Трёхкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор

Автоколлиматор содержит отражающий элемент, установленный на объект контроля, фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий источник излучения, светоделительную пластину, объектив, матричный фотоприемник (МФП), на который проектируются три изображения установленной в фокальной плоскости объектива круглой диафрагмы, получаемые после отражения от отражающего элемента светового пучка, и блок управления с вычислительным устройством, входы которого связаны с выходами МФП. Отражающий элемент состоит из зеркала и прямоугольной призмы, ребро двугранного угла которой перпендикулярно нормали к отражающей поверхности зеркала. Световой пучок из автоколлиматора разделяется светоделительным кубиком на два пучка, направленные к зеркалу и к прямоугольной призме. Светоделительный кубик установлен на поплавке, сохраняющем положение нормали к светоделительной грани кубика в горизонтальной плоскости. Блок управления с вычислительным устройством с помощью шторок, установленных перед зеркалом и прямоугольной призмой, обеспечивает попеременное попадание отраженных от зеркала и прямоугольной призмы световых пучков в объектив. Технический результат - повышение коэффициента передачи по углу скручивания и обеспечение углового контроля положения объекта при его перемещении вдоль оптической оси автоколлиматора без перенастройки схемы контроля. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому и оптико-электронному приборостроению и может быть использовано для определения изменений пространственного углового положения крупногабаритных объектов относительно некоторой базы в различных отраслях промышленности. Кроме того, предлагаемое устройство найдет применение для измерения отклонений от прямолинейности перемещения частей станков, контрольно-измерительных машин и др.

Износ направляющих приводит к снижению точности обработки и точности измерений. Так, например, для станков нормальной точности предельный износ на длине 1000 мм составляет 0,1-0,2 мм (что соответствует 20-40 угловым секундам), а для прецизионного оборудования в несколько раз меньше.

Для решения задач, связанных с угловыми измерениями, широко используются двухкоординатные автоколлиматоры [1, 2 и 3].

Но эти системы позволяют контролировать положение объекта только относительно двух осей.

Для одновременного измерения углов поворота контролируемого объекта вокруг трех осей, как правило, применяются автоколлимационные фотоэлектрические системы, использующие тетраэдрические отражатели [4, 5].

Основным недостатком этих систем является сложность оптической системы и, как правило, низкий коэффициент передачи по каналу скручивания. Кроме того, эти системы не могут контролировать перемещающиеся объекты, т.к. требуют сложной перенастройки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является трехкоординатный цифровой автоколлиматор [6], требующий незначительной перенастройки.

Этот трехкоординатный цифровой автоколлиматор имеет в своем составе собственно автоколлиматор, содержащий источник излучения, светоделительную пластину, объектив и матричный фотоприемник (МФП), на который проектируется три изображения источника излучения, получаемые после отражения от установленного на объекте контроля тетраэдрического отражателя. С помощью вычислительного блока, входы которого связаны с выходами МФП, происходит программная обработка данных.

К недостаткам данного трехкоординатного цифрового автоколлиматора следует отнести:

- необходимость перенастройки плоского зеркала, установленного в передней главной плоскости объектива автоколлиматора, при изменении дистанций измерений;

- низкий коэффициент передачи по углу скручивания (0,23).

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение коэффициента передачи по углу скручивания и обеспечение возможности углового контроля положения объекта при его перемещении вдоль оптической оси автоколлиматора без перенастройки схемы контроля.

Для решения поставленной задачи предлагается трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор, который, как и прототип, содержит отражающий элемент, установленный на объект контроля, фотоэлектрический автоколлиматор, в состав которого входит источник излучения, светоделительная пластина, объектив, матричный фотоприемник, на который проектируются три изображения установленной в фокальной плоскости объектива круглой диафрагмы, получаемые после отражения от отражающего элемента светового пучка, выходящего из объектива фотоэлектрического автоколлиматора, и блок управления с вычислительным устройством, входы которого связаны с выходами МФП.

В отличие от прототипа, отражающий элемент состоит из зеркала и прямоугольной призмы, ребро двугранного угла которой перпендикулярно нормали к отражающей поверхности зеркала, а световой пучок, идущий из фотоэлектрического автоколлиматора разделяется светоделительным кубиком на два световых пучка, один из которых направлен к зеркалу, а второй к прямоугольной призме, при этом светоделительный кубик установлен на поплавке, сохраняющем положение нормали к светоделительной грани кубика в горизонтальной плоскости (в плоскости ХОУ) при любых наклонах объекта контроля, а блок управления с вычислительным устройством с помощью шторок, установленных перед зеркалом и прямоугольной призмой, обеспечивает попеременное попадание отраженных от зеркала и прямоугольной призмы световых пучков на объектив фотоэлектрического автоколлиматора.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в конструктивном решении отражающего элемента, что позволяет получить простую оптическую схему и, самое главное, одинаковый высокий коэффициент передачи утла поворота объекта контроля вокруг трех осей координат, равный двум.

Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет контролировать поведение объекта контроля при его перемещении вдоль оптической оси фотоэлектрического автоколлиматора (ось ОУ) без какой-либо перенастройки оптической схемы устройства.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков предлагаемого трехкоординатного фотоэлектрического автоколлиматора позволяет решить поставленную задачу.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 и фиг. 2 представлена общая оптическая схема устройства, а на фиг. 3 - разрез по А-А отражателя, устанавливаемого на объект контроля.

Трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор состоит из собственно фотоэлектрического автоколлиматора 1, блока управления с вычислительным устройством 2 и корпуса 3, жестко закрепленного на объекте контроля 4, с установленными на нем отражающими элементами.

В состав фотоэлектрического автоколлиматора 1 входят источник излучения 5, конденсор 6, диафрагма 7, представляющая собой круг диаметром 0,2-0,5 мм, полупрозрачная пластина 8, объектив 9 и МФП 10.

На корпусе 3 жестко закреплены кронштейн 11 с установленным на нем зеркалом 12 и кронштейн 13 с установленной на нем прямоугольной призмой 14.

При этом ребро 15 прямоугольной призмы 14 перпендикулярно нормали к зеркалу 12. Перед зеркалом 12 установлена поворачивающаяся шторка 16, а перед прямоугольной призмой 14 - поворачивающаяся шторка 17.

Кроме того, внутри корпуса 3 залита жидкость 18, и в ней расположен поплавок 19, на который установлен светоделительный кубик 20 таким образом, что нормаль к светоделительной грани 21 светоделительного кубика 20 расположена в горизонтальной плоскости (плоскости ХОУ).

При наклонах объекта контроля 4 вокруг осей ОХ и ОУ поплавок 19 будет сохранять свое положение в пространстве неизменным, и только при повороте объекта контроля 4 вокруг оси OZ поплавок 19 будет поворачиваться на тот же угол, что и объект контроля 4, благодаря наличию ограничителей 22.

Центр масс поплавка 19 находится внутри шара 23, что обеспечивает его высокую устойчивость.

Работа трехкоординатного фотоэлектрического автоколлиматора осуществляется следующим образом.

Источник излучения 5 с помощью конденсора 6 проектируется в плоскость диафрагмы 7, представляющей собой круг диаметром 0,2-0,5 мм.

Диафрагма 7 находится в фокальной плоскости объектива 9. С помощью полупрозрачной пластины 8 излучение направляется к объективу 9. После объектива 9 параллельный световой пучок направляется на светоделительный кубик 20. Часть светового пучка, пройдя светоделительный кубик 20 насквозь, направляется к зеркалу 12, а часть светового пучка, отраженная светоделительной гранью 21 светоделительного кубика 20, направляется на прямоугольную призму 14.

По команде с блока управления с вычислительным устройством 2 поочередно открываются шторки 16 и 17, установленные соответственно перед зеркалом 12 и перед прямоугольной призмой 14.

Отраженный от зеркала 12 световой пучок вновь проходит светоделительный кубик 20 и попадает в объектив 9 фотоэлектрического автоколлиматора 1. Пройдя полупрозрачную пластину 8, световой пучок фокусируется на матричном фотоприемнике (МФП) 10.

В блоке управления с вычислительным устройством 2 информация обрабатывается и определяются углы поворота зеркала 12 αох и αoz (а следовательно, и объекта контроля 4) вокруг осей ОХ и OZ соответственно.

где Δ1 - смещение от исходного положения изображения круглой диафрагмы 7 на МФП 10 вдоль оси Z1, а ƒоб - фокусное расстояние объектива 9.

где Δ2 - смещение от исходного положения изображения круглой диафрагмы 7 на МФП 10 вдоль оси Х1.

Необходимо отметить, что в исходном положении ребро 15 прямоугольной призмы 14 совпадает по направлению с осью OZ.

При повороте объекта контроля 4 вокруг осей ОХ и OZ оно благодаря наличия поплавка 19 остается перпендикулярным оси отраженного от светоделительной грани 21 светоделительного кубика 20 светового пучка, идущего из фотоэлектрического автоколлиматора 1. Поэтому только при наклоне ребра 15 прямоугольной призмы 14 вокруг оси ОУ (синхронно с объектом контроля 4), отраженный от нее световой пучок изменит свое направление.

При открытой шторке 17 и закрытой шторке 16 отраженный от прямоугольной призмы 14 световой пучок, отражаясь от светоделительной грани 21 светоделительного кубика 20, направляется в объектив 9 фотоэлектрического автоколлиматора 1 и затем фокусируется на МФП 10.

В блоке управления с вычислительным устройством 2 информация с МФП 10 обрабатывается и определяется угол поворота αоу прямоугольной призмы 14 (а следовательно, и объекта контроля 4) вокруг оси ОУ.

где Δ3 - смещение от исходного положения изображения круглой диафрагмы 7 на МФП 10 вдоль оси Z1.

Таким образом, предлагаемый трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор обеспечивает одинаковый коэффициент передачи по углу поворота вокруг трех осей ОХ, ОУ, OZ, равный двум.

Кроме того, он обеспечивает работу с перемещаемыми вдоль оптической оси фотоэлектрического автоколлиматора 1 объектами контроля 4 без какой-либо перенастройки.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2437058, МПК: G01В 9/00, 2011 г.

2. Патент РФ №2408840, МПК: G01В 11/26, 2011 г.

3. Патент РФ №2535526, МПК: G01В 9/00, 2014 г.

4. Коняхин И.А., Панков Э.Д. Трехкоординатные оптические и оптико-электронные угломеры. Справочник, М.: Недра, 1991 г., с. 211, 212, 213 (РФ).

5. США, патент №4721386, МПК: G01В 11/26, 1988 г.

6. Коняхин И.А., Тургалиева Т.В. Трехкоординатный цифровой автоколлиматор. Оптический журнал, 80, 12, 2013 г. (РФ) - прототип.

Трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий отражающий элемент, установленный на объект контроля, фотоэлектрический автоколлиматор, в состав которого входят источник излучения, светоделительная пластина, объектив, матричный фотоприемник (МФП), на который проектируются три изображения установленной в фокальной плоскости объектива круглой диафрагмы, получаемые после отражения от отражающего элемента светового пучка, выходящего из объектива фотоэлектрического автоколлиматора, и блок управления с вычислительным устройством, входы которого связаны с выходами МФП, отличающийся тем, что отражающий элемент состоит из зеркала и прямоугольной призмы, ребро двугранного угла которой перпендикулярно нормали к отражающей поверхности зеркала, а световой пучок, идущий из фотоэлектрического автоколлиматора, разделяется светоделительным кубиком на два световых пучка, один из которых направлен к зеркалу, а второй - к прямоугольной призме, при этом светоделительный кубик установлен на поплавке, сохраняющем положение нормали к светоделительной грани кубика в горизонтальной плоскости (в плоскости ХОУ) при любых наклонах объекта контроля, а блок управления с вычислительным устройством с помощью шторок, установленных перед зеркалом и прямоугольной призмой, обеспечивает попеременное попадание отраженных от зеркала и прямоугольной призмы световых пучков на объектив фотоэлектрического автоколлиматора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области светотехники и касается оптической системы для коллимации света. Оптическая система включает в себя тело и выемку, сформированную на первой стороне тела.

Изобретение может быть использовано для привязки и ориентации на местности при наведении теплового источника излучения на местности. Способ включает формирование первого и второго световых пучков с длинами волн λ1 и λ2 с помощью первого и второго коллиматоров, оптические оси которых образует угол 90°.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение яркости освещения с полным спектром видимого излучения.

Способ измерения перемещений изображения марки в цифровых автоколлиматорах включает в себя формирование изображения марки в виде линейчатого растра в плоскости многоэлементного приёмника излучения.

Двухканальный индикатор на лобовом стекле содержит индикатор с ЭЛТ, двухканальную коллиматорную головку, с установленной в ней механической визирной сеткой, расположенной на общей оптической оси с экраном ЭЛТ индикатора, полупрозрачный отражатель.

Нашлемная широкоугольная коллиматорная дисплейная оптическая система содержит проектор, включающий в себя жидкокристаллический дисплей, линзовую проекционную систему, состоящую из трех компонентов, двухзеркальный компонент и светоделительное коллимирующее вогнутое зеркало, соединяющее изображения от внешнего пространства и от жидкокристаллического дисплея.

Способ создания двухканальных информационных коллиматорных систем включает в себя размещение на оптической оси объектива и двух индикаторов, один из которых является индикатором просветного типа.

Использование: в области оптического приборостроения, в частности в оптических системах авиационных тренажеров, и также для улучшения их технических характеристик.

Комплекс предназначен для контроля и измерения параметров тепловизионных приборов. Комплекс содержит объектив, сменную миру, расположенную в фокальной плоскости объектива, фоновый излучатель, расположенный за мирой и снабженный исполнительным элементом, устройство управления, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя, процессор температурный, выход которого подключен к входу устройства управления, устройство измерения температуры миры, выход которого подключен к первому входу процессора температурного.

Изобретение относится к коллиматорам, которые могут быть использованы для освещения жидкокристаллических экранов. Коллиматор выполнен в виде клиновидного оптического волновода, который имеет первый конец, второй конец, противолежащий первому концу.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного определения положения вала электродвигателя. Абсолютный оптический однооборотный угловой энкодер содержит n оптопар, где n - разрядность энкодера, растровый диск с одной кодирующей дорожкой, состоящей из последовательно расположенных прозрачных и непрозрачных секторов, причем оптопары располагают с одинаковым шагом a, где a, равное 360/2n, - разрешающая способность энкодера, а кодирующую дорожку формируют в соответствии с двоичной последовательностью длиной m=2n, при этом каждой цифре последовательности соответствует угловой размер a, нулю ставится в соответствии непрозрачный сектор, единице прозрачный - или наоборот.

Изобретение относится к области измерительной техники. Датчик угла поворота, выполненный в виде фотоэлектрического автоколлиматора, содержит объектив, в фокальной плоскости которого установлен матричный приемник излучения, выходом подключенный к электронному блоку, светоделитель, расположенный перед матричным приемником излучения, осветитель с источником света, предназначенный для подсветки сигнальной маски с прозрачным штрихом, установленной перед светоделителем в фокальной плоскости объектива, и двойное зеркало, представляющее собой контролируемый объект - призму БР-180°, обращенную прозрачной входной гранью к объективу.

Группа изобретений относится к технической области контроля полых объектов. В способе измерения вертикальности на приводимом во вращение сосуде снимают по меньшей мере одно изображение сосуда таким образом, чтобы получить изображение левого края кольца, изображение правого края кольца, матричное изображение левого края (Img) пятки, плеча и/или основания горлышка, матричное изображение правого края (Imd) соответственно пятки, плеча и/или основания горлышка, анализируют: изображение левого края кольца и изображение правого края кольца, чтобы определить реальное положение кольца, матричное изображение левого и правого краев, чтобы определить левую точку позиционирования Tg и правую точку позиционирования Td, определяют на перпендикуляре к сегменту прямой, проходящей через левую и правую точки позиционирования, теоретическое положение кольца и выводят на основании изменений отклонения между реальным положением кольца и теоретическим положением кольца измерение вертикальности для сосуда.

Описано устройство для измерения угла гибки листа. Технический результат – повышение точности измерения.

Устройство для измерений мгновенных угловых перемещений качающейся платформы состоит из датчика измеряемого мгновенного плоского угла и неподвижного отсчетного устройства.

Приемное устройство для измерения положения лазерного луча линейной светочувствительной матрицей в плоскости матрицы, состоящее из линейной светочувствительной матрицы, ряда оптически прозрачных прилегающих к друг другу цилиндров, располагающихся параллельно указанной матрице, обеспечивающих разворот луча в линию, перпендикулярную матрице, длина цилиндров l не меньше высоты матрицы h (l≥h), а расстояние между ними r и светочувствительной матрицей зависит от радиуса R цилиндров r≤10⋅R.

Изобретение относится к области измерительной техники - метрологии - и может быть использовано при создании эталона единицы плоского угла нового поколения с улучшенными метрологическими показателями по сравнению с ныне действующими в РФ первичными эталонами.
Регулятор развала-схождения колес автомобиля состоит из поворотных подставок под колеса для свободного поворота и скольжения регулируемых колес, блокиратора руля автомобиля, колесных держателей, которые крепятся на регулируемые колеса и удерживают измерительный прибор и измерительную планку на соответствующем колесе.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способу измерения положения стойки композитной опоры линии электропередачи. Способ измерения положения стойки композитной опоры линии электропередачи включает измерение угла наклона стойки композитной опоры, проводится в двух ее сечениях для дальнейшей оценки расчетным способом пространственного положения стойки опоры в целом по формулам: , где y - деформация стойки, х - текущая координата сечения стойки, а А и В - коэффициенты, подлежащие определению по результатам двух измерений ;.Техническим результатом является повышение надежности электроснабжения потребителей.

Способ юстировки контрольного элемента линии визирования объектива, установленного в зоне экранирования светового пучка объектива, осуществляют с помощью зеркального коллиматора, содержащего вогнутое зеркало, плоское поворотное зеркало, установленное на его оптической оси под углом 45 градусов, и точечную диафрагму, установленную в фокусе коллиматора.

Система управления направлением движения транспортного средства включает в себя два отдельных устройства привязки; лазерное сканирующее устройство, выполненное с возможностью испускать сигналы лазерного луча и сканировать секторную область лазерным лучом, с тем чтобы измерять расстояние по прямой соединительной линии для соединения лазерного сканирующего устройства с любым из по меньшей мере двух отдельных устройств привязки и угол между соответствующей прямой соединительной линией и корпусом транспортного средства у транспортного средства или угол между прямыми соединительными линиями; процессор, выполненный с возможностью обрабатывать и сохранять данные и определять, является или нет ориентация корпуса транспортного средства в реальном времени отклоняющейся от начальной ориентации корпуса транспортного средства сразу после того, как система начинает работать, в соответствии с результатами, считанными лазерным сканирующим устройством. Упрощается управление направлением движения транспортного средства. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Автоколлиматор содержит отражающий элемент, установленный на объект контроля, фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий источник излучения, светоделительную пластину, объектив, матричный фотоприемник, на который проектируются три изображения установленной в фокальной плоскости объектива круглой диафрагмы, получаемые после отражения от отражающего элемента светового пучка, и блок управления с вычислительным устройством, входы которого связаны с выходами МФП. Отражающий элемент состоит из зеркала и прямоугольной призмы, ребро двугранного угла которой перпендикулярно нормали к отражающей поверхности зеркала. Световой пучок из автоколлиматора разделяется светоделительным кубиком на два пучка, направленные к зеркалу и к прямоугольной призме. Светоделительный кубик установлен на поплавке, сохраняющем положение нормали к светоделительной грани кубика в горизонтальной плоскости. Блок управления с вычислительным устройством с помощью шторок, установленных перед зеркалом и прямоугольной призмой, обеспечивает попеременное попадание отраженных от зеркала и прямоугольной призмы световых пучков в объектив. Технический результат - повышение коэффициента передачи по углу скручивания и обеспечение углового контроля положения объекта при его перемещении вдоль оптической оси автоколлиматора без перенастройки схемы контроля. 3 ил.

Наверх