Устройство для измерения угла наклона
Владельцы патента RU 2310160:
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (RU)
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона объекта. Заявленное устройство для определения угла наклона состоит из последовательно установленных лазера, светоделительной призмы, отклоняющей отраженный пучок под прямым углом, на пути которого установлена отражающая пластина, изменяющая его направление таким образом, что он становится параллельным неотраженному пучку, прошедшему через светоделительную призму, а также двухкоординатного фотоприемника, установленного перпендикулярно к направлению распространения указанных параллельных пучков и содержащего два отверстия малого диаметра для прохождения этих пучков, на пути которых расположен отражатель, установленный на объекте. Технический результат: упрощение устройства за счет сокращения числа элементов и их расположения, а также упрощение установки узла конструкции, связанного с объектом. 2 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона объекта.
Известно устройство для измерения углов электропроводящих деталей, содержащее корпус, измерительный рычаг с двумя электроконтактными наконечниками, установленный с возможностью поворота на оси в корпусе, базовый элемент, выполненный с возможностью поступательного перемещения в сторону рычага, измерительный преобразователь и блок управления [А.с. №1234719 A1, G01В 5/24, публ. 1986].
Недостатком этого устройства являются необходимость перемещать деталь для осуществления измерения и невозможность измерения угла деталей из неэлектропроводящих материалов, а также малых углов.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является интерферометр для измерения углов поворота объекта, содержащий последовательно расположенные лазер и светоделитель излучения на два потока с расположенным в каждом из них уголковым отражателем, каждый из которых предназначен для скрепления с объектом, и фоторегистрирующий блок [А.с. №1290061 A1, G01В 9/02, публ. 1987].
Недостатком описанного устройства является сложность конструкции, необходимость скрепления уголковых отражателей с объектом и их точной выверки.
Задача изобретения - упрощение устройства за счет сокращения числа элементов и их расположения, а также упрощение установки узла конструкции, связанного с объектом.
Поставленная задача достигается устройством для измерения угла наклона, содержащим последовательно расположенные лазер, светоделитель и фоторегистрирующий блок, в котором в отличие от прототипа на пути пучка, отраженного от преломляющей грани светоделителя, установлена отражающая пластина, изменяющая его направление таким образом, что он становится параллельным неотраженному пучку, а в качестве фоторегистрирующего блока используется неподвижный двухкоординатный фотоприемник с разнесенными на расстояние l отверстиями малого диаметра для прохождения указанных параллельных пучков, на пути которых на объекте установлен отражатель, при этом двугранный угол между плоскостью отражателя на объекте и плоскостью матрицы фотоприемника равен
где 
- модуль разности длин отрезков, соединяющих отверстие в фотоприемнике и след падения отраженного пучка на матрицу фотоприемника от соответствующих пучков,
- направляющий косинус угла наклона,
X1, Y1 и Х2, Y2 - координаты активированных ячеек от первого и второго пучка соответственно, размер прямоугольной матрицы фотоприемника 3l×2l, отверстия в фотоприемнике находятся на расстоянии l от трех ближайших сторон, начало координат совмещено с одним из углов матрицы фотоприемника, координатные оси Х и Y лежат в плоскости матрицы фотоприемника и направлены вдоль ее сторон, причем ось Х параллельна прямой, проходящей через центры отверстий в фотоприемнике и направлена от первого отверстия ко второму.
Предложенное расположение элементов конструкции, а также применение двухкоординатного фотоприемника позволяет сократить число элементов.
Использование в предлагаемом устройстве двухкоординатного фотоприемника позволяет снимать данные об отклонениях отраженных пучков по двум координатам.
Применение плоского отражателя, устанавливаемого на поверхность объекта при измерении, позволяет исключить операцию по точной установке и выверке этого элемента.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид расположения элементов описываемого устройства. На фиг.2 показана матрица фотоприемника с координатной сеткой и следы падения пучков на нее.
Устройство для определения угла наклона состоит из последовательно установленных лазера 1 и светоделительной призмы 2, отклоняющей отраженный пучок под прямым углом, на пути которого установлена отражающая пластина 3, изменяющая его направление таким образом, что он становится параллельным неотраженному пучку, прошедшему через светоделительную призму 2, а также двухкоординатного фотоприемника 4 с высоким разрешением, установленного перпендикулярно к направлению распространения указанных параллельных пучков и содержащего два отверстия малого диаметра для прохождения этих пучков, на пути которых расположен отражатель 5, установленный на объекте 6.
Устройство может быть использовано для измерения малых углов наклона, например для установки детали перпендикулярно оси шпинделя станка.
Устройство работает следующим образом. На измеряемый объект устанавливается отражатель 5, представляющий собой пластину с двумя плоскопараллельными гранями. С помощью лазера 1 создается тонкий пучок излучения, который, проходя через светоделительную призму 2, делится на два. Отраженный пучок попадает на отражающую пластину 3 и изменяет направление таким образом, что он становится параллельным неотраженному пучку, прошедшему через светоделительную призму 2. Параллельные пучки проходят через отверстия в двухкоординатном фотоприемнике 4 и попадают на отражатель 5, установленный на объекте 6. Отражаясь, они попадают на матрицу двухкоординатного фотоприемника 4, который измеряет координаты активированных ячеек: X1, Y1 - от первого пучка и Х2, Y2 - от второго пучка. По этим координатам определяется угол между плоскостью матрицы фотоприемника и плоскостью отражателя 5, установленного на объекте 6, а также направляющий косинус этого угла.
Далее приведены расчетные формулы для предлагаемого устройства со следующими размерными параметрами: расстояние между лазерными пучками l, размер прямоугольной матрицы фотоприемника: 3l×2l, отверстия в фотоприемнике находятся на расстоянии l от ближайших сторон и друг от друга.
Начало координат совмещено с одним из углов матрицы фотоприемника, координатные оси Х и Y лежат в плоскости матрицы фотоприемника и направлены вдоль ее сторон, причем ось Х параллельна прямой, проходящей через центры отверстий в фотоприемнике, и направлена от первого отверстия ко второму.
Угол наклона можно найти из следующих соотношений:
tg2α=l1/L1; tg2α=l2/L2; 
.
Таким образом, угол наклона определяется по формуле:
где - модуль разности длин отрезков, соединяющих отверстие в фотоприемнике и след падения отраженного пучка на матрицу фотоприемника от соответствующих пучков,
- направляющий косинус угла наклона.
Устройство для измерения угла наклона, содержащее последовательно расположенные лазер, светоделитель и фоторегистрирующий блок, отличающееся тем, что на пути пучка, отраженного от преломляющей грани светоделителя, установлена отражающая пластина, изменяющая его направление таким образом, что он становится параллельным неотраженному пучку, а в качестве фоторегистрирующего блока используется неподвижный двухкоординатный фотоприемник с разнесенными на расстояние l отверстиями малого диаметра для прохождения указанных параллельных пучков, на пути которых на объекте установлен отражатель, при этом двугранный угол между плоскостью отражателя на объекте и плоскостью матрицы фотоприемника равен
где 
- модуль разности длин отрезков, соединяющих отверстие в фотоприемнике и след падения отраженного пучка на матрицу фотоприемника от соответствующих пучков,
- направляющий косинус угла наклона;
X1, Y1 и Х2, Y2 - координаты активированных ячеек от первого и второго пучка соответственно, размер прямоугольной матрицы фотоприемника 3l×2l, отверстия в фотоприемнике находятся на расстоянии l от трех ближайших сторон, начало координат совмещено с одним из углов матрицы фотоприемника, координатные оси Х и Y лежат в плоскости матрицы фотоприемника и направлены вдоль ее сторон, причем ось Х параллельна прямой, проходящей через центры отверстий в фотоприемнике и направлена от первого отверстия ко второму.
