Способ измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов и устройство для его осуществления



Способ измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов и устройство для его осуществления
Способ измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов и устройство для его осуществления
Способ измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов и устройство для его осуществления
Способ измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2523736:

Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения (ОАО "НПК "СПП") (RU)

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего поворотный столик, автоколлиматор, визирная ось которого перпендикулярна оси поворота столика, контролируемую правильную многогранную призму, ось которой соосна оси поворота столика. На неподвижном столике установлено первое угловое зеркало с углом между отражающими гранями, равным углу между смежными гранями призмы, первая грань которого перпендикулярна визирной оси автоколлиматора. Ребро, образованное отражающими гранями, параллельно оси вращения столика. Плоское съемное зеркало установлено в первом положении перпендикулярно визирной оси автоколлиматора. Устройство содержит три перископа и второе угловое зеркало с углом между гранями, равным половине рабочего центрального угла многогранной призмы. Первый перископ создает оптическую связь автоколлиматора с первыми гранями призмы и углового зеркала. Второй перископ, второе угловое зеркало и третий перископ расположены последовательно, создавая оптическую связь автоколлиматора со смежной гранью призмы и второй гранью первого углового зеркала. Плоское съемное зеркало во втором положении параллельно смежной грани призмы и второй грани первого углового зеркала и размещено между ними и третьим перископом. Технический результат - повышение надежности и точности измерений при использовании сравнительно простого устройства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного контроля двугранных углов зеркально-призменных элементов (ЗПЭ).

Известен способ измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов (ЗПЭ) и устройство для его осуществления (Электронный учебник по дисциплине «Прикладная оптика». Теоретические и физические основы устройства ОП. Автор: Митрофанов С.С. (СПбГУ ИТМО) гл.4, раздел 3, подраздел 4, п.4 «Гониометры», http://de.ifmo.ru/bk_netra.).

Способ заключается в том, что пучок параллельных лучей из автоколлиматора направляют на грань контролируемой правильной многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение грани, последовательно поворачивают призму вокруг своей оси на величину рабочего угла призмы, вновь направляют пучок параллельных лучей на последующую грань контролируемой многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение последующей грани, операцию повторяют для всех граней призмы и получают значения угловых положений автоколлимационных изображений марки от всех граней призмы.

Устройство для осуществления этого способа содержит поворотный столик с круговым отсчетным устройством, автоколлиматор, ось которого ориентирована перпендикулярно к оси поворота столика, основание, на котором они расположены, и контролируемую правильную многогранную призму, размещенную на поворотном столике, с возможностью поворота со столиком вместе так, что ее ось соосна с осью поворота столика, а одна из граней ориентирована перпендикулярно к оси автоколлиматора перед его входным окном.

Однако реализация этого способа требует дорогостоящего высокоточного гониометра или эталонной правильной многогранной призмы. При этом точность метода ограничивается в первую очередь точностью кругового отсчетного устройства (лимба, кругового датчика угла или точностью эталона).

Наиболее близким к заявляемому способу измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов и устройству для его осуществления являются способ и устройство для его осуществления (патент РФ №2431801, МПК G01B 11/26).

Способ заключается в том, что первую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на грань контролируемой правильной многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение этой грани, одновременно вторую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на первую грань углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки от этой грани определяют угловое положение грани, последовательно поворачивают призму вокруг своей оси на величину рабочего угла призмы, вновь направляют первую часть пучка параллельных лучей на последующую грань контролируемой многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение последующей грани, одновременно направляют вторую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора на первую грань углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки от этой грани определяют угловое положение этой грани, затем первую и вторую части пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на плоское съемное зеркало и по автоколлимационному изображению марок автоколлиматора определяют угловое положение плоского съемного зеркала.

Устройство для осуществления этого способа содержит поворотный столик, автоколлиматор, визирная ось которого ориентирована перпендикулярно к оси поворота столика, основание, на котором они расположены, и контролируемую правильную многогранную призму, размещенную на поворотном столике с возможностью поворота со столиком вместе так, что ее ось соосна с осью поворота столика, а одна из граней контролируемой многогранной призмы, размещенная перед входным окном автоколлиматора, ориентирована перпендикулярно к его визирной оси, неподвижный столик, размещенный на основании, и угловое зеркало с углом между отражающими гранями, равным углу между смежными гранями призмы, установленное на неподвижном столике, так что первая грань углового зеркала ориентирована перпендикулярно к визирной оси автоколлиматора, а ребро, образованное отражающими гранями, параллельно оси вращения столика, между автоколлиматором и контролируемыми гранями многогранной призмы и углового зеркала установлено плоское съемное зеркало, при этом плоское съемное зеркало ориентировано перпендикулярно к визирной оси автоколлиматора.

Недостатком известного способа и устройства является наличие большого количества операций для получения результата, что снижает надежность и точность получаемых результатов, требует высокой квалификации измерителей.

В связи с этим, задачей изобретения является создание способа измерения ЗПЭ с повышенной надежностью и точностью получаемых результатов и удешевлением оборудования для его реализации.

Технический результат - получение способа измерений двугранных углов ЗПЭ с повышенной надежностью и точностью при использовании сравнительно простого устройства.

Это достигается тем, что в способе измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов, при котором первую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на грань контролируемой правильной многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение этой грани, одновременно вторую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на первую грань первого углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки от этой грани определяют угловое положение грани, последовательно поворачивают призму вокруг своей оси на величину рабочего угла призмы, вновь направляют первую часть пучка параллельных лучей на последующую грань контролируемой многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение последующей грани, одновременно направляют вторую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора на первую грань первого углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки от этой грани определяют угловое положение этой грани, затем первую и вторую части пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на плоское съемное зеркало и по автоколлимационному изображению марок автоколлиматора определяют угловое положение плоского съемного зеркала, - вторую часть пучка параллельных лучей от автоколлиматора формируют после прохождения первой перископической системы, дополнительно формируют третью часть пучка параллельных лучей от автоколлиматора после прохождения второй перископической системы и направляют на второе угловое зеркало, после прохождения которого, одновременно, одну часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка направляют на смежную грань правильной многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют ее угловое положение, а вторую часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка направляют через третью перископическую систему на вторую грань первого углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки определяют ее угловое положение, измерения повторяют для каждой смежной грани многогранной призмы после каждого последовательного ее поворота вокруг своей оси на величину рабочего угла призмы, при этом после прохождения первой и второй частей пучка параллельных лучей из автоколлиматора на плоское съемное зеркало направляют первую и вторую части из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей на плоское съемное зеркало, причем вторую часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей направляют через третью перископическую систему, и по автоколлимационному изображению марок определяют угловое положение плоского съемного зеркала, а величину угла α между гранями первого углового зеркала вычисляют по формуле

α = 360 n + 1 n [ ( B i + 1 B i + 1 ' ) ( A i A i ' ) ] n [ ( B B ' ) ( A A ' ) ] , ( 1 )

где i=1, 2, …n - последовательные номера граней правильной многогранной призмы, причем при i=n вместо (i+1) следует записывать 1;

Ai - отсчет по автоколлиматору при наведении на i-ую грань правильной многогранной призмы при направлении на нее первой части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

A i ' - отсчет по автоколлиматору при наведении на первую грань первого углового зеркала при наличии отсчета Aj от i-й грани многогранной призмы, при направлении на нее второй части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

Bi+1 - отсчет по автоколлиматору при наведении на смежную, (i+1) грань, правильной многогранной призмы при направлении на нее первой части от прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

B i + 1 ' - отсчет по автоколлиматору при наведении на вторую грань первого углового зеркала (при наличии отсчета Bi+1 от (i+1) грани правильной многогранной призмы) при направлении на нее второй части от прошедшей второе угловое зеркало и третий перископ третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

А - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него первой части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

А' - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него второй части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

В - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него первой части от прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

В' - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него второй части от прошедшей второе угловое зеркало и третий перископ третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

величину угла αi между i и (i+1) гранями многогранной призмы вычисляют по формуле

Это достигается также тем, что в устройстве для измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов, для осуществления данного способа, содержащем поворотный столик, автоколлиматор, визирная ось которого ориентирована перпендикулярно к оси поворота столика, основание, на котором они расположены, и контролируемую правильную многогранную призму, размещенную на поворотном столике с возможностью поворота со столиком вместе так, что ее ось соосна с осью поворота столика, а одна из граней контролируемой многогранной призмы, размещенная перед входным окном автоколлиматора, ориентирована перпендикулярно к его визирной оси, неподвижный столик, размещенный на основании, и первое угловое зеркало с углом между отражающими гранями, равным углу между смежными гранями призмы, установленное на неподвижном столике, так что первая грань углового зеркала ориентирована перпендикулярно к визирной оси автоколлиматора, а ребро, образованное отражающими гранями, параллельно оси вращения столика, плоское съемное зеркало, установленное в первом положении между автоколлиматором и контролируемыми гранями многогранной призмы и первого углового зеркала, ориентированное перпендикулярно к визирной оси автоколлиматора, - оно дополнительно содержит три перископа, второе угловое зеркало с углом между гранями, равным половине рабочего центрального угла многогранной призмы и ребром, образованным пересечением отражающих граней, параллельным оси поворота столика, причем первый перископ установлен напротив автоколлиматора, создавая оптическую связь автоколлиматора с первой гранью многогранной призмы и первой гранью углового зеркала, а второй перископ, второе угловое зеркало и третий перископ расположены последовательно один за другим, создавая оптическую связь автоколлиматора со смежной гранью многогранной призмы и второй гранью первого углового зеркала, кроме того, плоское съемное зеркало во втором положении ориентировано параллельно смежной грани контролируемой многогранной призмы и второй грани первого углового зеркала и размещено между смежной гранью и второй гранью первого углового зеркала с одной стороны и третьим перископом с другой стороны.

Кроме того, в устройстве для измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов, для осуществления данного способа, каждая перископическая система выполнена в виде зеркальных ромбов с двумя концевыми отражателями, при этом в каждой перископической системе первый концевой отражатель выполнен как светоделитель.

Также устройство может быть дополнительно снабжено тремя двухклиновыми оптическими компенсаторами, два из которых установлены за первым и третьим перископами перед смежными контролируемыми гранями правильной многогранной призмы, а третий установлен между вторым перископом и вторым угловым зеркалом.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности.

Первую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на грань контролируемой правильной многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение этой грани. Одновременно формируют вторую часть пучка параллельных лучей от автоколлиматора после прохождения первой перископической системы, которую направляют на первую грань первого углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки от этой грани определяют угловое положение этой грани.

Одновременно также формируют третью часть пучка параллельных лучей от автоколлиматора после прохождения второй перископической системы, которую направляют на второе угловое зеркало, после прохождения которого, одновременно, одну часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка направляют на смежную грань правильной многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют ее угловое положение, а вторую часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка направляют через третью перископическую систему на вторую грань первого углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки определяют ее угловое положение. Измерения повторяют для каждой последующей и смежной граней многогранной призмы после каждого последовательного поворота многогранной призмы вокруг своей оси на величину рабочего угла призмы.

Затем, первую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на плоское съемное зеркало и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение плоского съемного зеркала. Одновременно формируют вторую часть пучка параллельных лучей от автоколлиматора после прохождения первой перископической системы, которую направляют также на плоское съемное зеркало и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение плоского съемного зеркала.

После выполнения этого формируют третью часть пучка параллельных лучей от автоколлиматора после прохождения второй перископической системы, которую направляют на второе угловое зеркало, после прохождения которого, одновременно, одну часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на плоское съемное зеркало и по автоколлимационному изображению марки определяют ее угловое положение, а вторую часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют через третью перископическую систему также на плоское съемное зеркало и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение плоского съемного зеркала.

Величину угла α между гранями первого углового зеркала вычисляют по формуле

α = 360 n + 1 n [ ( B i + 1 B i + 1 ' ) ( A i A i ' ) ] n [ ( B B ' ) ( A A ' ) ] , ( 1 )

где i=1, 2, …n - последовательные номера граней правильной многогранной призмы, причем при i=n вместо (i+1) следует записывать 1;

Ai - отсчет по автоколлиматору при наведении на i-ую грань правильной многогранной призмы при направлении на нее первой части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

A i ' - отсчет по автоколлиматору при наведении на первую грань первого углового зеркала при наличии отсчета Ai от i-й грани многогранной призмы, при направлении на нее второй части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

Bi+1 - отсчет по автоколлиматору при наведении на смежную, (i+1) грань, правильной многогранной призмы при направлении на нее первой части от прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

B'i+1 - отсчет по автоколлиматору при наведении на вторую грань первого углового зеркала (при наличии отсчета Bi+1 от (i+1) грани правильной многогранной призмы) при направлении на нее второй части от прошедшей второе угловое зеркало и третий перископ третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

А - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него первой части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

А' - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него второй части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

В - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него первой части от прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

В' - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него второй части от прошедшей второе угловое зеркало и третий перископ третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

величину угла αi между i и (i+1) гранями многогранной призмы вычисляют по формуле

Изобретение поясняется чертежом, где изображено устройство для измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов, для осуществления способа (фиг.1).

Устройство содержит поворотный столик 1, автоколлиматор 2, визирная ось которого ориентирована перпендикулярно к оси поворота столика, основание 3, на котором они расположены, и контролируемую правильную многогранную призму 4, размещенную на поворотном столике 1 с возможностью поворота со столиком вместе так, что ее ось соосна с осью поворота столика. Одна из граней a i контролируемой многогранной призмы, размещенная перед входным окном автоколлиматора 2, ориентирована перпендикулярно к его визирной оси. Устройство снабжено неподвижным столиком 5, размещенным на основании 3, и первым угловым зеркалом 6 с углом между отражающими гранями a' и b', равным углу между смежными гранями a i и bi+1 призмы, установленным на неподвижном столике 5 так, что первая грань a' первого углового зеркала 6 ориентирована перпендикулярно к визирной оси автоколлиматора 2, а ребро, образованное отражающими гранями a' и b', параллельно оси вращения столика. Устройство включает плоское съемное зеркало 7, установленное в первом положении между автоколлиматором 2 и контролируемыми гранями многогранной призмы a i и первого углового зеркала a', при этом плоское съемное зеркало 7 ориентированно перпендикулярно к визирной оси автоколлиматора. Устройство дополнено первым перископом 8 (например, из двух плоских зеркал 15 и 16), установленным между автоколлиматором 2 и плоским съемным зеркалом 7, связывающим оптически, без съемного плоского зеркала 7, контролируемую грань многогранной призмы a i и первую грань a' первого углового зеркала 6 с автоколлиматором 2. Устройство дополнено вторым перископом 9 (например, из двух плоских зеркал 15 и 17). Устройство также дополнено вторым угловым зеркалом 10 (зеркально-призменным элементом с двумя плоскими отражающими гранями 11, 12 и ребром, от пересечения граней 11 и 12, параллельным оси вращения столика 1) с углом между гранями 11 и 12, равным половине рабочего центрального угла многогранной призмы 4. Устройство дополнено третьим перископом 13 (из двух плоских зеркал 18 и 19). Плоское съемное зеркало во втором положении (для удобства отличия его во втором положении обозначим позицией 14) ориентировано параллельно смежной грани bi+t контролируемой многогранной призмы 4 и второй грани b' первого углового зеркала 6 и размещено между смежной гранью bi+1, второй гранью b' первого углового зеркала 6с одной стороны и третьим перископом 13 с другой стороны. Первый перископ 8, второй перископ 9, второе угловое зеркало 10 и третий перископ 13 связывают оптически, без плоского съемного зеркала 14, смежную грань bi+1 контролируемой многогранной призмы 4 и вторую грань b' первого углового зеркала 6 с автоколлиматором 2.

Каждая перископическая система может быть выполнена в виде зеркальных ромбов с двумя концевыми отражателями (первая перископическая система может быть выполнена в виде зеркального ромба 8 с двумя концевыми отражателями 15 и 16; вторая перископическая система может быть выполнена в виде зеркального ромба 9 с двумя концевыми отражателями 16 и 17; третья перископическая система может быть выполнена в виде зеркального ромба 13 с двумя концевыми отражателями 18 и 19), при этом в каждой перископической системе первый концевой отражатель (соответственно - 15, 16 и 18) может быть выполнен как светоделитель.

Однако при таком способе и устройстве автоколлимационные изображения марки в автоколлиматоре 2 от всех одновременно наблюдаемых граней αi, α' и bi+1, b' должны быть разведены, не должны накладываться друг на друга. Для исключения их наложения устройство может быть дополнено двухклиновыми оптическими компенсаторами: первым двухклиновым оптическим компенсатором 20, установленным перед контролируемой гранью αi многогранника, вторым двухклиновым оптическим компенсатором 21, установленным перед контролируемой смежной гранью bi+1 многогранника, и третьим двухклиновым оптическим компенсатором 22, установленным между вторым угловым зеркалом 10 и вторым перископом 9.

Устройство для измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов для осуществления способа работает следующим образом.

Первую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора 2 направляют на грань a i контролируемой правильной многогранной призмы 4 и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение этой грани, чему соответствует отсчет Ai. Одновременно, вторую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора 2 направляют на первую грань a' первого углового зеркала 6 и по автоколлимационному изображению марки от этой грани a' определяют угловое положение грани, чему соответствует отсчет A i ' в автоколлиматоре 2. При этом вторую часть пучка параллельных лучей от автоколлиматора формируют после прохождения первой перископической системы 8.

С помощью второй перископической системы 9 выделяют третью часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора 2 и направляют на второе угловое зеркало 10, после прохождения которого одну часть из третьей части пучка направляют на смежную грань bi+1 правильной многогранной призмы 4 и по автоколлимационному изображению марки определяют ее угловое положение, чему соответствует отсчет Bi+1. Одновременно другую часть из третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора 2 направляют через третью перископическую систему 13 на вторую грань b' первого углового зеркала 6 и по автоколлимационному изображению марки определяют ее угловое положение, чему соответствует отсчет B i + 1 ' .

Последовательно поворачивают многогранную призму 4 вокруг своей оси на величину ее рабочего угла α0 и повторяют все операции, проделанные с многогранной призмой, как до поворота, для всех последующих (i=1, 2, …n) граней призмы.

Т.е. после каждого последовательного поворота многогранной призмы 4 вокруг своей оси на величину рабочего угла α0 повторяют измерения по смежным граням a i и b(i+1) многогранной призмы, и первой грани a' и второй грани b' первого углового зеркала 6.

Затем первую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора 2 направляют на плоское съемное зеркало 7 в его первом положении и по автоколлимационному изображению марки автоколлиматора 2 определяют угловое положение плоского зеркала, чему соответствует отсчет A по автоколлиматору. Одновременно вторую часть пучка из автоколлиматора 2, сформированного перископом 8, направляют на плоское съемное зеркало 7 в его первом положении и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение плоского съемного зеркала, чему соответствует отсчет A' по автоколлиматору 2.

После чего, первую часть из третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора 2 направляют на плоское съемное зеркало во втором положении 14 и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение плоского съемного зеркала во втором положении 14, чему соответствует отсчет B. Одновременно вторую часть из третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют через третью перископическую систему 13 на плоское съемное зеркало во втором положении 14. По автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение плоского съемного зеркала, чему соответствует отсчет B'.

Величину угла α между гранями первого углового зеркала вычисляют по формуле

α = 360 n + 1 n [ ( B i + 1 B i + 1 ' ) ( A i A i ' ) ] n [ ( B B ' ) ( A A ' ) ] , ( 1 )

где i=1, 2, …n - последовательные номера граней правильной многогранной призмы, причем при i=n вместо (i+1) следует записывать 1;

Ai - отсчет по автоколлиматору при наведении на i-ую грань правильной многогранной призмы при направлении на нее первой части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

A i ' - отсчет по автоколлиматору при наведении на первую грань первого углового зеркала при наличии отсчета Ai от i-й грани многогранной призмы, при направлении на нее второй части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

Bi+1 - отсчет по автоколлиматору при наведении на смежную, (i+1) грань, правильной многогранной призмы при направлении на нее первой части от прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

B i + 1 ' - отсчет по автоколлиматору при наведении на вторую грань первого углового зеркала (при наличии отсчета Bi+1 от (i+1) грани правильной многогранной призмы) при направлении на нее второй части от прошедшей второе угловое зеркало и третий перископ третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

A - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него первой части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

A' - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него второй части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

B - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него первой части от прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

B' - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него второй части от прошедшей второе угловое зеркало и третий перископ третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;

величину угла αi между i и (i+1) гранями многогранной призмы вычисляют по формуле

α i = 360 n + 1 n [ ( B i + 1 B i + 1 ' ) ( A i A i ' ) ] n [ ( B i + 1 B i + 1 ' ) ( A i A i ' ) ] . ( 2 )

Предлагаемый способ и устройство являются более эффективными по сравнению с известными. Предлагаемый способ и устройство, при упрощении конструкции (работа с одним автоколлиматором) и улучшения условий проведения измерений (уменьшения количества промежуточных операций), позволяют повышать надежность и точность определений погрешностей изготовления зеркально-призменных элементов.

Благодаря введенным в устройство перископическим системам и второму угловому зеркалу и оптическим клиновым компенсаторам возможно одновременное измерение одним автоколлиматором углового положения двух смежных граней призмы a i и bi+1 двух граней первого углового зеркала a' и b' (относительно которых выполняются измерения углового положения граней призмы). Одновременность выполняемых измерений и получаемых отсчетов позволяет повысить надежность и точность относительных измерений.

Для разведения изображений марки, получаемой от разных граней, и исключения их наложения, используются двухклиновые оптические компенсаторы. При этом возможная нестабильность перископических систем и второго углового зеркала не влияют на точность измерений, т.к. перископические системы, эквивалентные по своему оптическому действию зеркальному ромбу, не меняют направлений проходящих через них лучей, а второе угловое зеркало всегда поворачивает пучок лучей в измерительной плоскости на один и тот же угол.

Систематические отклонения лучей, вызываемые перископическими системами и двухклиновыми компенсаторами, исключаются из измерений за счет применения одного и того же плоского съемного зеркала. Измерения по одному и тому же плоскому съемному зеркалу отличаются большей надежностью и точностью получаемых результатов благодаря еще и одновременности получаемых измерений как в первом положении, так и во втором положении.

1. Способ измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов, при котором первую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на грань контролируемой правильной многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение этой грани, одновременно вторую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на первую грань первого углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки от этой грани определяют угловое положение грани, последовательно поворачивают призму вокруг своей оси на величину рабочего угла призмы, вновь направляют первую часть пучка параллельных лучей на последующую грань контролируемой многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют угловое положение последующей грани, одновременно направляют вторую часть пучка параллельных лучей из автоколлиматора на первую грань первого углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки от этой грани определяют угловое положение этой грани, затем первую и вторую части пучка параллельных лучей из автоколлиматора направляют на плоское съемное зеркало и по автоколлимационному изображению марок автоколлиматора определяют угловое положение плоского съемного зеркала, отличающийся тем, что вторую часть пучка параллельных лучей от автоколлиматора формируют после прохождения первой перископической системы, дополнительно формируют третью часть пучка параллельных лучей от автоколлиматора после прохождения второй перископической системы и направляют на второе угловое зеркало, после прохождения которого, одновременно, одну часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка направляют на смежную грань правильной многогранной призмы и по автоколлимационному изображению марки определяют ее угловое положение, а вторую часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка направляют через третью перископическую систему на вторую грань первого углового зеркала и по автоколлимационному изображению марки определяют ее угловое положение, измерения повторяют для каждой смежной грани многогранной призмы после каждого последовательного ее поворота вокруг своей оси на величину рабочего угла призмы, при этом после прохождения первой и второй частей пучка параллельных лучей из автоколлиматора на плоское съемное зеркало направляют первую и вторую части из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей на плоское съемное зеркало, причем вторую часть из прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей направляют через третью перископическую систему, и по автоколлимационному изображению марок определяют угловое положение плоского съемного зеркала, а величину угла α между гранями первого углового зеркала вычисляют по формуле
α = 360 n + 1 n [ ( B i + 1 B i + 1 ' ) ( A i A i ' ) ] n [ ( B B ' ) ( A A ' ) ] , ( 1 )
где i=1, 2, …n - последовательные номера граней правильной многогранной призмы, причем при i=n вместо (i+1) следует записывать 1;
Ai - отсчет по автоколлиматору при наведении на i-ую грань правильной многогранной призмы при направлении на нее первой части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;
A i ' - отсчет по автоколлиматору при наведении на первую грань первого углового зеркала при наличии отсчета Ai от i-й грани многогранной призмы, при направлении на нее второй части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;
Bi+1 - отсчет по автоколлиматору при наведении на смежную, (i+1) грань, правильной многогранной призмы при направлении на нее первой части от прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;
B'i+1 - отсчет по автоколлиматору при наведении на вторую грань первого углового зеркала (при наличии отсчета Bi+1 от (i+1) грани правильной многогранной призмы) при направлении на нее второй части от прошедшей второе угловое зеркало и третий перископ третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;
А - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него первой части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;
А' - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него второй части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;
В - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него первой части от прошедшей второе угловое зеркало третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;
В' - отсчет по автоколлиматору при наведении на плоское съемное зеркало при направлении на него второй части от прошедшей второе угловое зеркало и третий перископ третьей части пучка параллельных лучей из автоколлиматора;
величину угла αi между i и (i+1) гранями многогранной призмы вычисляют по формуле

2. Устройство для измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов для осуществления способа по п.1, содержащее поворотный столик, автоколлиматор, визирная ось которого ориентирована перпендикулярно к оси поворота столика, основание, на котором они расположены, и контролируемую правильную многогранную призму, размещенную на поворотном столике с возможностью поворота со столиком вместе так, что ее ось соосна с осью поворота столика, а одна из граней контролируемой многогранной призмы, размещенная перед входным окном автоколлиматора, ориентирована перпендикулярно к его визирной оси, неподвижный столик, размещенный на основании, и первое угловое зеркало с углом между отражающими гранями, равным углу между смежными гранями призмы, установленное на неподвижном столике, так что первая грань углового зеркала ориентирована перпендикулярно к визирной оси автоколлиматора, а ребро, образованное отражающими гранями, параллельно оси вращения столика, плоское съемное зеркало, установленное в первом положении между автоколлиматором и контролируемыми гранями многогранной призмы и первого углового зеркала, ориентированное перпендикулярно к визирной оси автоколлиматора, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит три перископа, второе угловое зеркало с углом между гранями, равным половине рабочего центрального угла многогранной призмы и ребром, образованным пересечением отражающих граней, параллельным оси поворота столика, причем первый перископ установлен напротив автоколлиматора, создавая оптическую связь автоколлиматора с первой гранью многогранной призмы и первой гранью углового зеркала, а второй перископ, второе угловое зеркало и третий перископ расположены последовательно один за другим, создавая оптическую связь автоколлиматора со смежной гранью многогранной призмы и второй гранью первого углового зеркала, кроме того, плоское съемное зеркало во втором положении ориентировано параллельно смежной грани контролируемой многогранной призмы и второй грани первого углового зеркала и размещено между смежной гранью и второй гранью первого углового зеркала с одной стороны и третьим перископом с другой стороны.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждая перископическая система выполнена в виде зеркальных ромбов с двумя концевыми отражателями, при этом в каждой перископической системе первый концевой отражатель выполнен как светоделитель.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено тремя двухклиновыми оптическими компенсаторами, два из которых установлены за первым и третьим перископами перед смежными контролируемыми гранями правильной многогранной призмы, а третий установлен между вторым перископом и вторым угловым зеркалом.



 

Похожие патенты:

Способ включает фиксацию на передней поверхности зуба фрезы 2 в ее торцовом сечении на расстоянии L от торца фрезы 2 прямолинейной упругой полоски, обеспечивающей продление поверхности переднего угла для его визуального восприятия.

Способ включает фиксацию на передней поверхности зуба инструмента 1 в его торцовом сечении на расстоянии L от вершины зуба инструмента 1 прямолинейной упругой полоски 3, обеспечивающей продление поверхности переднего угла для его визуального восприятия.

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся дистанционными оптическими средствами измерений, и может быть использовано при решении задач, требующих одновременного определения двух линейных и двух угловых координат объекта при постоянной дистанции до объекта. Предложено одноканальное двухкоординатное устройство измерения угловых и линейных координат объекта, работающее в большом диапазоне дистанций с высокой точностью и изменяемым диапазоном измерений. Такой технический результат достигнут нами, когда в устройстве измерения линейных и угловых координат объекта, содержащем осветитель, объектив с матричным фотоприемником, связанным с устройством обработки информации и установленным в плоскости, сопряженной с объектом, и измерительную марку, установленную на объекте, новым является то, что измерительная марка снабжена осветителем, включающим расположенные по ходу луча источник света, конденсор и рассеиватель, и двумя визирными элементами, образующими кольцевую и точечную структуры и разнесенными по оптической оси, за второй структурой по ходу луча установлен компенсатор оптического хода, при этом объектив выполнен с переменным фокусным расстоянием. 5 ил. .
Способ юстировки осуществляют путем разворота отражающих плоскостей полого трехгранного уголкового отражателя с боковым переносом для достижения угла между каждой парой из трех граней девяноста градусов.

Устройство содержит призменную систему, включающую первую пару пентапризм, содержащую первую и вторую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р, оптический клин, склеенный с первой отражающей гранью первой пентапризмы и выполненный так, что его выходная грань параллельна входной грани первой пентапризмы, причем поверхность склейки имеет светоделительное покрытие, вторую пару пентапризм, содержащую третью и четвертую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р'.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля и юстировки различных оптических деталей, сборок и приборов. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения углов поворота объекта оптико-электронным способом. .

Изобретение относится к оптико-электронным системам и может быть использовано в углоизмерительных приборах ориентации космических аппаратов. .

Изобретение относится к области оптоэлектроники, преобразовательной техники, а именно к полупроводниковым фотоэлектрическим преобразователям углов. .

Изобретение относится к оптико-электронным системам и может быть использовано в углоизмерительных приборах, предпочтительно в звездных приборах ориентации космических аппаратов.

Изобретение относится к области геодезии, в частности к высокоточным измерениям для определения критических деформаций. Предложен способ высокоточных измерений инженерных объектов сканирующими лазерными системами (ЛИС) с применением программного обеспечения управления и обработки результатов по двум координатам в реальном масштабе времени и устройство для его осуществления. Сканирующий лазерный пучок задает опорное направление в реальном масштабе времени, используя математический аппарат, наиболее адаптированный к геодезическим измерениям и позволяющий производить одновременные равноточные измерения в нескольких точках исследуемого объекта, расположенных в створе. Технический результат - сокращение временных интервалов измерений, производимых в процессе длительного и непрерывного геодезического мониторинга, обеспечивая точность измерений на протяженных трассах и их отрезках. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ включает использование двух автоколлимационных теодолитов и многогранной зеркальной призмы, которую устанавливают в горизонтальной плоскости, совмещая ее центр с вертикальной осью вращения. Теодолиты наводят на грани многогранной призмы так, чтобы их визирные оси были на одном уровне с многогранной призмой и образовывали между собой угол 90°. При каждой j-ой установке, где j=1,2,…, n - количество граней призмы, вертикальной оси измеряют углы наклона соответствующих граней призмы при прямом и обратном направлении вращения оси. Значение углов считывают по вертикальному кругу теодолита при совмещении сетки теодолита с ее автоколлимационным изображением. Значения координат V1j, V2j вектора возмущений вертикальной оси рассчитывают по формуле: , а значения координат B1j, B2j вектора биений - по формуле: B1,j=xjпр -xjобр, B2,j=yjпр -yjобр, где: xj - значение угла наклона j-ой грани, соответствующей первому теодолиту, и измеренное им при прямом и обратном направлении вращения оси; yj - значение угла наклона j-ой грани, соответствующей второму теодолиту, и измеренное им при прямом и обратном направлении вращения оси. Технический результат - упрощение и уменьшение времени, необходимого на расчет возмущений и биений вертикальных осей. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для выверки и, в частности, к устройствам, которые могут быть использованы для выверки буровых установок с обеспечением правильного азимута бурения. Устройство для лазерной выверки, предназначенное для использования с буровой установкой, имеющей удлиненную буровую штангу, и содержащее блок головки, содержащий по меньшей мере пару лазерных излучающих устройств, расположенных на нем независимо друг от друга, причем каждое из лазерных устройств выполнено с возможностью перемещения только в одной плоскости и ориентировано по существу в противоположных направлениях относительно друг друга для задания плоскости выверки, крепежные средства для прикрепления блока головки к буровой установке и блок регулируемой длины для регулирования разделяющего расстояния между блоком головки и буровой штангой. Устройство для лазерной выверки выполнено с возможностью использования для выверки по меньшей мере азимута буровой штанги относительно маркшейдерских знаков с использованием плоскости выверки. 4 н. и 21 з. п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к неразрушающим способам измерения угла, крутки нити. В способе производят анализ угловой диаграммы распределения светового потока в дифракционной картине, наблюдаемой от исследуемого материала при освещении поверхности нити параллельным пучком монохроматического когерентного света с круговым сечением, причем о величине искомого угла крутки судят по углу, измеренному между направлением на максимум в угловой диаграмме светового потока в дифракционной картине, и перпендикуляром к нити, проведенном в плоскости картины из ее центра. Причем исследуют компьютерное микроизображение исследуемой нити, дифракционную картину от которого для такого освещения рассчитывают с помощью быстрого двумерного Фурье-преобразования, а об угловой диаграмме распределения светового потока в дифракционной картине судят по диаграмме углового распределения средней суммарной интенсивности засветки пикселей которую рассчитывают в кольце, задаваемом радиусами R1 и R2 относительно центра дифракционной картины в полярной системе координат для каждого значения угла φ в диапазоне значений 0-2π; по формуле где ΔS - площадь сектора кольца, ограниченного углом Δφ; в числителе стоит сумма интенсивностей пикселей изображения ip, попавших в выделенный сектор ΔS; N - число пикселей в ΔS. Технический результат - повышение точности измерения за счет уменьшения погрешности измерения, при одновременном упрощении процесса измерения. 4 ил.

Устройство предназначено для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий и передачи направления на расстояниях до 100 метров и более. Устройство содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, и измерительный блок с позиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к вычислительному блоку. Лазер и оптическая система, создающая стабильное базовое направление, расположены на каретке, которая имеет возможность перемещения по направляющим в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для исключения влияния ошибок направляющих на точность перемещения каретки в интересах передачи и сохранности стабильного базового направления на каретке дополнительно установлены уровень и прямоугольный отражатель, ребро прямого угла которого параллельно базовому направлению и который оптически связан с автоколлимационной лазерной трубкой. Вследствие этого нет необходимости изготовления точных направляющих. На подвижной каретке также устанавливают светоделитель для контроля расположения объектов с плоскими поверхностями. Заявленные в предлагаемом устройстве отличительные признаки позволяют осуществлять контроль и установку поверхностей сложной конфигурации, объектов больших размеров, расположенных на больших расстояниях, определять взаимный разворот разнесенных в пространстве объектов, осуществлять параллельный перенос и передачу на расстояние базового направления. При этом решаются технологические и метрологические задачи, которые ранее либо совсем не решались, либо выполнялись с недостаточной точностью. Например, появляется возможность осуществлять контроль и установку таких объектов, как зеркала Имитатора Солнечного Излучения, многоэлементные зеркала телескопов большого диаметра, составленные из отдельных зеркальных сегментов, осуществлять контроль соосности отверстий атомного реактора в труднодоступных местах в шахте глубиной более 13 метров. Технический эффект - простыми средствами и с высокой точностью (1 мкм/м) появляется возможность осуществлять передачу в пространстве по трем координатам стабильного базового направления, созданного кольцевой структурой лазерного луча. 3 ил.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах (ОЭП) ориентации по звездам, содержащих матричный фотоприемник с накоплением заряда. Решение заключается в проецировании на фоточувствительную площадку фотоприемника через объектив изображения участка звездного неба в трех или более спектральных диапазонах и калибрационных меток с изменяемым временем экспозиции, выделении изображений звездных объектов во всех спектральных диапазонах и формировании мультиспектрального изображения звездных объектов путем выбора по каждому звездному объекту изображения того спектрального диапазона, средняя величина амплитуды в котором оказывается наибольшей, измерении линейных координат центров изображений звезд и калибрационных отметок и пересчете линейных координат центров изображений звезд в угловые координаты звезд в базовой приборной системе координат с учетом результатов измерений линейных координат центров изображений калибрационных отметок. Технический результат - увеличение точности измерения угловых координат звезд за счет повышения отношения сигнал/шум путем обработки изображений звезд в раздельных спектральных диапазонах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Автоколлиматор может использоваться для измерения углов поворота относительно двух осей, ортогональных оптической оси объектива автоколлиматора, с использованием одной ПЗС-линейки. Автоколлиматор включает оптическую систему формирования автоколлимационного изображения марки из источника излучения, размещенных последовательно конденсора, марки, светоделителя и объектива, фотоприемное устройство в виде ПЗС-линейки с системой управления, включающей синхрогенератор, и системой обработки видеосигналов из фильтра нижних частот, формирователя видеоимпульсов и формирователя фронтов видеоимпульсов, и блок обработки информации. Марка и фотоприемное устройство установлены в фокальных плоскостях объектива. Введены последовательно соединенные селектор, пиковый детектор, сустрактор и усилитель мощности. Вход селектора подсоединен к выходу фильтра нижних частот, а выход усилителя мощности подключен к источнику излучения. Марка выполнена в виде набора непрерывных штрихов, образующих три горизонтальные зоны, средняя из которых выполнена из по крайней мере одного вертикального штриха и по крайней мере одного наклонного бокового штриха. Высота штрихов равна высоте зоны, горизонтальные сечения марки в разных зонах различаются количеством сечений штрихов или их взаимным расположением. Технический результат - повышение точности, компактности и надежности. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения углов в машиностроении, а также к приборам навигации космических аппаратов. Способ повышения разрешающей способности измерения угловых координат светящегося ориентира по величинам сигналов и порядковым номерам фоточувствительных элементов, расположенных симметрично с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, заключается в увеличении скорости изменения сигнала по углу указанных фоточувствительных элементов. Многоэлементный приемник оптического излучения состоит не менее чем из трех фоточувствительных элементов, расположенных симметрично с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, причем фоточувствительные элементы имеют устройства, повышающие скорость изменения их сигнала по углу. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения разрешающей способности измерения угловой координаты светящегося ориентира. 3 н.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в геодезии, строительстве, горном деле. Устройство содержит закрепленные на оси фланец и лимб, два отсчетных канала, устройство цифровой обработки и усреднения данных отсчетных каналов, цифровой индикатор. Отсчетные каналы содержат соответственно светодиоды, конденсоры, нониусы, фотоприемники и интерполяторы. На лимбе выполнены круговая прозрачная зона, круговая измерительная шкала и шкала нулевой метки. На нониусах выполнены прозрачные зоны и шкалы. При вращении лимба фотоприемники формируют сигналы SIN(α×N) и COS(α×N), где α - текущий угол поворота лимба; N - общее количество штрихов измерительной шкалы лимба. Интерполяторы формируют две последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутые относительно друг друга на четверть их периода в ту или другую сторону. Устройство цифровой обработки и усреднения усредняет данные отсчетных каналов, результат отображается на цифровом индикаторе. Технический результат - повышение точности и повторяемости результатов измерений, повышение удобства работы, уменьшение времени на проведение измерений, возможность автоматического измерения разности углов наклона двух плоскостей. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к оптическим устройствам для измерения малых угловых перемещений объекта. Дифракционный способ измерения угловых перемещений состоит в том, что объект с установленным на нем отражателем освещают излучением лазера и направляют излучение через щель, формируя за ней дифракционную картину Фраунгофера. Выделяя из этой картины второй щелью или дифракционной решеткой фрагмент, содержащий линии инверсии фазы разных порядков, получают интерференционные полосы, по которым определяют угловое положение объекта. Устройство для контроля угловых перемещений, реализующее предлагаемый способ, содержит оптически связанные и последовательно размещенные лазерный источник, устройство формирования пучка, вспомогательное зеркало, светоделитель, установленный на объекте измерения отражатель, две щели, развернутые на угол α относительно друг друга, и фотоприемник. При этом вторая щель выделяет фрагмент дифракционной картины с линиями инверсии фазы разных порядков. Технический результат - увеличение точности и диапазона угловых измерений, а также упрощение конструкции и юстировки устройства, их реализующего. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх