ОПТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРОСТРАНСТВЕ С ДВУХКООРДИНАТНЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ МОДУЛЕМ, СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Оптическая измерительная система для определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве, содержащая:
первый измерительный модуль, выполненный с возможностью закрепления на первом из упомянутых конструктивных элементов и содержащий блок излучения, выполненный с возможностью формирования направленного луча оптического излучения;
второй измерительный модуль, выполненный с возможностью закрепления на втором из упомянутых конструктивных элементов и содержащий блок приема для приема луча оптического излучения, сформированного первым измерительным модулем, падающего на плоскость приема излучения, причем блок приема содержит:
систему оптических элементов, расположенную после плоскости приема излучения по пути распространения луча оптического излучения и выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; и
средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения;
и модуль обработки, выполненный с возможностью получения данных от первого и второго измерительных модулей, включающих в себя упомянутую по меньшей мере одну координату, и с возможностью вычисления по меньшей мере одного геометрического параметра, характеризующего взаимное расположение упомянутых двух конструктивных элементов в пространстве, на основании полученных данных;
отличающаяся тем, что
упомянутая система оптических элементов дополнительно выполнена с возможностью разложения луча оптического излучения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения;
упомянутое средство детектирования оптического излучения включает в себя два линейных детектора, расположенных в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, причем каждый линейный детектор выполнен с возможностью регистрации соответствующего одного из двух полученных разложением лучей оптического излучения и определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением этого луча, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента;
упомянутый модуль обработки выполнен с возможностью вычисления упомянутого по меньшей мере одного геометрического параметра на основании двух координат точек пересечения изображений упомянутых двух полученных разложением лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов; и
упомянутая система оптических элементов дополнительно содержит цилиндрическую линзу, выполненную с возможностью преобразования отражённого или пропущенного луча, обеспечивающего поворот световой линии, являющейся изображением данного луча, на 90° в соответствующей плоскости регистрации излучения.
2. Система по п. 1, в которой упомянутая система оптических элементов включает в себя оптический элемент преобразования для выполнения упомянутого преобразования входящего луча оптического излучения, и оптический элемент разложения для выполнения упомянутого разложения входящего луча оптического излучения.
3. Система по п. 2, в которой упомянутый оптический элемент преобразования представляет собой дифракционную решетку, осуществляющую дифракционное разложение луча оптического излучения.
4. Система по п. 2, в которой упомянутый оптический элемент преобразования представляет собой анаморфот, осуществляющий анаморфирование луча оптического излучения.
5. Система по п. 2, в которой упомянутый оптический элемент разложения содержит по меньшей мере разделяющую призму, осуществляющую разложение луча оптического излучения на пропущенный луч и отраженный луч.
6. Система по п. 5, в которой упомянутый оптический элемент преобразования расположен перед упомянутым оптическим элементом разложения по пути распространения входного луча оптического излучения, так что оптический элемент разложения осуществляет разложение преобразованного луча.
7. Система по п. 5, в которой упомянутый оптический элемент преобразования расположен после упомянутого оптического элемента разложения по пути распространения входного луча оптического излучения, так что оптический элемент преобразования осуществляет преобразование двух полученных разложением лучей,
при этом оптический элемент преобразования содержит две дифракционные решетки, размещенные на путях распространения отраженного и пропущенного лучей, соответственно.
8. Система по п. 1, в которой блок приема второго измерительного модуля выполнен с возможностью повторения упомянутого определения двух координат точек пересечения двух полученных разложением лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов два или более раз; и
модуль обработки выполнен с возможностью вычисления упомянутого по меньшей мере одного геометрического параметра на основании двух или более пар координат, полученных в результате упомянутого повторения.
9. Система по п. 8, в которой упомянутое повторение выполняется после изменения положения в пространстве упомянутых конструктивных элементов и/или измерительных модулей на конструктивных элементах.
10. Система по п. 9, в которой упомянутое изменение положения в пространстве представляет собой поворот упомянутых элементов и/или измерительных модулей вокруг соответствующих осей вращения.
11. Система по п. 1, в которой упомянутая система оптических элементов дополнительно содержит одно или несколько вспомогательных оптических средств, выполненных с возможностью дополнительного преобразования луча оптического излучения, которые могут располагаться в любом месте по пути распространения луча оптического излучения внутри блока приема второго измерительного модуля.
12. Система по п. 1, дополнительно содержащая интерфейс для обмена данными между компонентами системы с помощью проводного и/или беспроводного соединения.
13. Система по п. 1, дополнительно содержащая запоминающее устройство, выполненное с возможностью сохранения данных, полученных в измерительных модулях и/или модуле обработки.
14. Система по п. 1, дополнительно содержащая модуль отображения, выполненный с возможностью представления данных, полученных в измерительных модулях и/или модуле обработки, пользователю в графической и/или другой доступной для восприятия форме.
15. Система по п. 1, дополнительно содержащая средство передачи данных, выполненное с возможностью передачи данных, полученных в измерительных модулях и/или модуле обработки, стороннему устройству с помощью проводного и/или беспроводного соединения.
16. Система по одному из пп. 13-15, в которой по меньшей мере одно из упомянутых запоминающего устройства, модуля отображения и средства передачи входит в состав модуля обработки.
17. Система по п. 1, в которой первый измерительный модуль дополнительно содержит блок приема, аналогичный таковому во втором измерительном модуле.
18. Система по п. 1, в которой второй измерительный модуль дополнительно содержит блок излучения, аналогичный таковому в первом измерительном модуле.
19. Система по п. 1, в которой модуль обработки реализован в виде программных средств, сохраненных в памяти, и исполняемых процессором вычислительного устройства, выполненного с возможностью связи с первым и/или вторым измерительными модулями.
20. Способ определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве с помощью оптической измерительной системы, содержащей по меньшей мере два измерительных модуля, выполненных с возможностью закрепления на упомянутых конструктивных элементах, причем способ содержит этапы, на которых:
формируют с помощью первого измерительного модуля луч оптического излучения, направленный в сторону второго измерительного модуля;
обеспечивают попадание луча оптического излучения на плоскость приема излучения в блоке приема второго измерительного модуля;
осуществляют преобразование луча оптического излучения с помощью системы оптических элементов в блоке приема второго измерительного модуля после прохождения лучом упомянутой плоскости приема излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию;
определяют с помощью средства детектирования оптического излучения по меньшей мере одну координату изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения; и
вычисляют по меньшей мере один геометрический параметр, характеризующий взаимное расположение упомянутых двух конструктивных элементов в пространстве на основании упомянутой по меньшей мере одной координаты;
отличающийся тем, что
упомянутое преобразование луча оптического излучения содержит:
преобразование луча оптического излучения с помощью оптического элемента преобразования таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию, и
разложение преобразованного луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения;
упомянутое определение по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения содержит:
регистрацию двух полученных разложением лучей оптического излучения двумя линейными детекторами в составе средства детектирования оптического излучения,
расположенными в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, и
определение каждым линейным детектором координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением соответствующего одного из двух полученных разложением лучей, с чувствительным элементом данного детектора, по длине чувствительного элемента; и
упомянутое вычисление по меньшей мере одного геометрического параметра выполняют на основании двух координат точек пересечения изображений упомянутых двух полученных разложением лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов.
21. Способ по п. 20, в котором упомянутое преобразование луча оптического излучения с помощью оптического элемента преобразования представляет собой дифракционное разложение, осуществляемое с помощью дифракционной решетки.
22. Способ по п. 20, в котором упомянутое преобразование луча оптического излучения с помощью оптического элемента преобразования представляет собой анаморфирование, осуществляемое с помощью анаморфота.
23. Способ по п. 20, в котором упомянутое разложение луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения представляет собой разложение луча оптического излучения на пропущенный луч и отраженный луч, осуществляемое с помощью разделяющей призмы.
24. Способ определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве с помощью оптической измерительной системы, содержащей по меньшей мере два измерительных модуля, выполненных с возможностью закрепления на упомянутых конструктивных элементах, причем способ содержит этапы, на которых:
формируют с помощью первого измерительного модуля луч оптического излучения, направленный в сторону второго измерительного модуля;
обеспечивают попадание луча оптического излучения на плоскость приема излучения в блоке приема второго измерительного модуля;
осуществляют преобразование луча оптического излучения с помощью системы оптических элементов в блоке приема второго измерительного модуля после прохождения лучом упомянутой плоскости приема излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию;
определяют с помощью средства детектирования оптического излучения по меньшей мере одну координату изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения; и
вычисляют по меньшей мере один геометрический параметр, характеризующий взаимное расположение упомянутых двух конструктивных элементов в пространстве на основании упомянутой по меньшей мере одной координаты;
отличающийся тем, что
упомянутое преобразование луча оптического излучения содержит:
разложение луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения, и
преобразование каждого из двух полученных разложением лучей оптического излучения с помощью двух соответствующих оптических элементов преобразования таким образом, что изображение каждого из упомянутых лучей на соответствующей плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию, причём преобразование одного из упомянутых лучей дополнительно содержит поворот световой линии, являющейся изображением донного луча, на 90° в соответствующей плоскости регистрации излучения;
упомянутое определение по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения содержит:
регистрацию упомянутых двух полученных разложением и преобразованных лучей оптического излучения двумя линейными детекторами в составе средства детектирования оптического излучения, расположенными в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, и
определение каждым линейным детектором координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением соответствующего одного из упомянутых двух лучей, с чувствительным элементом данного детектора, по длине чувствительного элемента; и
упомянутое вычисление по меньшей мере одного геометрического параметра выполняют на основании двух координат точек пересечения изображений упомянутых двух лучей оптического излучения с чувствительными элементами двух линейных детекторов.
25. Способ по п. 24, в котором упомянутое преобразование лучей оптического излучения с помощью двух оптических элементов преобразования представляет собой дифракционное разложение, осуществляемое с помощью двух дифракционных решеток.
26. Способ по п. 24, в котором упомянутое преобразование лучей оптического излучения с помощью двух оптических элементов преобразования представляет собой анаморфирование, осуществляемое с помощью двух анаморфотов.
27. Способ по п. 24, в котором упомянутое разложение луча оптического излучения с помощью оптического элемента разложения представляет собой разложение луча оптического излучения на пропущенный луч и отраженный луч, осуществляемое с помощью разделяющей призмы.
28. Двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения, предназначенное для использования в оптической измерительной системе для определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве, выполненное с возможностью закрепления на втором конструктивном элементе из упомянутых двух элементов, причем упомянутая система содержит источник оптического излучения, выполненный с возможностью закрепления на первом конструктивном элементе из упомянутых двух элементов и формирования направленного луча оптического излучения, причем двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения содержит:
систему оптических элементов, выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; и
средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения, причем упомянутая по меньшей мере одна координата характеризует расположение в пространстве устройства регистрации оптического излучения по отношению к упомянутому источнику оптического излучения;
отличающееся тем, что
упомянутая система оптических элементов включает в себя:
оптический элемент преобразования, выполненный с возможностью упомянутого преобразования луча оптического излучения таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию, и
оптический элемент разложения, выполненный с возможностью разложения преобразованного луча оптического излучения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения; и
упомянутое средство детектирования оптического излучения включает в себя два линейных детектора, расположенных в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, причем каждый линейный детектор выполнен с возможностью регистрации соответствующего одного из двух полученных разложением лучей оптического излучения и определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением данного луча, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента.
29. Устройство по п. 28, в котором упомянутый оптический элемент преобразования представляет собой дифракционную решетку.
30. Устройство по п. 28, в котором упомянутый оптический элемент преобразования представляет собой анаморфот.
31. Устройство по п. 28, в котором упомянутый оптический элемент разложения представляет собой разделяющую призму, осуществляющую разложение луча оптического излучения на пропущенный луч и отраженный луч.
32. Двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения, предназначенное для использования в оптической измерительной системе для определения взаимного расположения двух конструктивных элементов в пространстве, выполненное с возможностью закрепления на втором конструктивном элементе из упомянутых двух элементов, причем упомянутая система содержит источник оптического излучения, выполненный с возможностью закрепления на первом конструктивном элементе из упомянутых двух элементов и формирования направленного луча оптического излучения, причем двухкоординатное устройство регистрации оптического излучения содержит:
систему оптических элементов, выполненную с возможностью преобразования входящего луча оптического излучения по меньшей мере таким образом, что изображение луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию; и
средство детектирования оптического излучения, выполненное с возможностью определения по меньшей мере одной координаты изображения луча оптического излучения на плоскости регистрации оптического излучения, причем упомянутая по меньшей мере одна координата характеризует расположение в пространстве устройства регистрации оптического излучения по отношению к упомянутому источнику оптического излучения;
отличающееся тем, что
упомянутая система оптических элементов включает в себя:
оптический элемент разложения, выполненный с возможностью разложения луча оптического излучения на два луча, распространяющихся в разных направлениях, к двум соответствующим плоскостям регистрации излучения, и
два оптических элемента преобразования, выполненных с возможностью преобразования каждого из двух полученных разложением лучей оптического излучения таким образом, что изображение каждого из упомянутых лучей на соответствующей плоскости регистрации оптического излучения масштабно преобразуется по существу в световую линию;
причём система оптических элементов содержит цилиндрическую линзу, выполненную с возможностью преобразования отражённого или пропущенного луча, обеспечивающего поворот световой линии, являющейся изображением данного луча, на 90° в соответствующей плоскости регистрации излучения;
упомянутое средство детектирования оптического излучения включает в себя два линейных детектора, расположенных в упомянутых двух плоскостях регистрации излучения, соответственно, причем каждый линейный детектор выполнен с возможностью регистрации соответствующего одного из двух полученных разложением и преобразованных лучей оптического излучения и определения координаты точки пересечения световой линии, являющейся изображением данного луча, с чувствительным элементом детектора, по длине чувствительного элемента.
33. Устройство по п. 32, в котором каждый из упомянутых двух оптических элементов преобразования представляет собой дифракционную решетку.
34. Устройство по п. 32, в котором каждый из упомянутых двух оптических элементов преобразования представляет собой анаморфот.
35. Устройство по п. 32, в котором упомянутый оптический элемент разложения представляет собой разделяющую призму.