Оптико-электронное углоизмерительное устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптико-электронным приборам для измерения углов поворота контролируемых объектов, и может применяться в станкостроении, приборостроении, строительстве, геодезии. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерения за счет отсутствия инерционных элементов и компенсации дрейфа элементов схемы. Устройство содержит отражатель 1, три излучателя 14, 15, 16, блок 13 питания излучателей с регулирующими выходами, марку 4, объектив 2, анализатор 9, основной 19, опорный 21 и дополнительный 20 фотоприемники, усилители 22, 23, 24, два амплитудно-фазовых детектора 27, 28, два фазосдвигающих блока 17, 18, выполненных с возможностью обеспечения фазового сдвига, равного 120°, два фазометра 25, 26, блок 29 согласования. Анализатор 9 выполнен в виде пластины с набором чередующихся прозрачных щелей 10 с расстоянием между серединами щелей, равным их двойной ширине, а также двух прозрачных треугольных окон 11, 12 с противолежащими основаниями. Марка 4 выполнена в виде четырех щелей 5,6,7,8. Щели нанесены с растоянием между серединой первой щели 5 и серединой второй щели 6, а также серединой третьей 7 и четвертой щели 8, равным 8/3 ширины щели анализатора 9. Устройство позволяет получить высокую точность измерения за счет большого передаточного коэффициента между углом поворота отражателя и изменением фазы сигнала. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1567888 (g1)g С О1 В 21/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4384694/24-28 (22) 29. 02. 88 (46) 30.05,90, Бюл. 11у 20 (72) И.Е.Гринюк, С.Т.Мусияченко, И.М,Пасько и Б,Н,Шилов (53) 531.717 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 236779, кл. G 01 В 9/08, !966. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УГЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретенные относится к измерительной технике, в частности к оптико-электронным приборам для измерения углов поворота контролируемых объектов,и может применяться в станкостроении, приборостроении, строительстве, геодезии. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерения эа счет отсутствия инерционных элементов и компенсации дрейфа элементов схемы, Устройство содержит отражатель 1, три излучателя 14, 15

16 блок 13 питания излучателей с регулирующими выходами, марку 4, объектив 2, анализ атор 9, основной 19, 2 опорный 21 и дополнительный 20 фото- приемники, усилители 22, 23, 24, два амппитудно-фазовых детектора 27, 28, два фаэосдвигающих блока 17, 18, выполненных с возможностью обеспечения фазового сдвига, равного 120, два фаэометра 25, 26,, блок 29 согласова" ния, Анализатор 9 выполнен в виде ппастины с набором чередующихся прозрачных щелей 10 с расстоянием между серединами щелей, равным их двоичной ширине, а также двух прозрачных треугольных окон 11, 12 с противолежащими основаниями, Марка 4 выполнена в виде четырех щелей 5, 6, 7, 8. Щели нанесены с расстоянием меиду серединой первой щели 5 и серединой второй щели 6, а также серединой третьей 7 и четвертой щели 8, равным 8/3 ширины щели анапиеатора 9. Устройстно пое. воляет получить высокую точность измерения эа счет большого передаточного коэффициента между углом поворота отражателя и изменением фазы сигнала. (Д

2 ил, (:Ь

1567888

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптикоэлектронным приборам для измерения углов поворота контролируемых объектов, и может быть применено в станкостроении, приборостроении, в строительстве, геодезии.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерения за счет отсутствия инерционных элементо» и компенсации дрейфа элементов схемы, На фиг. 1 изображено углоиэмерительное устройство; на фиг, 2 — анализатор и иэображение щелей марки, 15

Углоизмерительное устройство содержит отражатель 1, размещенный на контролируемом объекте и выполненный в виде прямоугольной призмы, объектив

2, светоделительный элемент 3, мар- щ ку 4, на которой нанесена первая щель

5, вторая щель 6, третья щель 7 и четвертая щель 8, анализатор 9, выполненный в виде стеклянной пластины с металлическим покрытием, на котором вы- 15 полнен набор чередующихся прозрачных щелей 10 с расстоянием между серединани щелей, равным их двойной ширине, первое треугольное окно 11, второе треугольное окно 12, блок.,13 питания,.3О выполненный с регулирующими выходами, первый 14,.второй 15 и третий 16 излучатели (например, светодиоды), фаз осдвигающие блоки 17, 18, основной 19 > дополнительный 2 0 H опорный 2 1 фот оприемники, основной 22, до пол ни т ел ьный 23 и опорный 24 усилители (переменного тока), фаэометры 25 и 26, обеспечивающие выходные сигналы в виде кода, два амплитудно-фазовых де- 40 тектор а 27 и 28, блок 29 со гл асов ания, на анализаторе 9 пунктиром показаны изображения 30-33 соответственно первой 5, второй 6, третьей 7 и четвертой 8 щелей марки 4. Прозрачные 45 треугольные окна 11 и 12. нанесены симметрично относительйо вертикальной оси центральной щели 10 анализатора так, что их основания противолежащи»

Первое окно 11 оптически связано с дополнительным фотоприемником 20 и через элемент 3, объектив 2 и отражатель 1 — со второй щелью 6 и вторым излучателем 15. Второе окно 12 оптически связано с дополнительным фото55 приемником 20 и через элемент 3, объектив 2 и отражатель I с щелью 8 и излучателем 16. Геометрические размеры треугольных окон 11, 12 определяются диапазоном измер .ний, Излучатели 14, 15, !б оптически связаны через марку 4 и элемент 3 с опорным фотоприемником 21, Расстояние между серединами чередующихся прозрачных щелей 10 равно двойной ширине. Они оптически свяэа»ы с основным .фотоприемником 19 и через светоделительный элемент 3, объектив 2, отражатель 1 с первой 5, второй 6 и третьей 7 щелями марки 4 и излучателями 14, 15 и !6.

Марка может быть выполнена на стеклянной пластине с металлическим покрытием, на котором нанесены 4 щели, Первая щель 5 нанесена посередине марки, вторая 6 и третья 7 — по обе стороны от первой, четвертая щель 8 нанесена на продолжении третьей. Расстояние от середины первой щели 5 до середины второй щели, а также середины третьей и четвертой щели равно 8/3 ширины щели 10 анализатора (принципиально возможно выбирать расстояние, равное 2/31, 4 2/31, 6 2/31 и т,д.), Конструктивно наиболее оптимальным расстоянием является расстояние между серединами щелей, равное 8/31=

=2 2/31. Высота оснований треугольных окон одинакова, Первый выход блока 13 питания электрически соединен с первым излучателем 14 и вторыми входами фазометров

25 и 26. Второй выход блока питания соединен через фазосдвигающий блок 17 со вторым излучателем 15, Третий выход блока 13 питания электрически соединен через фазосдвигающий блок 18 с третьим излучателем !5, (Фазосдвигающий блок 17 сдвигает фазу сигнала на о

120, а фазосдвигающий блок 18 на — 120 ), Первые входы амплитудно-фаз овых детекторов 27 и 28 соединены с усилителем 24 переменного тока, Второй вход амплитудно-фазового детектора 27 электрически соединен с выходом фаэосдвигающего блока 17. Второй вход амплитудно-фазового детектора 28 электрически соединен с выходом фазосдвигающего блока 18. Выходы амплитудно-фазовых детекторов 27 и 28 соединены со входом блока 13 питания.

Выходы фотоприемников 19 и 20 через усилители 22, 23 переменного тока соединены с первыми входами фазометров 25 и 26. Выходы фазометров 25 и

26 электрически соединены с входом блока 29 согласования, 67888

5 15

Устройство работает следующим образом.

Излучатели 14, 15 и 16 запитаны от блока 1 3 питания через ф аз о сд ви г ающие блоки 17, 18 переменным напряжением со сдвигом фаз 120о друг относительно друга, Свет от излучателей 14, 15, 16 освещая соответственно щели 5, 6, 7, 8 и отразившись после прохождения элемента 3 и объектива 2 от отражателя 1, попадает через анализ атор 9 на фотоприемни ки 19 и 20, На фотоприемник 19 попадает свет от излучателей

14, 15, 16 после прохождения щелей

7, 5, 6 марки 4 и чередующихся щелей

I G анализ атора 9. На фотоприемник 20 попадает свет от излучателей 15 и 16 после прохождения щелей 8 и 6 марки

4 и треугольных окон 11 и 12 анализатора.

Если отражатель 1 расположен нормально к оптич еской оси устройств а, то наложение щелей марки 4 на щели анализатора 9 будет соответствовать изображенному на фиг. 2, т. е. на фотоприемник 19 будет поступать максимум излучения от изображения 30 щели 5 и 1/2 излучения от изображений

31, 32 щелей, а на выходе усилителей 22 и 23 будут формироваться переменные сигналы, фазы которых будут совпадать с фазой сигнала, поступающего на излучатель 14, При повороте отражателя 1 на угол оЬ изображение щелей марки 4 сместится относительно вертикальной оси симметрии анализатора 9, Суммируемые на фотоприемнике 19 сигналы разных фаз перераспределяются. Подобным образом перераспределяются сигналы на фотоприемнике 20, Фазы сигнала на выходах усилителей 22 и 23 будут отличаться от фазы сигнала излучателя 14, Фазометры 25 и 26 измеряют этот фазовый сдвиг, который прс порционален углу ф, поворота отражателя 1.

При повороте отражателя 1 на угол, соответствующий перемещению щелей марки 4 по анализатору 9 на двойную ширину щелей 10, разность фаэ, измеряемая фазометром 25, будет изменяться о на 360 . При дальнейшем повороте отражателя I информация с выхода фаэометра 25 будет периодически повторяться.

Разность фаэ, измеряемая фаэометром 26, будет изменяться от -60 до о

+60 при повороте отражателя на угол, соответствующий диапазону измерения, 6

Информация с фазометров 25, 26 !;. виде кодов поступает блок 29 со гласовв ания, где формируется суммарный к одовый сигнал, соответствующий повороту отражателя отн .сительно оптической оси устройства. Возможен следующий вариант процесса согласования.

Если значение старшего разряда точного отсчета, поступающего от фазометра 25, будет равно нулю, а младшего. разряда грубого отсчета, поступающего от фазометра 26, будет равно единице, то логическая схема блока 29 формир/ет дополнительную единицу ° кото рая суммируется с кодом грубого отсчета. При остальных комбинациях старшего разряда точного отсчета и младшего разряда грубого отсчета логическая

20 схема формирует ноль, который формально суммируется с кодом грубого отсчета.

Если яркости излучателей одинаковы, то на выходе усилителя 24 переменный

25 сигнал будет отсутствовать, Если яркость одного из излучателей изменится, то на выходе усилителя 24 появится переменный сигнал, фаза которого будет совпадать с фазой сигнала, пос3р тупающего на излучатели 15 или 16, На выходе одного из амплитудно-фазовых детекторов 27 появится сигнал рассогласования, который будет служить в качестве управляющего сигнала для выравнивания яркостей, 35

Если изменяются яркости двух излучателей, то сигнал рассогласования появится на двух детекторах 27, 28, Эти сигналы будут использоваться для выравнивания яркостей излучателей. Таким обр азом будет непрерывно поддерживаться одинаковая амплитуда сигнала на выходе излучателей, Если взять начало координат в середине изображения 30 щели набора 10 и принять, то центр иэображения 30 марки совпадает с серединой щели, то при перемещении иэображения на величину 11Х световой поток на выходе анализатора будет изменяться по формуле о

90л Х д„

Ф =BK cds — — --=ВК. cos где  — яркость излучателей; К - конструктивный параметр оптического трак55 та, зависящий от апертурной диафрагмы фокусного расстояния, коэффициента пропускания и т.д.; 1 — ширина щели; Х - величина перемещения иэображения марки, 1567888

Суммарный световой поток с учетом того, что щели 6 и 7 сдвинуты относительно щели 5 на величину 8/3 ширины щели будет определяться формулой

3 . 360 f tg 2Ы

Ф =---ВК здп (Qt+- — -- <- ), 4 21 о — угол поворота отражателя, где 0

Таким образом, при перемещении изображения на величину, равную 4X= =21, фаза сигнала у будет меняться о от.0 до 360 . Из вышеприведенного выражения можно определить зависимость между углом поворота отражателя Ы и фазой сигнала

360 f os t 2 или

20

41

Ы. — — —-roe 360 оь 360

m= — - ----1 коэффициент редукции.

25 изобретения где

Формула

Оптико-электронное углоизмерительное устройство, содержащее отражатель, два излучателя, блок питания излучате-30 лей, выполненных с регулирующими выходами, марку, объектив, анализ атор, светоделительный элемент, основной и опорный фотоприемники, электрически связанные с основным и опоРным усилителями, блок питания, амплитудно-фазовый детектор, выход которого электрически соединен с блоком питания, а вход — с опорным усилителем, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью по- 40 вышения быстродействия и точности измерения, оно снабжено двумя фазосдвигающими блоками, третьим излучателем, цополнительным фотоприемником с дополнительным усилителем, двумя фаэомет- 45 рами, дополнительным амплитудно-фазовым детектором, блоком согласования, анализатор выполнен в виц". пластины с набором чередукицихся прозрачных щелей с расстоянием между серединами щелей, равным их двойной ширине, оптически связанных с основным фотоприемником, а также двух прозрачных треугольных окон с противолежащими основаниям:, оптически связанных с дополнительным фотоприемником, марка выполнена в виде четырех щелей, оптически связанных с опорным фотоприемником и через светоделительный элемент, объективн отражатель — с анализатором, при этом первая щель марки связана с набором чередующихся щелей и первым излучателем„вторая щель марки . — с набором чередующихся щелей, первым треугольным окном и вторым излучателем> третья щель марки с набором чередующихся щелей и третьим излучателем, четвертая щель марки — с вторым треугольным окном и третьим излучателем, щели на марке нанесены с расстоянием между серединой первой щели и серединой второй щели, а также серединами третьей и четвертой щелей, равнь м 8/3 ширины щели анализатора, при этом выходы основного и дополнительного усилителей электрически соединены с входами фазометра, первый выход блока питания электрически соединен с первым излучателем и вторыми входами фаэометров, выходы которых электрически соединены с входом блока согласования, второй выход блока питания соединен через первый фаэосдвигакщий блок с вторым и вручателем, третий выход блока питания электрически соединен через второй фазосдвигающий блок с третьим излучателем, второй вход основного амплитудно-фазового детектора электрически соединен с вторым выходом блока питания, третий выход которого соединен с вторим яходом дополнительного амплитудно-фазового детектора.

1567888

Составитель Е.Глазкова

Техред М.Ходанпч

Редактор А,Долинич

Корректор Н,Король

Тирах 483

Заказ 1315

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. Ухгород, ул. Гагарина, 101