Вопрос 17 Применение алгоритма обучения в оптико_электронном угломере.

Оптикоэлектронные угломеры – приборы, предназначенные дляконтроля пространственной ориентации контролируемого объекта относительно системы координат, задаваемой другим (базовым) объектом. Один из вариантов оптической схемы угломера показан на рис. 4.9. 72 Угломер состоит из двух основных частей: оптикоэлектронного датчика (ОЭД), определяющего базовую систему координатных осей X,Y,Z и контрольного элемента, размещаемого на контролируемом объекте. Основными элементами ОЭД являются: светодиод (1), диафрагма (2), светоделитель (3), объектив (4), позиционно"чувствительный фотоприёмник, например, ПЗС"матрица (5), а также элементы электронного тракта предварительной обработки сигнала (на рисунке не показаны). Контрольным элементом (6) может служить плоское зеркало или более сложный по структуре пассивный отражатель, жестко связанный с контролируемым объектом. Диафрагма, представляющая собой пластину с небольшим отверстием в несколько десятков или сотен микрон, располагается в фокальной плоскости объектива, поэтому ОЭД формирует пучок лучей слабой расходимости. На площадке ПЗС, также расположенной в фокальной плоскости, строится изображение диафрагмы. Координаты изображения зависят только от углов разворота и контролируемого объекта относительно коллимационных осей X и Y и не зависят от его линейных смещений вдоль любой из координатных осей. Таким образом, задача измерения угловых разворотов контролируемого объекта сводится к задаче измерения линейных координат центра изображения диафрагмы на фоточувствительной площадке ПЗС. Один из возможных алгоритмов обработки сигнала от малоразмерного (точечного) источника заключается в вычислении координат его энергетического центра (ф. 2.32). Другой алгоритм, заключающийся в интерполяции сигнала с отдельных элементов матричного фотоприёмника, с последующим определением координат максимума интерполирующей функции, подробно описан в разделе 4.1. При реализации высокоточных (с погрешностью, не превышающей единиц утловых секунд) и широкодиапазонных (до единиц и Рис.4.9. Оптическая схема угломера. десятков градусов) угломеров приходится учитывать множество факторов, влияющих на характер статической характеристики ОЭД. К их числу относятся: неравномерность чувствительности отдельных участков ПЗС"структуры; неравномерное распределение плотности темновых токов по кристаллу ПЗС, влияние искажений сигнала, возникающих вследствие неэффективности переноса зарядов в ПЗС; неперпендикулярность падения лучей на плоскую фоточувствительную площадку на краях измерительного диапазона; влияние аберраций оптической системы. Совокупность всех этих факторов приводит к появлению значительной систематической составляющей погрешности помимо случайной шумовой составляющей погрешности измерения. На практике возможны различные способы коррекции систематической погрешности, реализуемые на этапе цифровой обработки сигнала. Например, путём аппроксимации заранее определённой статической характеристики какой"либо аналитической функцией, возможна последующая коррекция результатов каждого измерения за счет вычисления соответствующей поправки. Однако, это приводит к увеличению времени на каждое измерение, и, поэтому такой путь не всегда является оптимальным решением. Кроме того, при замене каких"либо элементов оптической схемы (объектива, контрольного элемента, фотоприёмника) или при изменении условий работы (например дистанции) возникает необходимость существенной коррекции алгоритма, а, следовательно, программного обеспечения измерительной системы. Остановимся здесь на возможности использования алгоритма обучения, позволяющего добиться предельного быстродействия измерительной системы в рабочем режиме при достаточной гибкости её адаптации на предварительном этапе калибровки в случае изменения условий работы ОЭД. На рис. 4.10 показан оптико"электронный угломер, содержащий ОЭД, а также контрольный элемент, расположенный на контрольноизмерительном стенде, используемом на этапе обучения, т.е. на этапе калибровки измерительной системы. Задание точного разворота контрольного элемента, например вокруг оси X, осуществляется оператором с помощью микрометрического винта. На рис. 4.11 в качестве примера приведена статическая характеристика канала измерения угла . По оси абсцисс отложены истинные значения измеряемого угла , а по оси ординат – усреднённые значения измеряемого угла −

. Пунктиром показана идеальная статическая характеристика оптико"электронного угломера.

i