Устройство контроля малых угловых смещений

 

Устройство относится к измерительной технике. Устройство содержит источник когерентного излучения, механический преобразователь, оптический блок из двух светоделителей, биссектриса угла между которыми ориентирована перпендикулярно оптической оси устройства, отражатель, нормаль которого совмещена с биссектрисой этого угла, и регистратор. Механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи с одним ведущим колесом, ось вращения которого связана с объектом, и пятью ведомыми дисками. Оси вращения четырех ведомых дисков установлены по углам прямоугольника, большая сторона которого перпендикулярна оптической оси. Ось вращения пятого диска установлена на середине указанной стороны прямоугольника. Оптический блок снабжен пятью отражателями, по одному на каждом ведомом диске. Отражатель, установленный на пятом диске, выполнен с отражающим покрытием на обеих поверхностях и оптически связан с источником когерентного излучения. Устройство обладает повышенной точностью за счет устранения влияния расстояния между оптическим блоком и регистратором. 2 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].

В известном устройстве линейное расстояние между изображениями световых пучков в плоскости регистратора определяется не только значением углового смещения объекта, но и расстоянием от оптического блока устройства до его регистратора. Это накладывает определенные требования к соответствию реального значения указанного расстояния с его номиналом, несоблюдение которого снижает точность контроля.

Кроме того, достигаемого известным устройством четырехкратного углового смещения световых пучков относительно углового смещения объекта может быть недостаточно для точного определения конкретного углового смещения последнего.

Задача изобретения - повышение точности контроля.

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 двух светоделителей, установленных с обеспечением перпендикулярной ориентации биссектрисы угла между ними относительно оптической оси устройства, и отражателя, оптически связанного с внешними гранями светоделителей и установленного с обеспечением совмещения его нормали с биссектрисой угла между светоделителями, и регистратор, механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи с одним ведущим колесом и пятью ведомыми дисками, ось вращения ведущего колеса предназначена для скрепления с объектом, оси вращения четырех ведомых дисков установлены по углам прямоугольника, большая сторона которого перпендикулярна оптической оси, ось вращения пятого ведомого диска установлена на середине указанной стороны прямоугольника, оптический блок снабжен пятью отражателями, по одному установленному на ведомых дисках ременной передачи, отражатель, установленный на пятом ведомом диске, выполнен с отражающим покрытием на обеих поверхностях и оптически связан с источником когерентного излучения.

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

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения (лазер) и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь 2, оптический блок 3 и регистратор 4. Механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи с одним ведущим колесом 5 и пятью ведомыми дисками 6-7. В состав оптического блока включены пять отражателей 8-12, по одному установленными на ведомых дисках ременной передачи, а также два светоделителя 13-14, биссектриса угла между которыми ориентирована перпендикулярно относительно оптической оси устройства, и шестой отражатель 15, оптически связанный с внешними гранями светоделителей и установленный с обеспечением совмещения его нормали с биссектрисой угла между светоделителями (фиг. 1).

Ось вращения ведущего колеса 5 предназначена для скрепления с объектом (не показан), оси вращения четырех ведомых дисков 6 установлены по углам прямоугольника, большая сторона 2L₀ которого перпендикулярна оптической оси устройства, ось вращения пятого ведомого диска 7 установлена на середине указанной стороны прямоугольника. Отражатель 12 оптического блока, установленный на пятом ведущем диске 7, выполнен с отражающим покрытием на обеих поверхностях и оптически связан с источником 1 когерентного излучения.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок лазера 1 направляется на первую отражающую поверхность отражателя 12. В исходном состоянии контролируемого объекта (не показан) отражатели 8 и 9, 10 и 11 образуют два уголковых отражателя, а отражатель 12 ориентирован под углом сорок пять градусов к оптической оси устройства. Поэтому световой пучок J₀ при своем распространении опишет прямоугольник, по углам которого установлены оси вращения дисков 6, и второй отражающей поверхностью отражателя 12 направится в блок 3 вдоль оптической оси устройства. В оптическом блоке 3 световой пучок J₀ проходит через светоделители 13-14. При этом первый из указанных светоделителей делит световой пучок на два, первый из которых, световой пучок , проходит блок 3, не изменяя своего направления, а второй пучок отражателем 15 направляется на светоделитель 14. В результате световые пучки совмещаются и в плоскости регистратора 4 формируется одно световое пятно (фиг. 1).

Угловое смещение контролируемого объекта, скрепленного с осью вращения ведущего колеса 5 ременной передачи, вызывает поворот ведомых дисков 6-7 с установленными на них отражателями 8-12 на угол β, превышающий угловое смещение объекта на величину, равную отношению диаметров ведущего колеса 5 и ведомых дисков 6-7. В результате того, что все ведомые диски ременной передачи повернутся в одну и ту же сторону, световой пучок J₀ лазера 1 после первого, третьего и пятого переотражения в преобразователе 2 (световые пучки J₁, J₃ и J₅ на фиг. 2) будут иметь угловое отклонение, равное 2β, , а после каждого четного переотражения (световые пучки J₂, J₄ и J₆ на фиг. 2) его угловое отклонение будет нулевым. При этом линейное отклонение световых пучков J₂, J₄ и J₆ будет пропорциональным угловому смещению контролируемого объекта и иметь значение 2βL₀,6βL₀ и 8βL₀ (фиг. 2).

В этом случае из светового пучка J₀ светоделители 13-14 и отражатель 15 блока 5 сформируют два световых пучка , параллельных и симметричных относительно оптической оси устройства. В результате в плоскости регистратора 4 будут наблюдаться два световых пятна, линейное расстояние между которыми составит 16βL₀. Таким образом, за счет устранения влияния расстояния между блоком 3 и регистратором 4 на результаты контроля углового смещения объекта исключается погрешность, обусловленная несоответствием реального значения указанного расстояния номиналу, что повышает точность контроля.

Кроме того, за счет повышения кратности линейного смещения изображений световых пучков в плоскости регистратора точность контроля также повышается.

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

2. Патент Японии N 57-8403, 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 двух светоделителей, установленных с обеспечением перпендикулярной ориентации биссектрисы угла между ними относительно оптической оси устройства, отражателя, оптически связанного с внешними гранями светоделителей и установленного с обеспечением совмещения его нормали с биссектрисой угла между светоделителями, и регистратор, отличающееся тем, что механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи с одним ведущим колесом и пятью ведомыми дисками, ось вращения ведущего колеса предназначена для скрепления с объектом, оси вращения четырех ведомых дисков установлены по углам прямоугольника, большая сторона которого перпендикулярна оптической оси, ось вращения пятого ведомого диска установлена на середине указанной стороны прямоугольника, оптический блок снабжен пятью отражателями, по одному установленному на ведомых дисках ременной передачи, отражатель, установленный на пятом ведомом диске, выполнен с отражающим покрытием на обеих поверхностях и оптически связан с источником когерентного излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2