Устройство для измерения расстояния до объекта
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении линейных размеров объектов, в частности для бесконтактного определения смещений обьекта от номинального положения . Целью изобретения является повышение точности измерений за счет регистрации нулевого положения по разностному сигналу. Пучок монохроматического излучения от источника 2 фокусируется объективом 1 на поверхность обьекта 16. Часть отраженного излучения формирует информационный пучок, который попадет на входную грань призменного блока 7, на выходе которого формируется электрический сигнал , характеризующий угловое отклонение пучка от базового направления. Этот сигнал направляется на зход привода 13. Привод 13 перемещает объектив 1 до совмещения его фокальной плоскости с поверхностью обьекта 16 В момент совмещения с выхода преобразователя 3 снимается нулевой сигнал , привод 13 останавливается и на индикаторе 15 положения считывается измеряемая величина 3 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4749220/28 (22) 16.10.89 (46) 07.09.91 Бюл. N. 33 (71) Научно-исследовательский технологический институт оптического станкостроения и вакуумной техники (72) П.А. Санников (53) 531.715.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 1596211, кл, G 01 В 11/06, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении линейных размеров объектов, в частности для бесконтактного определения смещений объекта от номинального положения. Целью изобретения является повы Ы,„, 1675665 А1 шение точности измерений за счет регистрации нулевого положения по разностному сигналу. Пучок монохроматического излучения от источника 2 фокусируется объективом 1 на поверхность объекта 16. Часть отраженного излучения формирует информационный пучок, который попадет на входную грань призменного блока 7, на выходе которого формируется электрический сигнал, характеризующий угловое отклонение пучка от базового направления. Этот сигнал направляется на вход привода 13. Привод
13 перемещает обьектив 1 до совмещения его фокальной плоскости с поверхностью обьекта 16. В момент совмещения с выхода преобразователя 3 снимается нулевой сигнал, привод 13 останавливается и на индикаторе 15 положения считывается измеряемая величина. 3 э.п. ф-лы, 3 ил.
1б75бб5
Изобретение относится. к измерительной технике и мо>кет быть использова 0 ", ри измерении линеиных размеров обьектов и величины их микроперемещений, B частности, для бесконтэкгного определения смещений обьекта от номинального положения и измерения толщины обьекта, в том числе оптических деталей, Целью изобретения является повышение точности измер"-ний и упрощение конструкции за счет регистрации нулевого положения по разнсстнсму сигналу, На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг,2 и 3 — варианты выполнения фотээлектрического преобразователя, YcTpovIcTBo для измерения расстся ия до объекта содержит обьектив 1, установленный с возможностью смещения вдоль оптической оси, по разные стороны которой установлены источник 2 коллимированного монохроматического излучения и фотоэлектрический преобразователь 3, Преобразователь 3 состоит из двух фо "оприемников 4 и 5, в качестве которых t .огут использэваться фотодиоды, фоторезисторы и фототранзисторы, плоского зеркала б и призменного блока 7.
Фотоприемники 4 и 5 установлены и p пендикулярно пгоскости главного сечения приэменнОго блока 7 с ttpoTRBoftotlo>
:воздушном промежутке) которого равно уг лу полного внутреннего оTpà>Keíèÿ для длины волны источника 2. Либ<> блок 7 выполнен из двух ск зепленны, мен<ду собой призм 11 и 12, показатель преломления призмы 12 меньше, чем призмы 11, обе призмы имеют в плоскости главного се е15
55 ния форму раьнобедренного треугольника и контактируют между собой f10 основанию, одна из равных граней призмы 11 является входной гранью призменного блока 7, параллельно второй грани установлен плоское зеркало б (фиг.3) или оно выполнено в виде зеркального по,<рытия на этой грани (не показано). В этом случае обе равные грани призмы 12 являются выходными гранями блока 7, равные углы призмы 12 выполнены таким образом, что эффективное значение угла между зеркалом б и оптически связанной с ни, выходной гранью блока 7, а также между входной гранью призмы 11 и оптически связанной с ней выходной гранью призмы 12 равно углу полного внутреннего отражения для длины волны источника 2 излучения, падающего по нормали к входной грани призмы
11.
Устройство содерж«T также связанный с объективом 1 привод 13 геремещения обьектива, блок 14 обработки, входы которого подключены к вь ходам фотоэлектрического преобразователя 3, а выходы — к входам привода 13, и индикатор 15 положения, связанный с приводом 13.
УсTpovtcTBQ измеряет рдс стоя ние до
ООЬЕк-а 1 б.
Устройство может содерн<а-;ь, как и B прототипе, установленный между обьектиВоМ 1 и фотоэлектрическим преобразователем " призменный бло< (не гсказан), - то обесп зчивает дополнитeльнoe повышение чувствительности устройства.
".àáîòà устройства осуществляется следуют.,им образом
Пучок кОг лимирî13анного монохрсматического излучения ст источника 2 фокусируется обьективом 1 на noBepxt-:ocòê обьекта
16, часть излучения ОТра>КВВТса 01 нее и обьективом 1 формируется в информационный пучок излучения, угловое положение KOT0p0I относительно опти еской оси обьектива 1 характеризует расстояние от поверх IocTkl сбьекта 1б до фокальнсй пг оскости обьектива 1, Дагее информационный пучок излучения псс.-упает на входную грань призменнсгс блока 7 фотоэлектрическогo пpooI>pBBOBBTå,".я 3, I.B выходе ксторссго формируется э;:е: тpë-ВсК и сигчал, харзктеризу1ощий угловое QTKiloHBít å лнформационнсгo пучкa излучения от базовогс напсивг1е! ия. 3лектрический сигнал с выхода преобразователя 3 поступает в блок
1 об1 аботки, ко орый формир:е- управляющий электрический сигнал и нап;.авляет его не вход привода 13. Привод 13 перемещает с бьектив 1 до сонме:.цения его фскальной плоскости с псверхн >стью объекта 16. в
1675665 выходной грани призмы 8 пучок излучения 55 направляется на зеркало 6 и после отражения от него вновь падает на выходную грань призмы 8, но с углом, большим угла
Щ полного внутреннего отражения. Поэтому на фотоприемник 5 излучение не прохоэтом случае угловое отклонение информационного пучка излучения становится равным нулю с выхода преобразователя 3 снимается "нулевой" электрический сигнал, привод 13 останавливается и на индикаторе .15 положения считывается величина перемещения объектива 1, равная измеряемому расстоянию от фокальной плОскости первоначального положения объектива 1 до объекта 16. При этом преобразование углового отклонения информационного пучка излучения в соответствующий электрический сигнал в фотоэлектрическом преобразователе 3 осуществляется следующим образом, Информационный пучок излучения ïðoходит входную грань призмы 8 (фиг.1) и в случае совпадения оси пучка с базовым направлением, т.е. если ось пучка параллельна оптической оси объектива 1, падает на выходную грань призмы 8 пад угломрБ полного внутреннего отражения. Поэтому на фотоприемник 4 излучение не проходит. Отраженный выходной гранью призмы 8 пучок излучения нормально падает на третью грань призмы 8, т.е. на плоское зеркало 6, отражается от него и вновь падает на выходную грань призмы 8 под углом (-3e) полного внутреннего отражения. На фатоприемник
5 также излучение не проходит. Таким образом, на выходе фотоэлектрического преобразователя 3 в этом случае формируется
"нулевой" электрический сигнал.
В случае углового отклонения информационного пучка от базового направления на угол - y ан падает на выходную грань призмы 8 под углом (В + 1), большим угла полного внутреннего отражения, на фотоприемник 4 излучение не поступает. а отраженный ат выходной грани призмы 8 пучок излучения после отражения от зеркала 6 падает на выходную грань призмы под углом, меньшим угла полного внутреннего отра кения. и после преломления попадает на фотоприемник 5. На выходе фотоэлектричеcKoro преобразователя 3 в этом случае формируется "минусовой" электрический сигнал.
В случае углового отклонения информационнога пучка оТ базового направления на угол уон падает на выходную грань призмы
8 под углом фь- у), меньшим угла полного внутреннего отражения, первый преломленный пучок излучения попадает на фотоприемник 4 второй отраженный от
50 дит. На выходе фотоэлектрического преобразователя 3 в этом случае формируется
"плюсовой" электрический сигнал.
Вариант фотоэлектрического преобразователя 3, изображенный на фиг.2, работает аналогичным образом, при этом на первой призме 9 осуществляется дополнительно увеличение углового отклонения информационного пучка излучения перед его падением на выходную грань призмы 10, что дополнительно увеличивает чувствительность устройства, Вариант фотоэлектрического преобразователя 3, изображенный на фиг,3, также работает вышеописанным образом, при этом на второй призме 12 призменного блока 7 осуществляется дополнительное увеличение углового отклонения информационного пучка излучения после его пре ламления на второй по ходу пучка грани первой призмы 11,что дополнительно увеличивает чувствительность устройства.
Таким образом, закон изменения электрического сигнала на выходе преобразователя 3 при перемещении объектива 1 описывается прямой линией, характеризующей уровень сигнала, скачком изменяющей знак при переходе объектива 1 через "нулевое" положение, т.е. в момент совмещения факальной плоскости абьектива 1 с поверхностью абьекта 16, что обеспечивает повышение точности. по сравнению с проатотипом, измеряя расстояния до объекта 16.
Формула изобретения
1. Устройство для измерения расстояния до обьекта, содержащее последовательно размещенные источник коллимираваннаго манахраматического излучения, объектив, установленный с возможностью смещения вдоль оптической аси, фотоэлектрический преобразователь, привод перемещения обьектива, индикатор положения, связанный с приводом перемещения обьектива, и блок обработки, вход которого подключен к выходу фотоэлектрического преобразователя, а выход — к приводу перемещения объектива, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения точности измерения и упрощения устройства. фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде призменного блока, двух фотоприемников, установленных на противоположных краях выходной грани призменного блока, и плоского зеркала, ориентированного перпендикулярна плоскости главного сечения призменного блока пад углом к его выходной грани, эффективная величина которого равна углу
1675665
« () Составитель В.Бахтин
Редактор С.Кулакова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M,Шароши
Заказ 2992 Тираж 365 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, i 01 полного внутреннего отражения для длины волны источника монохроматического излучения.
2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что призменный блок выполнен в 5 виде призмы с сечением в форме равнобедренного треугольника, э плоское зеркало выполнено в виде зеркального покрытия, нанесенного на одну из равных граней призмы. 10
3. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что призменный блок выполнен в виде двух скрепленных друг с другом призм из материалов с различным козффициентом
15 преломления и установлен так, что показатель ll peJIQMll píèÿ материала второй по ходу пучка призмы меньше, чем первой, а плоское зеркало размещено относительно первой по ходу пучка грани второй призмы с воздушным промежутком между ними.
4, Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что призмы выполнены с сечением в форме равнобедренного треугольника и скреплены между собой гранями, являющимися в сечении основаниями равнобедренных треугольников, а плоское зеркало ориентировано параллельно одной из равных граней первой призмы,
