге 5 мкм 60х х10 шагов / с.1и 9,8 м/с (или при шаге 5 мкм 1,96 х 1О шагов/с ).

Поэтому очевидно, что реальные максимальные скорости и изменение ускорения переменных х, у, х, y, принимаемые обычно 20 мм/с (или при ша

re 5 мкм 4 10 шагов/с ) и (0,5 м/с (или при шаге 5 мкм 0,5.10 щагов/с ) являются существенно меньшими, что гарантирует прецизионную отработку каждого шага, даже без применения датчиков обратной связи и практическую безинерцибнность преобразования кодов координат в линенные перемещения.

Il95187

1195187

Фиг. 1

1 1()5187

Составитель Г. Гаранин

Редактор А. Гулько Техред С.Мигунова Корректор A ..0бручар

Заказ 7406/45 Тираж á50 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Ьплиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4