Способ измерения расстояния до отражающей поверхности и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство для осуществления способа снабжено генеротором, вспомогательным приводом, блоком выделения первой и второй гармонической составляющих, источником напряжения, сумматором, блоком деления. 1 з.п.ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 В 21 08! 3 .Е0;3"..>"

ПСБЛ - - -:::

Q ÿ <(ç,, > †.*

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. по изоБРетениям и ОТКРытиям

flpH ГКНТ СССР

1 ° (2 1) 3997154/24-28 (22) 29,12,85 (46) 30.01.90. Бюл. У 4 (72) Т.М.Айсин, А.И.Гродников, Ю.А.Лушин, А.В.Подобрянский, В.Д.Путилин и Ф.П.Хлебников (53) 531.7(088.8) (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ

ДО ОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ измерения расстоянйя до отражающей поверхности, заключающийся в том, что перемещают изображение тест-объектов в направлении измеряемого расстояния, проводят пространственную фильтрацию автоколлимационного изображения тест-объекта с преобразованием в электрический сигнал, фиксируют пространственное положение изображения тест-объекта, по которому судят об измеряемом расстоянии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, проводят сканирование автоколлимационного изображения тестобъекта в направлении измеряемого расстояния, вьщеляют первую гармоническую составляющую электрического сигнала с частотой, равной частоте сканирования, выделяют вторую гармоническую составляющую электрического, сигнала с частотой, равной удвоенной частоте сканирования, находят отношение амплитуд второй гармонической

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения расстояния до отражающей поверхности, например для измерения воздушных

„„Я0„„1539527 А 1

2, составляющей к первой гармонической составляющей при достижении отношения амплитуд порогового или максимального значения, фиксируют пространственное положение тест-объекта.

2. Устройство измерения расстояния

Ь до отражающей поверхности, содержа" щее оптически связанные блок формирования автоколлимационного иэображения диафрагмы с приводом, блок пространственной фильтрации автоколлимационного изображения диафрагмы, фотоприемник, блок индикации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено генератором, вспомогательным приводом, вход и выход которого связаны соответственно с генератором и блоком пространственной фильтрации автоколлимационного изображения диафрагмы, блоком выделения первой и второй гармонической составляющих, вход которого связан с фотоприемником, источником напряжения, сумматором, входы которого подключены к первому выходу блока вьщеления первой и второй гармонических составляющих и источнику напряжения, блоком деления, входы которого подключены к второму выходу блока выделения первой ,и второй гармонической составляющих

1и выходу сумматора, выход блока деления соединен с входом блока индикации. промежутков между оптическими компонентами объектива.

Цель изобретения — повьппение. точности измерения.

1539527

"0" триггера 26 и установочным вхоНа фиг. 1 представлена функционаЛьная схема устройства для осущест- д ом счетчика 29.

Измеряется расстояние до отражаювления предлагаемого способа1 на фиг. 2 — схема блока индикации; на щеи поверхности 3 и 33.

Устройство работает следующим обфиг, 3 — временные диаграммы сигналов, формируемых на выходах отдель- разом.

Изображение диафрагмы 3, освещаенЫх узлов и блоков устройства. мой источником 2 света, строится с стро ство со связанные блок 1 формирования авто- 10 помощью полупрозрач о з ачного элемента 4

У к ллимационного изо ражения диа е ия диа б е ия диафраг- коллимирующего объектива, фокусируюий из источника 2 света, щего объектива 6, входящих в блок 1 состоящи из ис о има онного

3 свето елительного эле- формирования автоколлимацио агмы на о ной из отм нта 4, коллимирующего объектива 5 изображения диафрагмы, н д мфнта, ко ажающих поверхностей элемента 33 и и фокусирующего объектива 6, привод 15 Раж щ

7, связанный с фокусирующим объек- в обратном ходе лучей с помощью фокутйвом 6, блок 8 пространственно и сирующего и коллимирующего объективов

6 и 5 - в плоскости анализа, фильтрации изображения диафрагмы, иде анализирующей Генератор 11 формирует импульсы, выполненный в виде аналиэирующе диафрагмы 9, вспомогательн привод д фр 9 ый при од 20 поступающие на вспомогательный привод

10 осуществляющий колебания анализи10, выход которого связан с анализи- 10, осуще рующей диафрагмой 9, генератор 11, Рующей диафрагмы 9.

Анализирующая диафрагма 9 проводит выход которого связан с входом вспопространственную фильтрацию изображемогательного привода 10, фотоприем- ник 12, усилитель 13, вход которого 25 ния диафра мы, Ф р иа йгмы 3 сформированного от

12 бл к отражающей поверхности элемента 33. подключен к фотоприемнику 1, лок

14 выделения первой и второй гармо- П и перемещении приводом 7 фокусири р щ

Нических составляющих, состоящий из РУ щ ющего объектива 6 после анализируполосовых фильтров 1 и, входы

15 16 ющей диафрагмы 9 формируется модулиованный по интенсивности световой

Которых подключены к выходу усилите- 0 Рова ля 13, детекторов 17 и 18, входы кото- поток, величина которого достигает максимального значения при совмещении рых подключены к выходам полосовых

Фильтров 15 и 16 и Фильтров 19 и 20 oñêoñòí изображениЯ диафрагмы плоскостью отражающей поверхности элемента 33. нижних частот, входы которых подключены к выходам детекторов 17 и 18, Световой поток, прошедший через сумматор 21, первый вход которого зи ю ю иаф агму 9 преобразуподключен к выходу фильтра 19 нижних анализирующую д Фр му ется отоприемником 12 в электрический частот, источник 22 напряжения, вы- ется Фото Р сигнал усиливаемый усилителем 13. ,ход которого соединен с вторым вхо- . сигнал у дом сумматора 21, лок 23 деления, 40

Первая гармоническая составляющая элект ического сигнала выделяется входы которого подключены к выходу электриче сумматора 21 и фильтра 20 ННКННх частот, полосовым фил р, д совым фильт ом 15 входящим в блок блок 24 индикации, состоящий из 14 выделения Р Р

14 в еления первой и второй гармонических составляющих, детектируется блока 25 нахождения максимума, вход которого подключен к выходу блока 23 детект Р етекто ом 17 сглаживается фильтром

19 нижних частот и поступает на перделения, триггера 26, счетный вход вый вход сумматора 21, на .второй вход которого подключен к выходу блока 25 кото ого поступает напряжение смещенахождения максимума, элемента И 27 котоРого о у ния с источника 22 напряжения. Сигнал первый вход которого подключен к Bblx

8 вается фильт ом . 29, кнопки 31, формирователя 32, 20 нижних частот. Сигнал с выхода вход которого связан с кнопкой 31, а Фильтра 20 нижних частот поступает выход соединен с входами установки в на вход Делимое блока 23 дел

1I

" б 23 еления.

153952 7

При перемещении приводом 7 фокусирующего объектива 6 происходит перемещение плоскости изображения диафрагмы 3 относительно отражающей оверхности элемента 33.

При приближении плоскости изображения диафрагмы 3 к отражающей по верхности элемента 33 амплитуда гармонической составляющей электрического сигнала, частота которой равна частоте сканирования анализирующей диафрагмы 9, вначале возрастает до максимального значения, затем убывает и становится равной нулю при совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с плоскостью отражающей поверхности элемента 33.

При дальнейшем перемещении плоскости изображения диафрагмы 3 относительно плоскости отражающей поверхности элемента 33 амплитуда первой гармонической составляющей электрического сигнала вновь возрастает, а затем убывает.

При приближении плоскости изображения диафрагмы 3 к плоскости отражающей поверхности элемента 33 амплитуда второй гармонической составляющей электрического сигнала возрастает и достигает максимального значения при совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с плоскостью отражающей поверхности элемента 33.

При дальнейшем перемещении плоскости изображения диафрагмы 3 относитель- но плоскости отражающей поверхности элемента 33 амплитуда второй гармонической составляющей электрического сигнала начинает уменьшаться.

Блок 23 деления осуществляет деление сигнала, пропорционального амплитуде второй гармонической составляющей, на сигнал, связанный с амплитудой первой гармонической составляющей. Сигнал, снимаемый с выхода

45 блока 23 деления, имеет максимальную величину при совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с плоскостью отражающей поверхности элемента 33.

Источник 22 необходим для ограничения выходного сигнала блока 23 деления при обращении в ноль первой гармонической составляющей. Крутизна . нарастания и спада сигнала на выходе блока 23 деления ньш е крутизны спада и нарастания амплитуд первой и второй гармонических составляющих сигнала, снимаемого с фотоприемника 12.

Сигнал, формируемый блоком 23 деления, поступает на вход блока 25 нахождения максимума, входящего в блок 24 индикации.

При перемещении фокусирующего объектива 6 приводом 7 и совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с первой отражающей поверхностью элемента 33 блок 25 нахождения максимума формирует импульсный сигнал, поступающий на счетный вход триггера 26.

На выходе триггера 26 формируется сигнал "1", поступающий на первый вход элемента И 27, на второй вход которого поступают импульсные сигна лы с блока 28 формирования заполняющих импульсов. На выходе элемента И 27

I начинает формироваться последователь ность импульсов.

При совмещении плоскости иэображения диафрагмы 3 с второй отражающей поверхностью элемента 33 блок 25 нахождения максимума формирует второй импульсный сигнал. При этом триггер

26 перебрасывается в состояние "0".

Последовательность импульсов на выходе элемента И 27, число которых подсчитывается счетчиком 29, прекращается, а индикатор 30 фиксирует результат, накопленный в счетчике 29, пропорциональный с определенным масштабным коэффициентом расстоянию между отражающими поверхностями элемента 33. Масштабный коэффициент определяется путем установки элемента 33 с аттестованным расстоянием между отражающими поверхностями.

Перед началом измерений фокусирующий объектив 6 перемещается приводом

7 в положение, при котором плоскость иэображения диафрагмы 3 не совпадает с плоскостями отражающих поверхностей элемента 33 и находится вне элемента .33.

Удвоенная амплитуда сканирования анализирующей диафрагмы 9 выбирается в пределах ширины расфокусировочной кривой, например, равной ширине расфокусировочной кривой на уровне, равном половине максимального значения электрического сигнала.

Диафрагма 3 и анализирующая диафрагма 9 могут быть выполнены в виде щелевых диафрагм.

Скорость перемещения фокусирующего объектива 6 намного ниже скорости сканиронания анализирующей диафрагмы 9.

1539527

При измерении расстояния до отражающих поверхностей многокомпонентных оптических систем, например объективов, возможно выполнение блока индикации (фиг. 2) в виде индикатора

30, подключенного к выходу блока 23 деления, и блока 28 формирования, связанного с приводом 7.

При совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с отражающей поверхнрстью элемента 33 на выходе блока

23 деления формируется максимальный с гнал который индицируется инди15 катором 30.

При этом фиксируется пространственное положение привода 7 с помощью блока 28 формирования.

При перемещении привода 7 последовательно фиксируются расстояния до отражающих поверхностей элемента 33 многокомпонентной оптической системы, Использование устройства позволяет повысить точность измерения расстояний до отражающей поверхности объекта за счет повышения крутизны информационного сигнала, характеризующего моменты фокусирования иэображения тест-объекта на отражающую поверхность объекта.

1539527

Фие. 3

Составитель Е.Щелина

Техред Л.Олийнык Корректор Э.Лончакова

Редактор А.Orap

Заказ 207 Тираж 478 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101