Устройство для измерения угловых перемещений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее источник излучения и оптически связанные светоделитель, объектив и уголковый отражатель, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с двумя двугранными углами, имеющими отступления от 90, с нанесенным на его переднюю грань частично отражающим покрытием, установленные по ходу излучения от отражателя два позиционно-чувствительных фотоприемника , один из которых смещен относительно оптической оси устройства, и измеритель, входы которого соединены с выходами фотоприемников, о тличающёеся тем, что, с -целью измерения также и линейных перемещений , оно снабжено дополнительным уголковым отражателем, выполненным в виде прямоугольного триэдра, устанавливаемого на объекте соосно с ос новным уголковым отражателем, перед его передней гранью, и тремя дополi нительными фотоприемниками, установ (Л ленными в фокальной плоскости объектива , каждый из дополнительных фотоприемников оптически связан с основным отражателем и электрически с измерителем.V В г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1% (И) g(S8 G О1 В 11/26

i ."

OllHCAHHE ИЗОБРЕтЕнИ

И АВТОРСКСНМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3402354/25-28 (22) 22.02,82 (46.) 23.06.83. Бюл. у 23 (72 ) И.д. Бондаренко и Е.П . Колик (71) белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И. Ленина (53) 531.74:531.14(088.8) (56) 1. "Applieh Opticsну 1972, т. 11, М 4, с. 961-962.

2. "Оптико-механическая промыщленность", 1980, 11 2, с. 33-34 (прототип). (54)(57) УCTPOACTBO ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее источник излучения и оптически связанные светоделитель, объектив и уголко", вый отражатель, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с двумя двугранными углами, имеющими отступления от 90, с нанесенным на

его переднюю грань частично отражаю-: щим покрытием, установленные по ходу излучения от отражателя два позиционно-чувствительных фотоприемника, один из которых смещен относительно оптической оси устройства, и измеритель, входы которого соединены с выходами фотоприемников, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с ge-. лью измефения также и линейных перемещений, оно снабжено дополнительным уголковым отражателем, выполненным в виде прямоугольного триэдра, устанавливаемого на объекте соосно с ос" новным уголковым отражателец, перед его передней гранью, и тремя допол- I . нительными фотоприемниками, установленными в фокальной плоскости объектива, каждый из дополнительных фотоприемников оптически связан с основ- С ным отражателем и элект чески с

1024707

Изобретение отйосится к измерительной технике и может использовать ся для измерения углов поворота и пространственного положения объекта в машино- и приборостроении.

Известно устройство для измерения .угловых перемещений, содержащее на одном объекте источник излучения, г объектив и два позиционно-чувствительных фотоприемника, а на другом объекте - уголковый отражатель с час тично отражающей фронтальной гра. нью 11).

Недостатком этого устройства-является невозможность определения всех степеней свободы контролируемого объекта, т,е. оно не позволяет . измерять угловые отклонения относительно оптической оси (углы скручи" вания) и линейные смещения вдоль нее, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения угловых перемещений, содержащее источник излучения и оптически связанные светодели" тель, объектив и уголковый, отражатель, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с двумя дву" гранными углами, имеющими отступления от 90®, и с нанесенным на его переднюю грань частично отражающим покрытием, установленные по ходу излучения от отражателя два позиционно-чувствительных фотоприемника (ПЧФП ), один иэ которых смещен относительно оптической оси устройства, и измеритель, входы которого соединены с выходами фотоприемников (21.

Недостатком известного устройства является невозможность определения также и линейных перемещений контролируемого объекта.

Цель изобретения - измерение также и линейных перемещений;

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения угловых перемещений снабжено дополнительным уголковым отражателем, выполненным в виде прямоугольного триэдра, устанавливаемого на объекте соосно с ос" новным уголковым отражателем, перед его передней гранью, и тремя дополнительными фотоприемниками, установленными в фокальной плоскости объектива, каждый из дополнительных фотоприемников оптически связан с основным отражателем и электрически с измерителем.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения и последовательно располо женные по ходу излучения светоделитель 2, объектив 3, уголковые отражатели 4 и 5, установленные соосно и скрепляемые с контролируемым объектом (не показан), позиционно-чувствительные фотоприемники 6, 7 и фотоприемники 8- 10,: установленные в фо" кальной плоскости объектива, каждый из которых оптически связан с одним из направлений излучения, отражен ного от уголковых отражателей, и измеритель 11.

Уголковый отражатель 4 выполнен в виде прямоугольного триэдра, а уголковый отражатель 5 выполнен с

20 двумя двугранными углами, имеющими отступления от 909, например углы между отражающими гранями АОВ-АОС и

АОС-ВОС имеют одинаковую величину отступления от. прямого угла. На входной грани уголкового отражателя

5 нанесено частично отражающее покры- тие и ее апертура больше входном апертуры уголкового отражателя 4.

Устройство работает следующим об30 разом.

Излучение от источника 1, пройдя светоделитель 2 и объектив 3, выхо" дит из него коллимированным пучком в направлении уголковых отражателей з 4 и 5, которые жестко скреплены с контролируемым объектом (не показан),, Излучение отражается от уголковых

Я Ф отражателей 4 и 5 и направляется в объектив 3, в фокальной плоскости ко40 торого установлены фотоприемники .

6-10,.по информации с которых с помощью измерителя 11 определяются угловые развороты и линейные смещения контролируемого объекта. Уголковый

45 отражатель 5 позволяет сформировать несколько .световых пучков за счет дефектности изготовления двух прямых углов при отражении от него коллими- рованного излучения. Отражатель 5 0 формирует четыре отраженных пучка, распространяющихся попарно симметрично относительно оптической оси yet" ройства в плоскостях XOZ и УОК, Эти пучки при соответствующем выборе от55 клонений двугранных углов от 90 от-.

0 ражвтеля 5 возвращаются в объектив

3, формируя в его фокальной плоскос" ти четыре автоколлимационных изобра" жения ft""15. Изображения 12 и 13

3 10247 смещены от носит ел ьно опт и чес кой оси объектива вдоль оси ОХ, а изображения 14 и 15 - вдоль оси ОУ на одина» ковые угловые. расстояния в соответствии с величиной отклонения двугранных углов отражателя 5 от прямого угла. Координаты изображений 12-15 не зависят от малых поворотов отражателя 5 относительно коллимационных осей ОХ и ОУ, а изменяются только lp при поворотах отражателя 5 относительно оси визирования ОЕ (автоколлимационные изображения синхронно поворачиваются в фокальной плоскости относительно оптической оси объектива). Фиксируя смещение одного из изображений-, например иэображения 12 вдоль оси ОХ с помощью ПЧФП 7, соединенного с измерителем 11 и имеющего нулевую линию чувотвительности, сов- 20 падающую с ортогональной осью ÎY, определяют величину. угла поворота объекта относительно оси визирования, т.е. угол 65.

Отраженные пучки распространяются попарно симметрично. под углом к оптической оси .устройства при смещении отражателя 5 вдоль коллимационных осей ОХ и ОУ, симметричные пучки по разному экранируются оправой объектива 3. Например, при смещении отражателя вдоль положительного направления оси ОУ отраженный пучок 12 будет больше экранироваться оправой объектива 3; а пучок 12 - меньше. 6 З5 соответствии со смещениями пучков меняется- и яркость отвечакицих им автоколлимационных изсфражений. При этом разности яркостей изображений

12, 13 и 14, 15 будут пропорциональ-40 ны смещениям 2 и m отражателя 5 вдоль осей ОХ и ОУ, Эти изображения регистрируются соответствующими фо топриемниками 7, 10 и 8, 9 (ПЧФП 7 в

;этом случае работает как обычный 45

Фотоприемник, т.е. его выходные сигналы суммируются), а. разности сигма- . лов на их выходах, определяются измерителем 11.

Углы коллимации 81 и 8g опреде" 50 ляются при помощи ПЧФП 6 обычным

- способом по смещению автоколлимационного иэображения 16, сформированного в фокальной плоскости в результате отражения световых лучей от час-, 55 тично отражающей фронтальной грани отражателя 5, как от плоского зеркала.

Для определения смецения объекта вдоль оси визирования формируется дополнительный отраженный пучок за счет отражения световых лучей от боковых граней отражателя 4. Отраженные лучи направляют в объектив 3 и формируют в его фокальной плоскости неподвижное автоколлимационнов изображение 17, расположенное на оптической оси устройства, Так как,площадь рабочей апертуры отражателя 4 практически .не зависит от малых углов поворота отражателя 4 относительно координатных осей и она меньше площади световой апертуры объектива 3, то яркость иэображения 17 остается неизменной при поворотах и смещениях объекта относительно осей ОХ, OY u

0Z. Йри изменении расстояния между объективом 3 и отражателем 4 за счет расходимости отраженных пучков .12-15 относительно направления падающего пучка яркость соответствующих йм автоколлимационных изображений будет меняться, при увеличении дальностиуменьшается, а при уменьшении - увеличивается.. Разность суммы яркостей,симметричных изображений 12, 13 или 14 15 и изображения 17 служит мерой смещения объекта вдоль оси ОЕ. Сум". ма и разность яркостей изображений определяется по выходным сигналам фотоприемников 7, 1О или 8, 9 и 6 (ПЧФП 6 в этом случае работает как обычный фотоприемник) при помощи измерительного устройства 1.1. Сумма яркостей берется потому, что яркость каждого из изображений 12-15 зависит от смещений объекта вдоль осей ОХ и

ОУ в то время как их сумма остается неизменной для данного расстояния между объектами вследствие симметрии оптической схемы устройства.

Для исключения влияния на реэуль" таты измерений случайных флуктуаций яркостей отраженных пучков в измерителе 11 предусмотрена операция де;. ления разностей информационных сигналов на соответствующие им суммы сигналов.

Разделение автоколлимационных изображений 16 и 17, регистрируемых

ПЧФП 6, осуществляют при помощи поляризаторов или светофильтров, или поочередйо включающихся диафрагм, уста- . навливаевых перед отражателями 4 и 5 (не показаны), Предложенное устройство позволяет определять независимо друг от друга

Составитель Н. Солоухин

Техр Л.Пекарь Корректор А. Ференц

Ре актор В. Лазаренко

Заказ 376 35 ираж 02 одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва 3-35 Раушская наб. . 4/5 илиал ППП Патент, r. жгород, ул. роектная, 5 1024707 С все щесть степеней свободы контро" линии визирования одновременно по лируемого объекта или производить трем угловым,и линейным коорди-. выставление объектов относительно натам.