Устройство для измерения расстояния до объекта
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров и перемещения объектов. Цель изобретения - повышение точности за счет увеличения углового смещения пучка лучей при изменении положения контролируемого объекта путем использования призменного блока. Узкий пучок лучей источника 1 коллимированного излучения направляется объективом 2 на поверхность контролируемого объекта 8, отражается от него и выходит из объектива 2 с угловым отклонением ε относительно оптической оси устройства при смещении контролируемого объекта 8 относительно фокальной плоскости объектива 2. Затем пучок лучей проходит через призменный блок 3, после которого отклоняется на угол γε где ε - угловое увеличение блока 3. Фотоэлектрический преобразователь 4 регистрирует угловое положение пучка лучей. Сигнал с выхода преобразователя 4 поступает на вход блока 5 обработки. Сигнал с выхода блока 5 обработки поступает на вход привода 6 перемещения объектива 2, который обеспечивает перемещение объектива 2 в положение, при котором фокальная плоскость объектива 2 совпадает с поверхностью объекта 8. Индикатор 7 положения показывает расстояние, на которое перемещается объектив 2, т.е. расстояние до объекта 8. 6 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
„„Я0„„1596211
А1 (g))5 (: 01 В 1 1/06
« »1 );:» «"«»« о у> z « .....„„, 1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H АBTOPCKOMy :ВИДЕ ЕЛЬСТВУ
«
1 !
Фиг.1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ, КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯУ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4484459/24-28 (22) .19.09.88 (46) 30.09.90. Бюл. Р 36 (72) П.А.Санников (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 1350500, кл. G 01 В 21/08, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров и перемещения объектов. Цель изобретения — повьппение точности за счет увеличения углового смещения пучка лучей при изменении положения контроли- . руемого объекта путем использования призменного блока. Узкий пучок лучей ! источника 1 коллимированного излуче- . ния направляется объективом 2 на поверхность контролируемого объекта 8, 2 отражается от него и выходит иэ объектива 2 с угловымотклонением относительно оптической оси устройства при смещении контролируемого объекта 8 относительно Локальной плоскости объектива 2. Затем пучок лучей проходит через призменный блок 3, после кото- рого отклоняется. фотоэлектрический преобразователь 4 регистрирует угловое положение пучка лучей. Сигнал с выхода преобразователя 4 поступает на вход блока 5 обработки. Сигнал с выхода блока 5 обработки поступает на вход привода 6 перемещения объектива 2, который обеспечивает перемещение объектива 2 в положение, при котором фокальная плоскость объектива 2 совпадает с поверхностью объекта 8.
Индикатор 7 положения показывает расстояние, на которое перемещается объектив 2, т.е. расстояние до объекта 8.
6 ил.
159621!
Изобретение относится к измерительной гехнике и может быть исгользовано для измерения линейных размерсв и перемещения объектов.
Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения углового смещения пучка лучей при изменении положения контролируемого объекта путем использования призменного блока. о
На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 — 4 — варианты выполнения призменного блока," на фиг, 5 и 6 варианты выполнения фотоэлектрическо- 15 го преобразователя.
Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 коллимированного излучения, объектив 2, установленный с возможнос-, тью смещения вдоль оптической оси устройства и оптически связанный с источником 1 коллимированного излучения, призменный блок 3, установленный так, что его входная грань оптически связана с объективом и перпен- 25 дикулярна его оптической оси, плоскость главного сечения призменного блока 3 параллельна плоскости, проходящей через оптические оси источника 1 коллимированного излучения и объектива 2, фотоэлектрический преобразователь .4, вход которого оптически связан с выходной гранью призменного блока 3, а угол между выходной гранью призменного блока и оптической осью
35 фотоэлектрического преобразователя не превышает 15, блок 5 обработки, вход которого подключен к выходуфотоэлектрического преобразователя 4, привод 6 перемещения объектива 2, вход которо- 4О го подключен к выходу блока 5 обработки, индикатор 7 положения, связанный с приводом 6 перемещения объектива 2, Контролируемый объектив Я размеща- 4> ют вблизи задней фокальной плоскости объектива 2.
На фиг. 2 представлено выполнение призменного блока 3 в виде двух скрепленных между собой призм 9 и 10, при этом показатель преломления Tlg призмы 10 меньше показателя преломления и, призмы 9, а угол р между первой и второй гранями призмы 9 должен удовлетворять условию
5 с
° 112 о, ° п.2
arcsin — -2 (p, arcsin--.
u и, На фиг. 3 представлено выполнение призменного блока 3 в виде двух призм
11 и 12, последовательно установленных с воздушным промежутком между ними, при этом угол р между первой и второй гранями призмы 11 должен удовлетворять условию, .1, о 1
are s in (--) -2 p На фиг. 5 представлен вариант выполнения устройства, в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде одного координатно-чувствительного блока 15, состоящего из объектива 16 и координатно-чув- ствительного приемника 17. На фиг. 6 представлен вариант выполнения устройства, в котором фотоэлектрический преобразователь 4 вы.— полнен в виде двух координатно-чувст-. вительных блоков 15, один из которых оптически связан с второй по ходу пучка лучей гранью призмы призменного блока 3, а второй — с третьей по ходу пучка лучей гранью призмы призматического блока 3. Для исключения влияния дисперсии призменного блока 3 на результаты измерения источник 1 коллимированного излучения выполнен монохроматическим. Предлагаемое устройство может обеспечить измерение расстояния в небольшом диапазоне при отсутствии привода в перемещениях объектива 2 и индикатора 7, в этом случае сигнал на выходе блока 5 обработки будет пропорционален измеряемому расстоянию. Выполнение угла р между первой и второй по ходу пучка лучей гранями призмы призменного блока 3, удовлетворяющим указанным выше уровням, обусловлено тем, что угловое увеличение призмы, т.е. отношение изменения углового положения пучка лучей на выходе призмы к изменению углового положения пучка лучей на ее входе будет наибольшим при падении пучка Формула и з обретения 1, Устройство для измерения расстояния до объекта, содержащее источник коллимированного излучения, объектив, установленный с воэможностью смещения вдоль оптической оси устройства и оптически связанный с источником коллимированного излучения, фотоэлектрический преобразователь, оптически связанный с объективом, привод перемещения объектива, индикатор положения, связанный с приводом перемещения объектива, блок обработки, вход которого подключен к выходу Аотоэлектрического преобразователя, а 5 1596211 лучей на вторую грань призмы под углом, близким к углу полного внутреннего отражения, т.е. к углу Брюстера. Величина в два градуса ог ределяет, 5 диапазон измерения. При выполнении этих условий пучок лучей будет вы ходить из призмы под углом к ее выходной грани меньше 15 . Устройство работает следующим образом. Узкий пучок лучей источника 1 коллимированного излучения (фиг. 1) направляется объективом 2 на поверхность контролируемого объекта 8 и отраженный от поверхности контролируемого объекта 8 выходит из объектива 2 с угловым отклонением от своего первоначального направления при смещении контролируемого объекта 8 20 на некоторое расстояние от фокальной плоскости объектива 2, Далее пучок лучей проходит через призменный блок 3, после которого пучок лучей отклоняется и регистрируется фотоэлект- 25 рическим преобразователем 4. Сигнал с выхода фотоэлектрического преобразователя 4 поступает на вход блока 5 обработки..Сигнал с выхода блока 5 обработки. поступает на вход привода 6 30 перемещения объектива 2, который обеспечивает перемещение обьектива 2 в положение, при котором Аокальная плоскость объектива 2 совпадает с поверхностью контролируемого объекта 8. Ин- 35 дикатор 7 положения показывает рас-. стояние, на которое переместится объектив 2, т.е. расстояние до контролируемого объекта 8 ° Вариант выполнения устройства 40 (фиг. 5), в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде одного координатно-чувствительного блока 15, целесообразно использовать при измерении расстояния до контролируемо- 45 ro объекта 8 в небольшом диапазоне. Вариант выполнения устройства (фиг. 6), в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде ; двух координатно-чувствительных бло- 50 ков 15 позволяет расширить диапазон измерения расстояний до контролируемого объекта, так как один из координатно-чувствительных блоков 15 регистРирует пучок лучей, преломленный второй по ходу пучка лучей призмы призменного блока 4, и обеспечивает точное определение расстояния до контролируемого объекта 8, а второй координатно-чувствительный блок 15 регистрирует пучок лучей, отраженный от второй по ходу пучка лучей гранью призмы, и обеспечивает грубое определение расстояния до контролируемого объекта 8, так как в этом случае угловое увеличение призменного блока 3 будет небольшим, Выполнение призменного блока 3 в виде двух или более скрепленных между собою призм (фиг, 2) позволяет повысить угловое увеличение призменного 3 блока. Выполнение призменного блока 3 в виде призмы, главное сечение которой представляет собой параллелограмм (фиг ° 4), позволяет удвоить угловое увеличение призменного блока 3, так как в этом случае координатночувствительный блок 15 определяет расстояние между двумя световыми площадками, полученными при падении пучков лучей на координатно-чувствительный приемник 17. Выполнение призменного блока 3 в виде двух или более (Аиг. 3) последовательно установленных призм с воздушными промежутками между ними позволяет получить угловое увеличение, при этом возможно влп олнение фото-.. электрического преобразователя в виде нескольких координатно-чувствительных блоков 15, оптически связанных с соответствующими гранями призм. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую точность измерения за счет использования промежуточного блока, обеспечивающего увеличение углового смещения пучка лучей, регистрируемое фотоэлектрическим преобразователем, при смещении контролируемого объекта относительно начального положения. 1596211 выход — к приводу перемещения объек" тива, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено приэменным блоком, установленным между объективом и Ьотоэлектрическим преобразователем так, что его входная грань оптически связана с объективом и перпендикулярна его оптической оси и выходная грань опти- 10 чески связана с фотоэлектрическим преобразователем, плоскость главного сечения приэменного блока параллельна плоскости, проходящей через оптические оси источника коллимированного излучения и объектива, а угол между выходной гранью призменного блока и оптической осью фотоэлектрического преобразователя не превышает заданного значения. 20 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что призменный блок выполнен в виде двух или более скрепленных между собой призм, показатель преломления материала каждой 2S последующей призмы меньше, чем предыдущей, а угол р между первой и второй гранями первой призмы по ходу пучка лучей должны удовлетворять уровню п а ° n1 arcsxn- -2 < P < arcsin--, u I п f где п и n — показатели преломления 2 материала первой и второй призм по ходу пуч- . ка лучей. 3. Устройство по п. 1, о т л и— 6. Устройетво по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 30 расширения диапазона измерения, Фотоэлектрический преобразователь выполнен в випе двух координатно-чувствительйых блоков, один из которых оптически связан с второй по ходу пучка 35 лучей гранью последней призмы, а другой - с третьей по ходу пучка лучей гранью последней призмы. ч а ю щ е е с я тем, что призмен-! ный блок выполнен в виде двух или более последовательно установленных призм с воздушным промежутком между ними, а угол р, между первой и второй гранями призм по ходу пучка лучей должен удовлетворять уровню arcsin(— )-2 < p < arcsin(— ) 1 о 1 и и г 1 где n, — показатель преломления первой по ходу пучка лучей .. призмы. 4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что призменный блок выполнен в виде призмы, главное сечение которой представляет собой параллелограмм, установленный так, что вторая и третья ее грани по ходу пучка лучей параллельны оптической оси фотоэлектрического преобразователя и равноотстоят от нее. 5. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что фотоэлектрический преобразователь выполнен в . виде одного координатно-чувствительного блока. Фиг. 5 ) 5962 I I Составитель A. Çàáîëîòñêèé Редактор 1Э.Середа Техред Л.Олийнык КоРРектоР С.(Цевкун Заказ 2904 Тираж 491 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
