priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-8-696-703pribor-401Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESОтражатель с цилиндрической гранью и непрямым углом между плоскими для трехкоординатных измеренийReflector with a Cylindrical Face and a Non-right Angle Between the Flat Ones for Three-coordinate MeasurementsНикитинМ. М.NikitinM. M.

Михаил Михайлович Никитин — соискатель; Высшая инженерно-техническая школа; инженер

Санкт-Петербург

Mikhail M. Nikitin — Higher School of Engineering and Technology; Engineer

St. Petersburg

mmnikitin@itmo.ruКоняхинИ. А.KonyakhinI. A.

Игорь Алексеевич Коняхин — д-р техн. наук, профессор; инженерно-исследовательский факультет; профессор

Санкт-Петербург

Igor A. Konyakhin — Dr. Sci., Professor; Faculty of Engineering Research; Professor

St. Petersburg

igor@grv.ifmo.ruУниверситет ИТМОITMO University202512092025688696703Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/401

Рассматривается контрольный элемент автоколлимационной системы (отражатель), представляющий собой зеркальный тетраэдр, нижняя грань которого заменена на цилиндрическую поверхность, при этом угол между плоскими гранями не равен 90°. Синтезирована математическая модель данного отражателя, описывающая изменение изображения в зависимости от углов поворота. Проанализирована возможность применения модели для измерения характерных параметров изображения. Построена компьютерная модель автоколлимационной системы (автоколлиматор АКТ-60) в средстве программного обеспечения Zemax. Представлен алгоритм измерения углов поворота контрольного элемента, основанный на определении характерных параметров изображения. На основании результатов моделирования с помощью метода наложения доказана согласованность математической и компьютерной моделей. Полученные результаты могут быть применены в системах, требующих точного углового позиционирования элементов, например при исследовании прогибов и деформаций экспериментальных конструкций, установке и сборке крупногабаритных частей изделий, монтаже авиационных и корабельных стапелей.

The control element of the autocollimation system (reflector) is considered, which is a mirror tetrahedron, the lower face of which is replaced by a cylindrical surface, while the angle between the flat faces is not equal to 90 °. A mathematical model of this reflector is synthesized, describing the image change depended on the rotation angles. The possibility of using the model to measure characteristic image parameters is analyzed. A computer model of the autocollimation system (ACT-60 autocollimator) is created with Zemax software tool. An algorithm for measuring the rotation angles of a control element based on determining the characteristic image parameters is presented. Based on the simulation results, the consistency of mathematical and computer models is proved using the overlay method. The results obtained can be applied in systems requiring precise angular positioning of elements, for example, in the study of deflections and deformations of experimental structures, installation and assembly of large-sized parts of products, installation of aircraft and ship slipways.

контрольный элементавтоколлимационная системацилиндрическая граньтрехкоординатные измеренияcontrol elementautocollimation systemcylindrical surfacethree-dimensional positioningReferencesNogin A. A., Konyakhin I. A. The Position Monitoring Robotic Platforms of the Radiotelescope Elements on Base of Autocollimation Sensors // Studies in Systems, Decision and Control. 2019. Vol. 174. P. 297–304.Nogin A.A., Konyakhin I.A. Studies in Systems, Decision and Control, 2019, vol. 174, pp. 297–304.Nogin A. A., Konyakhin I. A. Optoelectronic SEMS for Preventing Object Destruction // Studies in Systems, Decision and Control. 2020. Vol. 261. P. 199–204.Nogin A.A., Konyakhin I.A. Studies in Systems, Decision and Control, 2020, vol. 261, pp. 199–204.Konyakhin I. A., Dang D., Turgalieva T. V. Autocollimation Sensor for High-Accuracy Line and Angular Localization of SEMS Blocks in Technogenic Environment // Studies in Systems, Decision and Control. 2022. Vol. 419. P. 221–233.Konyakhin I.A., Dang D., Turgalieva T.V. Studies in Systems, Decision and Control, 2022, vol. 419, pp. 221–233.Yanhe Y., Sheng C., Yanfeng Q. Design, fabrication, and verification of a three-dimensional autocollimator // Applied Optics. 2016. Vol. 55, N 35. P. 9986–9991.Yanhe Y., Sheng C., Yanfeng Q. Applied Optics, 2016, no. 35(55), pp. 9986–9991.Turgalieva T., Konyakhin I. Research of autocollimating angular deformation measurement system for large-size objects control // Proc. SPIE. 2013. Vol. 8788. Р. 878832.Turgalieva T., Konyakhin I. Proc. SPIE, 2013, vol. 8788, рр. 878832.Konyakhin I. A., Li R., Smekhov A., and Kleshchenok M. Trihedral Reflectors for Three-Axis Angular Autocollimation Measurements // Latin America Optics and Photonics Conference, OSA Technical Digest. 2014. P. LTh4A.49.Konyakhin I.A., Li R., Smekhov A., and Kleshchenok M. Latin America Optics and Photonics Conference, OSA Technical Digest, 2014, рp. LTh4A.49.Коняхин И. А., Моисеева А. А., Хоанг Ван Фонг. Оптико-электронный автоколлиматор для двухкоординатных угловых измерений // Изв. вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59, № 7. С. 563–570.Konyakhin I.А., Moiseeva А.А., Hoang Van Phong, Journal of Instrument Engineering, 2016, no. 7(59), pp. 563–570.Ханох Б. Ю. Оптические отражатели тетраэдрического типа в активных системах. Минск: Изд-во БГУ, 1982. 160 с.Khanoh B.Yu. Opticheskiye otrazhateli tetraedricheskogo tipa v aktivnykh sistemakh (Optical Reflectors of Tetrahedral Type in Active Systems), Minsk, 1982, 160 р. (in Russ.)Konyakhin I. A., Timofeev A. N., Konyakhin A. I. Three-axis optic-electronic autocollimation system for the inspection of large-scale objects // Proc. SPIE. 2013. Vol. 8788. P. 87882C.Konyakhin I.A., Timofeev A.N., Konyakhin A.I. Proceedings of SPIE, 2013, vol. 8788, pp. 87882C.Arakantsev K. G., Konyakhin I. A., and Timofeev A. N. Inner-base optoelectronic system for the control of linear displacements // Key Engineering Materials. 2010. N 437. P. 237–241.Arakantsev K.G., Konyakhin I.A., and Timofeev A.N. Key Engineering Materials, 2010, no. 437, pp. 237–241.Yong Ruan, Quiqin Hua, Tao Yang, Tianrong Xu, Jing Jiang, Zhiqiang Zhao, Tao Tang. Rate control of tip-tilt mirror using position sensors for an image-based tracking loop // Optical Engineering. 2020. Vol. 59, N 1. Р. 017102–017102.Yong Ruan, Quiqin Hua, Tao Yang, Tianrong Xu, Jing Jiang, Zhiqiang Zhao, Tao Tang, Optical Engineering, 2020, no. 1(59), pp. 017102–017102.Никитин М. М., Коняхин И. А., Добрых Ф. Г. Алгоритм измерения углов поворота объекта автоколлимационным методом при т использовании триэдрического отражателя с цилиндрической гранью // Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65, № 4. С. 262–270. DOI: 10.17586/0021-3454-2022-65-4-262-270.1.Nikitin M.M., Konyakhin I.A., Dobrykh F.G. Journal of Instrument Engineering, 2022, no. 4(65), pp. 262–270, DOI: 10.17586/0021-3454-2022-65-4-262-270.1. (in Russ.)Li R., Xiao H., Xie L., Feng T., Ma Y., Guo J., Zhou M., Nikitin M., Konyakhin I. Autocollimation angle-measurement method with a large range based on spot deformation // Optics express. 2022. Vol. 30, N 21. P. 38727–38744.Li R., Xiao H., Xie L., Feng T., Ma Y., Guo J., Zhou M., Nikitin M., Konyakhin I. Optics express, 2022, no. 21(30), pp. 38727–38744.Li R., Zhen Y., Di K., Wang W., Nikitin M., Tong M., Zhang Y., Zou X., Konyakhin I. Three-degree-of-freedom autocollimator with large angle-measurement range // Measurement Science and Technology. 2021. Vol. 32, N 11. P. 115005.Li R., Zhen Y., Di K., Wang W., Nikitin M., Tong M., Zhang Y., Zou X., Konyakhin I. Measurement Science and Technology, 2021, no. 11(32), pp. 115005.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Под ред. И. Г. Арамановича. М.: Наука, 1973. 832 с.Korn G., Korn T. Spravochnik po matematike dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov (Handbook of Mathematics for Scientists and Engineers), Moscow, 1973, 832 р. (in Russ.)Иванов П. А. Автоколлиматоры и гониометры. Обзор современных моделей // Фотоника. 2018. № 1(69). С. 66–74.Ivanov P.A. Photonics Russia, 2018, no. 1(69), pp. 66–74 (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.