Оптико-электронный измеритель вибраций
Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения - повышение производительности. Поставленная цель достигается введением в устройство юстировочного механизма в виде штанги с шарниром и телескопическим мерным штырем и двух кареток. 5 ил
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5|>s G 01 В 21/00
ГОСУДАРСТ8ЕННЪ|Й КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
С "1 И САН И Е И ЗО БР ЕТЕ Н ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1460608 (21) 4738610/28 (22) 19.09.89 (46) 07.11.92. Бюл. ¹ 41 (72) B.À. Абрамов, В.Г, Калиниченко, Е.И.
Лапицкий и И.И. Савчанчик (56) Авторское свидетельство СССР № 1460608, кл. 6 01 В 21/00, 1988.
Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться для измерения параметров вибраций различных объектов и является усовершенствованием изобретения по авт.св. ¹ 1460608.
Известны оптико-электронные измерители многомерной вибрации, содержащие лазер в качестве источника света, с разнесенными фотоприемниками. Недостатком этих устройств является низкая производительность измерений из-за большой трудоемкости их юстировки перед измерением.
Поясним сущность этого недостатка более подробно.
С выхода фотоприемника (ФП) получают сигнал, пропорциональный амплитуде смещения светового пятна на плоскости ФП (фиг.1):
Хап = Хл+ Xy = А82э|п а + Ltg2 Лу, (1) где А8 — амплитуда линейного перемещения объекта;
Q — угол падения отражения луча;
L — расстояние от ФП до отражателя на объекте;
Лу — угловое перемещение объекта.
„„. Ж„„1774165 А2 (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРАЦИЙ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения — повышение производительности. Поставленная цель достигается введением в устройство юстировочного механизма в виде штанги с шарниром и телескопическим мерным штырем и двух кареток. 5 ил.
Из выражения (l) видна зависимость точности измерений от выдерживания расстояния L и угла a . На практике для выдерживания двух параметров L и а приходится осуществлять многократные поступательные и вращательные движения элементов измерителя, которые желательно сократить и упростить. Кроме того, юстировка осложняется еще несколькими обстоятельствами. Во-первых, каждый раз необходимо обеспечить перпендикуля рность плоскости измерений, образуемой падающим и отраженным лучами к плоскости отражателя на объекте, иначе отраженный луч выйдет из заданной плоскости измерений и не попадет на ФП. Во-вторых, необходимо обеспечить перпендикулярность ФП к оси отраженного луча для исключения погрешности измерений из-за эллипсности пятна на ФП. Все это требует дополнительных регулировок по углам.
Измеритель.на рассматриваемом физическом принципе различает угловую составляющую вибраций только в плоскости измерений, как и линейную составляющую — только с определенного направления. На практике необходимы измерения составля1774165 ющих вибраций в различных плоскостях и с различных направлений. Поэтому было бы удобно поворачивать плоскость измерений измерителя, не сбивая каждый раз его настройки.
Цель изобретения — повышение производительности измерений за счет использования предлагэемого юстировочного механизма.
Поставленная цель достигается введением в устройство по эвт.св, N. 1460608 юстировочного механизма, позволяющего легко обеспечить необходимую взаимную ориентацию отражателя нэ объекте и измерителя относительно друг друга и с минимальным числом регулировок обеспечить фиксированные L и а при измерениях. В прототипе (эвт,св, N 1460608) подразумевалась свободная расстановка элементов измерителя, и вопрос юстировки не рассмотрен, Использование для юстировки нашего измерителя известных из литературы юстировочных механизмов, представляющих собой комбинации кареток линейного перемещения по различным осям и узлов поворота вокруг осей, не устраняет двух существенных недостатков процесса юстировки:
1) сложность попадания зондирующего луча на произвольно, в общем случае, установленный маленький отражатель нэ объекте и во много раз сложнее — улавливание отраженного луча ФП измерителя;
2) большое число взаимосвязанных регулировок по осям и вокруг осей при операциях юстировки, которые желательно сократить и упростить.
Поясним, почему с введением предложенного юстировочного механизма ускоряется юстировка, В предложенном устройстве величины а, а также ориентация плоскости ФП нормально к оси отраженного луча не регулируются в процессе измерений, а выдерживаются конструктивно с заданной точностью (фиг.2). Нэ фиг.2 обозначены: 1— лазер; 2 — отражатель, 3 — блок светоделителя с ФП. Задача юстировки перед измерением решается всего в два приема: 1) выдерживание расстояния h (тем самым и L) с помощью мерного штыря; 2) обеспечение необходимой взаимной ориентации отражателя и измерителя (перпендикулярность заданной плоскости измерений к плоскости отражателя) предварительно (грубо) с помощью нормальной к оси мерного штыря ориентирующей площадки на его конце и окончательно (точно) — с помощью двух кэреток с криволинейными направляющими во взаимно перпендикулярных плоскостях, Нэ фиг.3 изображена кинематическэя схема устройства, э на фиг.4 и 5 приведены
5 схемы, поясняющие принцип юстировки с помощью предлагаемого устройства.
Устройство содержит источник 1 излучения, отражатель 2, блок 3 светоделителя с
ФП, штангу 4 с шарниром 5 и телескопиче10 ски убирающимся мерным штырем 6, две роликовые каретки 7 и 8 с криволинейными нэпрэвляющими 9 и 10, винтовые передачи
11 и 12, ползуны 13 и l4, штатив 15.
Источник 1 излучения и блок 3 светоде15 лителя с ФП, образующие прямым и отраженным лучами плоскость измерений, закреплены на концах штанги 4 тэким образом, чтобы получился угол 2 а между прямым и отраженным лучами, э биссектриса
20 этого угла была перпендикулярна к оси штанги. Штанга 4 в средней части закреплена с помощью шарнира 5, позволяющего, при необходимости, поворачивать штангу вокруг направления биссектрисы угла 2 а
25 на каретке 7, Кэретка 7 имеет криволинейную направляющую 9 в плоскости, перпендикулярной к плоскости измерений, Направляющая 9,в свою очередь, расположена на другой каретке 8, имеющей криво30 линейную направляющую 10 в плоскости, взаимно перпендикулярной к плоскости направляющей первой каретки. Направляющая 10 крепится с помощью шарнира к штативу 15. Каретки могут перемещаться
35 винтовыми передачэми 11 и 12 через ползуны 13 и 14 таким образом, что концы ш ганги все время находятся на сферической поверхности с R = L. Центр этой сферической поверхности есть точка падения — отраже40 ния луча на отражателе 2, закрепляемом на объекте. Для установки всей системы на заданном расстоянии h = Leos а от отражателя 2 до штанги 4 и предварительного обеспечения перпендикулярности плоско45 сти отражателя к .плоскости измерений на штанге по направлению биссектрисы угла 2
Q установлен телескопически убирающийся мерный штырь 6, имеющий нормальную к его оси площадку на конце для контакти50 рования с отражателем 2.
Юстировку измерителя осуществляют следующим образом. Перед измерениями обе каретки и штанга в шарнире ставят .в нулевое положение и выдвигают медный
55 штырь, Штатив с измерительным устройством подводят к объекту и по ориентирующей площадке нэ конце штыря к объекту приклеивают зеркальный отражатель, э штатив фиксируют, Затем мерный штырь
1774165 отводят для разрыва механического контакта с объектом и окончательно корректируют измеритель последовательным перемещением кареток, добиваясь максимума сигнала с ФП, причем схема обработки сигнала при этом переключается в режим юстировки. Схема на фиг.4 иллюстрирует коррекцию для попадания луча на ФП путем поворота отражателя в плоскости измерений на угол
Лр t, а схема на фиг.5 — путем поворота отражателя на угол Л р в плоскости, перпендикулярной к плоскости измерений.
Требования по точности к юстировочному механизму можно обосновать, получив оценки погрешности измерений из-за ошибок угла а++Ëà и расстояния L +.Л L.
Из выражения (1) при отсутствии угловых вибраций, т.е. Лу =0
Хфп = Хл = 2Авэ(п а
Отсюда относительная погрешность измерения амплитуды линейного перемещения Ав, обусловленная ошибкой а + h a
Х ра AALU(2sjnec 2 дю(од+ дои) sing ( (д — I (00 - - .100 . Ад дд "чд sjn(Cд ддд) 2 sing, (2) Иэ выражения (1) при отсутствии линейных перемещений, т.е. Ав =- 0 Хфп = Xy = Ltg2 Ay =- (.2 Лу, так как Лу- малые. Добавочное смещение луча на плоскости ФП из-за Л (Л Хвп=Л Ltg2Ay =- Л (.2 Лу Тогда относительная погрешность измерения углового перемещения из-за ошибки +AL Суммарная относительная погрешность измерений P=- фл +Д (4) Например, при а = 45 и L = 0,5 M иэ выражений (2) и (3) следует, что для обеспечения весьма малой относительной погрешности измерений р = 1-1,5 необходимо выдерживать угол Q с точностью Л а 35 — 53, а расстояние L — с точностью Л L == 5-7,5 мм, что нетрудно осуществить. Использование данного устройства позволяет упростить юстировку перед измерением и повысить производительность измерений. Кроме того, устройство позволяет легко поворачивать плоскость измерений, не сбивая настройки, путем поворота штанги с размещенными на ней источником излучения и ФП и шарнирного крепления ее к первой каретке в направлении вокруг нормали к плоскости отражателя. Формула изобретения Оптико-электронный измеритель вибраций по авт.св. N 1460608, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительности измерений, он снабжен юстировочным механизмом, выполненным в виде штанги, один конец которой жестко связан со светоделителями, а второй конец жестко связан с источником светового излучения, двух кареток с двумя взаимно перпендикулярными направляющими, центры кривизны которых совпадают с точкой пересечения оптических осей источника светового излучения и первого светоделителя, штанга в средней части закреплена на первой каретке шарнирно с возможностью поворота вокруг направления биссектрисы угла между оптическими осями источника светового излучения и первого светоделителя, направляющая первой каре ки жестко связана с второй кареткой, и телескопического мерного штыря, один конец которого жестко связан со штангой, а второй конец выполнен с площадкой, перпендикулярной оси штыря и предназначенной для контактирования с отражателем. 1774165 1774165 1774165 Составитель В.Калиниченко Техред М.Моргентал Корректор С,Г1екарь Редактор С.Кулакова Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3919 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
