RU2464590C1 - Laser location method - Google Patents
Laser location method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2464590C1 RU2464590C1 RU2011124122/28A RU2011124122A RU2464590C1 RU 2464590 C1 RU2464590 C1 RU 2464590C1 RU 2011124122/28 A RU2011124122/28 A RU 2011124122/28A RU 2011124122 A RU2011124122 A RU 2011124122A RU 2464590 C1 RU2464590 C1 RU 2464590C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser radiation
- laser
- pair
- diaphragms
- scattered
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно к измерительной технике, основанной на лазерном излучении, и может быть использовано в робототехнике и на предприятиях, занимающихся разработкой, изготовлением и применением систем лазерной локации для определения местонахождения материального объекта в пространстве.The invention relates to the field of instrumentation, mainly to measuring equipment based on laser radiation, and can be used in robotics and at enterprises engaged in the development, manufacture and use of laser location systems to determine the location of a material object in space.
Из уровня техники известен способ лазерной локации, при котором облучают определяемый материальный объект лазерным излучением, принимают лазерное излучение приемником, преобразуют лазерное излучение в электрический сигнал, производят обработку и анализ электрического сигнала и по результатам анализа этого сигнала определяют координаты каждой точки поверхности контролируемого материального объекта (заявка на изобретение №2001117241, G01B 11/24, 2003 г.).A laser location method is known from the prior art, in which a material being detected is irradiated with laser radiation, the laser radiation is received by the receiver, the laser radiation is converted into an electrical signal, the signal is processed and analyzed, and the coordinates of each point on the surface of the controlled material object are determined from the analysis of this signal ( application for invention No. 20011117241, G01B 11/24, 2003).
В данном способе лазер устанавливается на поворотной платформе, а лазерное излучение направляется на материальный объект под разными углами, при этом для определения координат каждой точки поверхности контролируемого материального объекта необходимо измерять углы поворотной платформы, на которой устанавливают лазер. Погрешность измерения этих углов сильно влияет на точность определения координат каждой точки поверхности контролируемого материального объекта. Недостаток данного способа заключается в невысокой точности определения местоположения материального объекта, обусловленной сложностью точного определения углов установки платформы с лазером.In this method, the laser is mounted on a turntable, and the laser radiation is directed to a material object at different angles, while to determine the coordinates of each point on the surface of a controlled material object, it is necessary to measure the angles of the turntable on which the laser is mounted. The measurement error of these angles greatly affects the accuracy of determining the coordinates of each point on the surface of a controlled material object. The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the location of a material object, due to the difficulty of accurately determining the installation angles of the platform with the laser.
Наиболее близким решением по технической сути к заявленному способу является способ лазерной локации, включающий облучение определяемого материального объекта лазерным излучением, принятие лазерного излучения приемником, преобразование лазерного излучения в электрический сигнал, обработку и анализ электрического сигнала, по результатам которого определяют местоположение материального объекта (Патент Российской Федерации №2296350, G01S 17/02, 2007 г.). В указанном способе материальный объект облучают немодулированным лазерным излучением, излучение отражается материальным объектом и водной поверхностью, над которой расположен материальный объект, принимается приемником, расположенным вблизи источника лазерного излучения, преобразуется в электрический сигнал, по результатам обработки которого судят о координатах материального объекта относительно водной поверхности. Недостатком известного способа является невысокая точность определения местоположения материального объекта на плоскости, обусловленная тем, что принимают излучения не только от материального объекта, но и от бликов морской поверхности и статистически усредняют полученные результаты. Кроме того, недостатком данного способа является невозможность применения его в робототехнике.The closest solution in technical essence to the claimed method is a laser location method, including irradiating a material object with laser radiation, receiving a laser radiation by a receiver, converting laser radiation into an electrical signal, processing and analyzing an electrical signal, the results of which determine the location of the material object (Russian Patent Federation No. 2296350, G01S 17/02, 2007). In this method, a material object is irradiated with unmodulated laser radiation, the radiation is reflected by the material object and the water surface above which the material object is located, received by the receiver located near the laser radiation source, converted into an electrical signal, the processing of which judges the coordinates of the material object relative to the water surface . The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the location of a material object on a plane, due to the fact that they receive radiation not only from a material object, but also from glare from the sea surface and statistically average the results. In addition, the disadvantage of this method is the impossibility of its use in robotics.
В предложенном изобретении ставится техническая задача создания такого способа лазерной локации, который бы обеспечивал высокую точность определения местоположения материального объекта в пространстве, что особенно важно для робототехники.The proposed invention poses the technical task of creating such a method of laser ranging, which would provide high accuracy in determining the location of a material object in space, which is especially important for robotics.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе лазерной локации, включающем облучение определяемого материального объекта лазерным излучением, принятие лазерного излучения приемником, преобразование лазерного излучения в электрический сигнал, обработку и анализ электрического сигнала, по результатам которого определяют местоположение материального объекта, согласно изобретению при облучении материального объекта лазерным излучением изменяют частоту лазерного излучения по пилообразному закону, разделяют лазерное излучение на три пары составляющих с помощью полупрозрачных зеркал или призм или оптоволокна, преобразуют каждую составляющую лазерного излучения из прямого в рассеянное путем пропускания через диафрагму, при этом диафрагмы располагают парами в разных плоскостях таким образом, что оптические пути прохождения лазерного излучения от лазера до каждой из пары диафрагм были одинаковы, затем облучают материальный определяемый объект рассеянным лазерным излучением от каждой пары диафрагм поочередно, располагают приемник лазерного излучения на определяемом материальном объекте, принимают приемником суммарный сигнал рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм и преобразуют его в электрический сигнал, производят обработку и анализ электрического сигнала, возникающего при воздействии рассеянного лазерного излучения поочередно от каждой пары диафрагм, расположенных в разных плоскостях, после чего по результатам анализа и обработки сигналов от каждой пары диафрагм определяют варианты всех возможных расположений материального объекта в пространстве, представляющие собой поверхность гиперболоида, по точке пересечения трех гиперболических поверхностей и с последующим определением настоящего местоположения объекта в пространстве.The technical result achieved is achieved by the fact that in the laser location method, including irradiating the material being detected with laser radiation, receiving the laser radiation by the receiver, converting the laser radiation into an electrical signal, processing and analyzing the electrical signal, the results of which determine the location of the material object, according to the invention, when irradiated of a material object by laser radiation change the frequency of laser radiation according to a sawtooth law, separate the laser radiation into three pairs of components using translucent mirrors or prisms or optical fiber, convert each component of the laser radiation from direct to scattered by passing through the diaphragm, while the diaphragms are arranged in pairs in different planes so that the optical paths of laser radiation from the laser to each of the pair of diaphragms were the same, then the material detected object is irradiated with scattered laser radiation from each pair of diaphragms in turn, a laser radiation receiver is located exercises on the material object being determined, receive the total signal of the scattered laser radiation from each pair of diaphragms by the receiver and convert it into an electric signal, process and analyze the electric signal that occurs when the scattered laser radiation is applied alternately from each pair of diaphragms located in different planes, after which According to the results of analysis and processing of signals from each pair of diaphragms, options for all possible locations of a material object in space are determined, representing the surface of a hyperboloid, at the intersection of three hyperbolic surfaces and then determining the actual location of the object in space.
Предлагаемый способ лазерной локации поясняется с помощью прилагаемого чертежа, где на фиг.1 схематично изображено расположение лазера, диафрагм и определяемого объекта.The proposed method of laser location is illustrated using the attached drawing, where figure 1 schematically shows the location of the laser, apertures and the detected object.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
В лазере 1 (фиг.1) излучение модулируется по пилообразному закону. Базовая частота излучения может быть выбрана в инфракрасном диапазоне, например, 200 ТГц, что соответствует длине волны примерно 1,5 мкм. При этом мы линейно наращиваем частоту на 100 ГГц за 1 мс.In the laser 1 (Fig. 1), the radiation is modulated according to a sawtooth law. The base radiation frequency can be selected in the infrared range, for example, 200 THz, which corresponds to a wavelength of about 1.5 microns. At the same time, we linearly increase the frequency at 100 GHz in 1 ms.
Лазерное излучение разделяют на три пары составляющих, например, с помощью полупрозрачных зеркал или призм или оптоволокна и направляют на диафрагмы 2, при этом оптические пути прохождения лазерного излучения от лазера до каждой из пары диафрагм выполняются одинаковыми.Laser radiation is divided into three pairs of components, for example, using translucent mirrors or prisms or optical fiber and sent to the diaphragms 2, while the optical paths of laser radiation from the laser to each of the pair of diaphragms are the same.
Преобразуют каждую составляющую лазерного излучения из прямого в рассеянное путем пропускания через диафрагмы 2. При этом располагают все три пары диафрагм так, чтобы они не лежали в одной плоскости, например в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, как на фиг.1. Три пары диафрагм могут быть образованы как шестью диафрагмами, так и меньшим количеством, например пятью или четырьмя, если одна или более из диафрагм будет являться общей для разных пар.Each component of the laser radiation is converted from direct to scattered by passing through the diaphragms 2. In this case, all three pairs of diaphragms are arranged so that they do not lie in the same plane, for example, in three mutually perpendicular planes, as in FIG. Three pairs of diaphragms can be formed by either six diaphragms or a smaller number, for example five or four, if one or more of the diaphragms is common to different pairs.
Приемник рассеянно лазерного излучения располагают на определяемом материальном объекте 3. Производят облучение определяемого материального объекта рассеянным лазерным излучением от каждой пары диафрагм поочередно, поскольку излучение от одной пары диафрагм при данном способе локации не дает однозначного решения. При этом частота переключения рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм выбирается из условий обеспечения необходимой точности определения местоположения материального объекта. Например, при указанных выше параметрах модуляции лазерного излучения частота переключения между парами источников должна составлять порядка секунд.The receiver of the scattered laser radiation is placed on the material object being determined 3. The detected material object is irradiated with scattered laser radiation from each pair of diaphragms in turn, since radiation from one pair of diaphragms with this location method does not give an unambiguous solution. In this case, the switching frequency of the scattered laser radiation from each pair of diaphragms is selected from the conditions for ensuring the necessary accuracy in determining the location of the material object. For example, with the above parameters for modulating laser radiation, the switching frequency between pairs of sources should be of the order of seconds.
С помощью установленного на материальном объекте приемника поочередно принимают суммарные сигналы рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм, которые преобразуют в электрические сигналы, например, с помощью фотоэлектрического преобразователя. Производят обработку и анализ электрического сигнала, возникающего при воздействии рассеянного лазерного излучения поочередно от каждой пары диафрагм.Using the receiver installed on the material object, the total signals of the scattered laser radiation from each pair of diaphragms are alternately received, which are converted into electrical signals, for example, using a photoelectric converter. They process and analyze the electrical signal that arises when exposed to scattered laser radiation alternately from each pair of diaphragms.
В результате анализа обработанного сигнала через определение разности частот от каждой диафрагмы в паре находится разность расстояний от определяемого материального объекта до диафрагм, координаты которых известны. По разности расстояний от определяемого материального объекта до диафрагм можно определить некую поверхность всех возможных расположений материального объекта в пространстве. Так как геометрическое место точек М Евклидового пространства, для которых абсолютное значение разности расстояний от М до двух выделенных точек F1 и F2 (называемых фокусами, в нашем случае это как раз и есть диафрагмы) постоянно - это гиперболоид вращения, то указанная поверхность имеет вид гиперболоида вращения, на поверхности которого и находится определяемый материальный объект, при облучении его рассеянным лазерным излучением от одной пары диафрагм. Путем облучения определяемого материального объекта рассеянным лазерным излучением от второй пары диафрагм можно определить вторую поверхность, также имеющую вид гиперболоида вращения, на которой находится определяемый объект. Пересечение двух поверхностей задает нам некую кривую в пространстве. Облучение определяемого материального объекта рассеянным лазерным излучением от третьей пары диафрагм позволяет уже с помощью пересечения третьего гиперболоида вращения и найденной кривой найти координаты (Х0, Y0, Z0) или действительное местоположение определяемого материального объекта в пространстве.As a result of the analysis of the processed signal through the determination of the frequency difference from each diaphragm in the pair, there is a difference in the distances from the material object being determined to the diaphragms whose coordinates are known. By the difference in distances from the material object being determined to the diaphragms, one can determine a certain surface of all possible locations of the material object in space. Since the geometrical location of the points M of the Euclidean space, for which the absolute value of the difference in the distances from M to the two selected points F1 and F2 (called foci, in our case this is just the diaphragm) is constant - this is a hyperboloid of rotation, this surface looks like a hyperboloid rotation, on the surface of which the determined material object is located, when it is irradiated with scattered laser radiation from one pair of diaphragms. By irradiating the detected material object with scattered laser radiation from the second pair of diaphragms, it is possible to determine the second surface, also having the form of a hyperboloid of revolution, on which the detected object is located. The intersection of two surfaces gives us a certain curve in space. The irradiation of a material object with scattered laser radiation from the third pair of diaphragms makes it possible to find the coordinates (X 0 , Y 0 , Z 0 ) or the actual location of the material in the space using the intersection of the third rotation hyperboloid and the found curve.
Заявленный способ лазерной локации может быть осуществлен в промышленности с применением освоенных современных технологий, материалов и процессов и может быть использован для определения местоположения материальных объектов в робототехнике, станкостроении и машиностроении.The claimed laser location method can be carried out in industry using advanced modern technologies, materials and processes and can be used to determine the location of material objects in robotics, machine tool and machine building.
Предложенный способ лазерной локации не использует измерения углов, что приводит к увеличению погрешности определения местоположения определяемого материального объекта с увеличением расстояния от лазерного источника, позволяет повысить точность определения местоположения материального объекта на плоскости, которая не зависит в данном способе от расстояния между материальным объектом и источником лазерного излучения.The proposed laser location method does not use angle measurements, which leads to an increase in the error in determining the location of a material object being determined with an increase in the distance from a laser source, which makes it possible to increase the accuracy of determining the location of a material object on a plane that does not depend on the distance between a material object and a laser source in this method radiation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011124122/28A RU2464590C1 (en) | 2011-06-15 | 2011-06-15 | Laser location method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011124122/28A RU2464590C1 (en) | 2011-06-15 | 2011-06-15 | Laser location method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2464590C1 true RU2464590C1 (en) | 2012-10-20 |
Family
ID=47145519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011124122/28A RU2464590C1 (en) | 2011-06-15 | 2011-06-15 | Laser location method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2464590C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2554108C1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-06-27 | Акционерное общество "Швабе-Технологическая лаборатория" | Method for optical location and apparatus therefor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1256816A2 (en) * | 1995-11-14 | 2002-11-13 | Areté Associates, Inc. | Imaging lidar system with strip-shaped photocathode and confocal reflection |
| RU2274953C1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-04-20 | Валерий Григорьевич Грачев | Real-time space-time system |
| RU2296350C1 (en) * | 2005-10-03 | 2007-03-27 | Олег Федорович Меньших | Location mode |
| US7584893B2 (en) * | 1998-03-24 | 2009-09-08 | Metrologic Instruments, Inc. | Tunnel-type digital imaging system for use within retail shopping environments such as supermarkets |
-
2011
- 2011-06-15 RU RU2011124122/28A patent/RU2464590C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1256816A2 (en) * | 1995-11-14 | 2002-11-13 | Areté Associates, Inc. | Imaging lidar system with strip-shaped photocathode and confocal reflection |
| US7584893B2 (en) * | 1998-03-24 | 2009-09-08 | Metrologic Instruments, Inc. | Tunnel-type digital imaging system for use within retail shopping environments such as supermarkets |
| RU2274953C1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-04-20 | Валерий Григорьевич Грачев | Real-time space-time system |
| RU2296350C1 (en) * | 2005-10-03 | 2007-03-27 | Олег Федорович Меньших | Location mode |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2554108C1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-06-27 | Акционерное общество "Швабе-Технологическая лаборатория" | Method for optical location and apparatus therefor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wujanz et al. | An intensity-based stochastic model for terrestrial laser scanners | |
| CN105333841B (en) | Metal Surface Roughness detection method based on reflection-type terahertz time-domain spectroscopy | |
| US11085874B2 (en) | Characterization of multilayer structures | |
| JPWO2020049620A1 (en) | Interferometer Moving mirror position measuring device and Fourier transform infrared spectrophotometer | |
| US11193756B2 (en) | Object shape measurement apparatus and method | |
| CN104197837B (en) | A non-contact optical measurement method and device for the volume of complex surface objects | |
| US20150116709A1 (en) | Sensor and method for turbidity measurement | |
| EP4067820B1 (en) | Survey data processing apparatus, survey data processing method and survey data processing program | |
| ATE546711T1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING AND MEASURING FORM DEVIATIONS AND RIGGLES ON ROTATIONALLY SYMMETRIC PARTS | |
| RU2464590C1 (en) | Laser location method | |
| KR20030091737A (en) | Thickness measurement method and apparatus | |
| CN203744933U (en) | Two-dimensional displacement measuring device based on variable-spacing grating diffraction | |
| CN111123246B (en) | Method for testing maximum range finding capability and angle measurement precision of airborne laser radar based on circular scanning | |
| KR101875467B1 (en) | 3-dimensional shape measurment apparatus and method thereof | |
| RU2454680C1 (en) | Laser location method | |
| RU2502083C1 (en) | Method of calibrating and checking doppler wind profile radar | |
| US20230168083A1 (en) | System for generating a signal representative of the profile of a surface moving relative to the system | |
| US20230168079A1 (en) | Method for obtaining the profile of a surface moving in relation to the system | |
| CN102590141A (en) | Mixture refractive index measurement method based on total internal reflection | |
| KR101179952B1 (en) | 3-demensional measureing system using a noncontact type probe simultaneously | |
| CN104913725A (en) | Two-dimensional displacement measuring device based on variable-spacing grating diffraction | |
| KR101664470B1 (en) | Multiple beam path optical system using rear surface reflection of beam splitter | |
| Costantino et al. | Evaluation of reflectance for building materials classification with terrestrial laser scanner radiation | |
| RU2219556C2 (en) | Method for monopulse measurement of bearing of radio signal sources | |
| CN119694921B (en) | Method and equipment for determining uncertainty of wafer film thickness measurement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130616 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20141110 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160616 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180323 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200616 |