Фотоэлектрическое устройство для определения перемещений объекта

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3347392/18-10 (22) 16. 10.81 (46) 15.03.85. Бюл. М - 10 (72} С.П. Ходцев и Э. В.Алексеева (71) Московский ордена Ленина институт инженеров геодезии, аэроАотосъемки и картографии ,(53) 528.516 + 53 1.717.55 (088.8} (56) 1.Ëàòåíò CLJA Р 3475098, кл. 356-4, 1969.

2.Натент СНА Р 3520607, кл. 356-5, 1970.

3. Авгорское свидетельство СССР

Р 347562, кл. G 01 В 11/02, 1971.

4.Авторское свидетельство СССР

587345, кл. G 02 В 5/08, 1974.

5.Плотников В.С. и др. Угломер с аберрационной модуляцией. "Известия вузов. Геодезия и аэроАотосъемка", 1981 Р 2, с. 88-92. (54}(57) 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ iIEPFNEL|EHÈÉ

ОБЪЕКТА, содержащее передающую оптическую систему для Аормирования светового пятна на поверхности объекта и приемную систему для построения изображения светового пятна на Аото„„Я0„„1ОО7512 А

4(я) С 01 С 3/08 // G 01 В 11 00 приемнике, установленном неподвижно вблизи плоскости. резкого изображения, соответствующего фиксированному расстоянию до объекта, и подключенном к одному из входов Аазового,детектора, другой вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, управляющего узлом перефокусировки изображения светового пятна, выполненным на основе оптического элемента, изменяющего свои параметры при приложении электрического напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определений при использовании теневого метода регистрации, узел перефокусировки введен в приемную систему, а перед Аотоприемником установлен непрозрачный. экран, размер и форма которого соответствуют сАокусированному изображению светового пятна, находящегося на известном . фиксированном расстоянии.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что узел переАокусировки выполнен на основе гиб кого зеркала переменной кривизны.

1007> 12

Изобретение относится к области высокоточного измерения расстояний и перемещений как при инженерногеодезических работах, так и при определении положения и размеров объектов при металлообработке и дру,гих подобных процессах, Широко известны разнообразные фотоэлектрические оптические и проекционные дальномеры фокусирующего 10 типа, основанные на определении плоскости резкого изображения объекта„ построенного оптической системой (1, 2). Эти устройства реализук>тся с использованием подвижных элементов, 1 а именно диафрагм, модуляторов, от— слеживающих положение плоскости резкого изображения. Поэтому онп оказываются достаточно сложными в технологическом отношении и весьма громозд- 2п кими.

Наиболее близким к изобретению является фотоэлектричес;ое устройство,цля определения перемещений объекта, содержащее передающую опти- 25 ческую систему для формирования светового пятна на поверхности объекта и приемную систему- для построения изображения светового пятна на фотоприемнике, установленном непоцвижн о вблизи плоскости резкого изображения, соответствующего фиксированному расстоянию до объекта, и подключенI ном к одному из входов фазового детектора, другой вход которого соеди35 нен с выходом генератора переменного напряжения, управляющего узлом перефокусировки изображения светового пятна, выполненным на основе оптического элемента, изменяющего свои 4 параметры при приложении электрического напряжения $3) .

В этом устройстве отслеживание плоскости резкости заменено сканированием предметной плоскости с помощью узла перефокусировки, передающей системы, а положение плоскости, для которой резкое изображение совпадает с плоскостью неподвижной диафрагмы, установленной перед фотоприемником, определяется фазовьм сдвигом, регистрируемым на фазовом детекторе. Однако и в этом устъройстве возможности повышения точности определения ограничены тем, что на фотоприемнике регистрируется изменение светового потока, прошедшего диафрагму.

Цель изобретения - повышение точ ности определения при использовании теневого метода регистрации.

Достигается цель благодаря тому, что узел перефокусировки введен в приемную систему, а перед фотоприемником установлен непрозрачный экран, размер и форма которого соответствуют сфокусированному изображению светового пятна, находящегося на известном фиксированном расстоянии.

В предпочтительном варианте.выполнения устройства узел перефокусировки может быть выполнен на основе гибкого зеркала переменной кривизны, конструкция и возможности практического применения которого известны (4, 51, На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная блок-схема устройства.

Световой поток от источника света

1 проходит через собирающую линзу 2 и через зеркала 3 и 4 направляяется на поверхность объекта 5, смещение которого следует определить. Ширина и сходимость светового пучка выбраны так, что на объекте получается ярко светящееся пятно. Изображение пятна при помощи рефлектора 6 и контррефлектора 7 строится на непрозрачном экране 8, имеющем вид диска, диаметр которого равен диаметру пучка

H месте установки этого диска. Так как диск непрозрачный, свет на фотоприемник 9 не падает.

При изменении расстояния до объекта изображение светящегося пятна будет расфокусированным, его размеры увеличатся и станут больше размера непрозрачного экрана„ на фотоприемник попадет свет.

Приемник 9 излучения подключен к входу фотоусилителя 10, с выхода которого сигнал подается на фазовый детектор ii. На другой вход фазового детектора подается сигнал с генератора напряжения 12 и этот же сигнал подается на контррефлектор 7.

В устройстве расфокусировка (а следовательно, и сканирование по дальности) осуществляется при помощи гибкого зеркала 7, выполняющего функции контррефлектора и включенного в магнитную цепь электромагнита. При пода-че в электромагнит переменного тока зеркало 7 меняет свой радиус кривиз1007512 4 погрешностями определения фазы сигнала. Для отечественных фазометров эта погрешность составляет О,ОЗХ от рабочего диапазона определяемых дальностей.

Корректор H.Êîðîëü

Заказ 1679/2 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д.4!5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

3 ны, проходя последовательно фазы вогнутого, плоского и выпуклого зер . кала. Сравнивая фазу управляющего сигнала и сигнала с фотоприемника 9 можно определить изменение расстояния до объекта 5. Сравнение осуществляется при помощи фазового детекто.ра 11.

Аналитическая оценка точности показала, что эта точность определяется 10

Редактор О.Иркова Техред M.Íàäü

Результаты опытной проверки макета устройства подтверждают возможность получения высокой точности определения смещений.