Фотоэлектрический измеритель перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных и угловых перемещений предмета неконтактным методом. Изображение штриховой миры, подсвеченной источником когерентного излучения, проецируется объективом и окуляром телескопической системы в плоскости щелевых диафрагм. Светоделитель в виде призмы Дове поворачивает часть изображения штриховой миры вокруг оптической оси призмы Дове на угол 90 относительно изображения штрихов на диафрагме. Светоделитель направляет изображение штрихов миры на третью и четвертую диафрагмы. Второй светоделитель направляет изображение штрихов на диафрагму генератора опорных сигналов, выполненную в виде двух разнесенных на базовое расстояние щелевых отверстий. При периодическом качании зеркала сканатора изображение штрихов перемещается относительно щелевых отверстий диафрагмы генератора опорных сигналов, щелевых диафрагм, третьей и четвертой диафрагм анализатора изображения, формируя сигналы на выходах фотоприемных блоков. Электрические сигналы в виде пачек импульсов могут быть смещены во времени относительно сигналов генератора опорных сигналов на величину, пропорциональную смещению объекта в системе координат, начало отсчета которой задается положением оси одного из щелевых отверстий диафрагмы генератора опорных сигналов. При известном положении оси поворота объекта с помощью электронного блока обработки и регистрации осуществляется одновременное измерение перемещений по трем линейным и одной угловой координатам. 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных и угловых перемещений предмета неконтактным методом.

Известно устройство для контроля поперечных перемещений, основанное на измерении фазы между опорным и информационными сигналами, содержащее осветитель и последовательно расположенные по ходу излучения тест-объект, проекционную оптическую систему, анализатор изображения, фотоприемный блок обработки сигналов, генератор опорных сигналов [1] Известен фотоэлектрический измеритель перемещений, содержащий источник когерентного излучения и расположенные последовательно по ходу излучения штриховой тест объект, телескопическую оптическую систему, светоделитель в виде призмы Дове, установленный с возможностью поворота вокруг оптической оси анализатор изображения, выполненный в виде двух щелевых диафрагм, расположенных на оптической оси взаимно перпендикулярно относительно друг друга, фотоприемный блок и генератор опорных сигналов, подключенный к входам электронного блока обработки и регистрации [2] Известное устройство позволяет измерять поперечные перемещения предмета в диапазоне ±0,5 мм с погрешностью ±0,5 мм при продольном перемещении в несколько метров и с невысокой точностью.

Цель изобретения повышение точности.

Для этого измеритель снабжают вторым светоделителем, установленным в анализаторе изображения по ходу излучения перед диафрагмами, третьей диафрагмой, установленной по ходу излучения за вторым светоделителем так, что ее щель параллельна изображению штрихов тест-объекта, и четвертой щелевой диафрагмой, установленной по ходу излучения за вторым светоделителем так, что ее щель параллельна изображению штрихов тест-объекта и смещена относительно третьей диафрагмы вдоль оптической оси в плоскости, ей перпендикулярной, тест-объект выполнен в виде параллельной штриховой миры и сканатора в виде плоского зеркала, установленного с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через оптическую ось параллельно штрихам миры в точке совмещения фокусов окуляра и объектива телескопической оптической системы.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема фотоэлектрического измерителя перемещений; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 вид Б на фиг.1; на фиг.4 вид В на фиг.1; на фиг.5 вид Г на фиг.4; на фиг.6 эпюры электрических сигналов.

Измеритель содержит источник 1 когерентного излучения, миру 2 и сканатор 3 тест-объекта, выполненный в виде плоского зеркала 4, установленного в точке совмещения фокусов объектива 5 и окуляра 6 телескопической оптической системы, светоделитель 7 в виде призмы Дове, повернутой на 45^о вокруг ее оптической оси, светоделитель 8, генератор 9 опорных сигналов с диафрагмой в виде разнесенных на базовое расстояние щелевых отверстий 10 и 11 и двухканального фотоэлектронного блока 12, анализатор 13 изображения, включающий две взаимно перпендикулярные диафрагмы 14, 15, светоделитель 16, установленный перед одной из щелевых диафрагм, диафрагму 17 измерения третьей линейной координаты и щелевую диафрагму 18 измерения угловых перемещений, оси которых параллельны, но смещены вдоль оптической оси и в плоскости, ей перпендикулярной, вдоль продольных осей этих диафрагм, фотоэлектронные блоки 19, 20, электронный блок 21 обработки и регистрации, к входам которого подключены выходы фотоэлектронных блоков 12 и 19. Анализатор 13 изображения и фотоприемные блоки 19, 20 установлены на перемещающемся объекте.

Устройство работает следующим образом.

Изображение штриховой миры 2, подсвеченной источником 1 когерентного излучения, проецируется объективом 5 и окуляром 6 телескопической системы в плоскости щелевых диафрагм 14, 15 и 17, 18. Светоделитель 7 в виде призмы Дове поворачивает часть изображения штриховой миры, попадающего в плоскость диафрагмы 14, вокруг оптической оси призмы Дове на угол 90^о относительно изображения штрихов на диафрагме 15 (фиг.3). Светоделитель 16, выполненный, например, в виде полупрозрачного зеркала, направляет изображение штрихов миры 2 на диафрагмы 17 и 18. Светоделитель 8, выполненный, например, в виде полупрозрачного зеркала, направляет изображение штрихов на диафрагму генератора 9 опорных сигналов, выполненную в виде двух разнесенных на базовое расстояние щелевых отверстий 10, 11 (фиг.2). При периодическом качании зеркала 4 сканатора изображение штрихов будет перемещаться относительно щелевых отверстий 10, 11 диафрагмы генератора 9 опорных сигналов и щелевых диафрагм 14, 15 и 17, 18 анализатора 13 изображения, формируя сигналы на выходах фотоэлект- ронных блоков 12, 19 и 20. Электрические сигналы в виде пачек импульсов могут быть смещены во времени относительно сигналов генератора опорных сигналов на величину, пропорциональную смещению объекта в системе координат, начало отсчета которой задается положением оси одного из щелевых отверстий 10 или 11 диафрагмы. Линейные перемещения в направлении, параллельном оси качания зеркала 4 сканатора 3, вызывают изменение временного сдвига сигнала только в канале анализатора 13, где установлена щелевая диафрагма 14. Линейные перемещения в направлении оптической оси окуляра 6 вызывают одинаковые изменения временного сдвига сигнала в каналах анализатора 13, где установлены щелевые диафрагмы 17 и 18. Линейные перемещения объекта в направлении оси окуляра 6 и перпендикулярной оси качания зеркала 4 вызывают одинаковый временной сдвиг сигналов в каналах, где установлены диафрагмы 15, 17 и 18. Повороты объекта вокруг оси, параллельной очи качания зеркала 4, вызывают временные сдвиги сигналов в каналах анализатора 13, где установлены диафрагмы 15, 17 и 18, зависящие как от величины и направления поворота, так и положения оси поворота относительно диафрагмы 15, 17 и 18. При известном положении оси поворота объекта с помощью электронного блока 21 обработки и регистрации осуществляется одновременное измерение перемещений по трем линейным и одной угловой координатам.

Формула изобретения

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий источник когерентного излучения и расположенные последовательно по ходу излучения штриховой тест-объекта, телескопическую оптическую систему, светоделитель в виде призмы Дове, установленной с возможностью поворота вокруг оптической оси, анализатор изображения, выполненный в виде двух щелевых диафрагм, расположенных на оптической оси взаимно перпендикулярно, фотоприемный блок и генератор опорных сигналов, подключенный к входам электронного блока обработки и регистрации, отличающийся тем, что он снабжен вторым светоделителем, установленным в анализаторе изображения по ходу излучения перед диафрагмами, третьей диафрагмой, установленной по ходу излучения за вторым светоделителем так, что ее щель параллельна изображению штрихов тест-объекта, и четвертой щелевой диафрагмой, установленной по ходу излучения за вторым светоделителем так, что ее щель параллельна изображению штрихов тест-объекта и смещена относительно третьей диафрагмы вдоль оптической оси в плоскости, ей перпендикулярной, тест-объект выполнен в виде параллельной штриховой миры и сканатора в виде плоского зеркала, установленного с возможностью вращения вокруг оси зеркала, установленного с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через оптическую ось, параллельно штрихам миры в точке совмещения фокусов окуляра и объектива телескопической оптической системы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6