Устройство контроля малых угловых смещений

 

Устройство относится к измерительной технике. Устройство содержит источник когерентного излучения, механический преобразователь, оптический блок из отражателей и светоделителя и регистратор. Механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи из ведущего колеса, ось вращения которого связана с объектом, и трех ведомых дисков, оси вращения которых установлены по углам прямоугольника с заданными длинами сторон. Отражатели по одному установлены на ведомых дисках. Один отражатель расположен по диагонали прямоугольника напротив светоделителя с возможностью вращения с помощью приводного ремня в направлении, противоположном вращению ведущего колеса ременной передачи. Точность контроля повышена за счет того, что в плоскости регистратора линейное смещение световых пятен в три раза превышает смещение световых пятен при однократном отражении. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых смещений объектов различного назначения.

Известно устройство контроля малых угловых смещений, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу пучка лучей светопрозрачный диск, коэффициент прозрачности которого изменяется вдоль одной из осей декартовой системы координат, и два фотоэлектронных преобразователя, включенных в мостовую схему [1].

Выходной сигнал известного устройства при угловом смещении объекта изменяется по нелинейному закону, что снижает точность контроля.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство контроля малых угловых смещений, содержащее источник когерентного излучения и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь в составе держателя, ось вращения которого предназначена для скрепления с объектом, оптический блок в составе первого отражателя, установленного в держателе механического преобразователя, двух светоделителей, установленных с обеспечением перпендикулярной ориентации биссектрисы угла между ними относительно оптической оси устройства, и второго отражателя, оптически связанного с внешними гранями светоделителей и установленного с обеспечением совмещения его нормали с биссектрисой угла между светоделителями, и регистратор [2].

Известное устройство производит четырехкратное увеличение углового смещения объекта, что может быть недостаточным для точного определения указанного смещения, а увеличение расстояния до регистратора - нецелесообразным. Кроме того, известное устройство не позволяет определять направление смещения контролируемого объекта.

Задача изобретения - повышение точности контроля и определение направления углового смещения контролируемого объекта.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве контроля малых угловых смещений, содержащем источник когерентного излучения и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь, оптический блок в составе отражателей и светоделителя, установленного в держателе, и регистратор, механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи из ведущего колеса, ось вращения которого предназначена для скрепления с объектом и трех ведомых дисков, оси вращения которых и держатель светоделителя установлены по углам прямоугольника с заданными значениями длин сторон, а отражатели оптического блока по одному установлены на ведомых дисках, один из которых, расположенный по диагонали указанного прямоугольника напротив светоделителя, установлен с возможностью вращения посредством приводного ремня в направлении, противоположном направлению вращения ведущего колеса ременной передачи.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 поясняется его работа.

Устройство содержит источник 1 когерентного света (лазер), ведущее колесо 2 и три ведомых диска 3-5 ременной передачи, три отражателя 6-8, светоделитель 9 и регистратор 10 (фиг. 1).

Ось вращения ведущего колеса 2 предназначена для скрепления с объектом (не показан). Оси ведомых дисков 3-5 и держатель (не показан) светоделителя 9 размещены по углам прямоугольника с заданными значениями длин его сторон L₁ и L₂. Отражатели 6-8 по одному установлены на ведомых дисках 3-5. Ведомый диск 4 установлен с возможностью вращения посредством приводного ремня (не обозначен) в направлении, противоположном направлению вращения ведущего колеса 2 ременной передачи.

Ведущее колесо 2 и ведомые диски 3-5 составляют механический преобразователь устройства, а отражатели 6-8 и светоделитель 9 - его оптический блок.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок J₀ лучей лазера 1, попадая на светоделитель 9, делится последним на два пучка J₁ и J₂. Первый из указанных пучков направляется в сторону отражателя 3, второй - отражателя 5. В исходном положении контролируемого объекта (ведущего колеса 2) отражатели 6-8 ориентированы таким образом, что их плоскости образуют между собой два прямых двугранных угла, общая грань которых (отражатель 7) перпендикулярно светоделителю 9. В этом случае световые пучки пройдя в противоположных направлениях по замкнутому контуру, образованному отражателями 6-8, объединяться светоделителем 9 и в плоскости регистратора 10 сформируют одно световое пятно (фиг. 1).

Угловое смещение контролируемого объекта, скрепленного с осью ведущего колеса 2 ременной передачи, вызывает поворот ведомых дисков 3-5 с установленными на них отражателями 6-8 на угол β (фиг.2-3), превышающий угловое смещение объекта на величину, равную отношению диаметров ведущего колеса 2 и ведомых дисков 3-5. При этом угловое отклонение световых пучков J₁ и J₂ после каждого очередного переотражения тем или иным отражателем увеличивается на угол 2β и составляет для пучков и , для пучков , и для каждого из световых пучков .

Как показано на фиг. 2 (смещение объекта против часовой стрелки) и на фиг. 3 (смещение по часовой стрелке), световые пучки формируют мнимое изображение источника сета 1 (точка "А"). В плоскости регистратора 10 при этом будут наблюдаться два световых пятна, расстояние (l₁ + l₂) между которыми пропорционально углу 12β .

В зависимости от направления вращения ведущего колеса 2 биссектриса угла между световыми пучками смещается в ту или иную сторону на величину ±δl относительно оси симметрии регистратора 10. Значение ±δl определяется разностью заданных значений длин L₁ и L₂ сторон прямоугольника, по углам которого установлены оптические элементы 6-9 устройства.

Таким образом, в предлагаемом устройстве линейное смещение световых пятен в плоскости регистратора 10 в три раза превышает смещение световых пятен при однократном отражении, что позволяет повысить точность контроля.

Кроме того, за счет установления зависимости пространственного положения мнимого изображения "А" источника 1 света от направления углового смещения контролируемого объекта обеспечивается определение направления углового смещения объекта по знаку разности расстояний l₁ и l₂ от центра регистратора 10 до световых пятен.

Источники информации: 1. Патент Японии N 57-5287, кл. G 01 B 11/26.

1. Патент Японии N 57-8403, кл. G 01 B 11/26.

Формула изобретения

Устройство контроля малых угловых смещений, содержащее источник когерентного излучения и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь, оптический блок в составе отражателей и светоделителя, установленного в держателе, и регистратор, отличающееся тем, что механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи из ведущего колеса, ось вращения которого предназначена для скрепления с объектом, трех ведомых дисков, оси вращения которых и держатель светоделителя установлены по углам прямоугольника с заданными значениями длин сторон, а отражатели оптического блока по одному установлены на ведомых дисках, один из которых, расположенный по диагонали указанного прямоугольника напротив светоделителя, установлен с возможностью вращения посредством приводного ремня в направлении, противоположном направлению вращения ведущего колеса ременной передачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3