Автоколлиматор

 

(i(1 670804

Оп ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союэ СОБетских

Социалистических

Республик

j (б1) Дополнительное и авт. свпд-ву 527590 (22) Заявлено 05.04.76 (21) 2344795/18-28 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.06.79. Бюллетень ¹ 24 (45) Дата опубликования описания 30.06.79 (51) М. К, G 01В 11/26

Государстееннык комитет (53) УДК 53.085.3 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Л. Л. Зейгман и Ю. Н. Кокин (71) Заявитель (54) АВТОКОЛЛИМАТОР

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения угловых или линейных псрсмсщепий по нескольким координатам при определении взаимного расположения поверхностей деталей и прп проведении метрологических работ.

По авт. св. № 527590 извсстсн автоколлиматор, содержащий оптическую часть, на входе которой установлена электронно-луче,àÿ трубка, выполняющая функции осветителя и снабженная схемой круговой развертки.

Экран трубки расположен в фокальной плоскости объектива оптической системы, а пара отклоняющих пластин связана с выходом схемы круговой развертки и с соотвстствующими фазочувствитсльнымп детекторами, включснными в два идентичных канала преобразования перемещений по осям Х и У, лежащим в плоскости, перпендикулярно к оптической оси устройства. Вторая пара отклоняющих пластин трубки связана с выходами обоих каналов. На выходе оптической системы установлен анализатор с круглым отверстием и фотопрпемник.

При работе устройства в плоскости анализатора образуется изображение окружности, создаваемой на экране электроннолучевой трубки с помощью системы круговой развертки.

Положение этой окружности зависит от величины линейного или углового перемещения объекта. О величине углового персмещения объекта плп о величине его линейного перемещения по осям Х и У в плоскости, перпендикулярной к оптической оси устройства, судят по величинам напряже1ð ний, формируемых на выходе каналов х и у н подаваемых на отклоняющие пластины трубки. Под действием этих напряжений происходит смещение окружности по экрану трубки до тех пор, пока центр ее изображения не совместится с центром отверстия анализатора.

Недостатком известного автоколлиматора является наличие погрешности измерения, обусловленной изменением линейного увеличения оптической системы за счет изменения ее положения, а также изменением чувствительности электронно-лучевой трубки из-за нестабильности ее источника питания.

Кроме того, автоколлиматор не позволяо5 ет производить измерение линейных перемещений в направлении, совпадающем с оптической осью устройства.

С целью уменьшения погрешности измерения и расширения функциональных воз670804 можностей, предлагаемый автоколлиматор снабжен каналом преобразования линейных перемещений вдоль совпадающей с оптической осью усгройстыа оси z декартовой системы координат, который выполнен в виде последовательно соединенных фазочуыствительного детектора и усилителя и подключен между выходом фазочувствитсльного детектора одного из каналов преобразования перемещений в плоскости, перпендикулярной к опп1чсской оси, например и ускоряющим анодом электронно-лучевой трубки, генератором калиброванного напр»жения и сумматором, выход генератора фазо l) BC i BBтельного детектора канала z и к одному из входов сумматора, друсгой вход которого связан с выходом усилителя канала у, а выход — с отклоняющей пластиной труоки, анализатор снабжен вторым отверстием, смещенным относительно первого вдоль оси У.

В таком выполнении ав 1 околлllма 1 ор позволяет измерить линейные перемеще1щя ио третьей координатной оси Z, совпадающей с оптической осью устройства, а также уменьшить погрешность преобразования перемещений в плоскости, перпендикулярной к оптической оси, ". е. по осям Х и Y.

На фиг. 1 представлена блок-схема аьтоколлиматора; на фиг. 2 — эпюры на ...яжений при перемещениях объекта по различНЫМ КООРДИНЗТНЫМ OCSIM.

Автоколлиматор содержит оптическую систему 1, связанн1ю с измеряемым об.ьектом. На входе оптической системы установлена электронно-лучевая Tp) бка 2, а на выходе — анализатор 3 с дв, мя круглыми отверстиями, которые разнесены на ollpcpcленное расстояние вдоль, например, осн 1 .

Позади анализатора р азмещеп протон ) IIемник 4. Зкран трубки 2 и анализа" îð 3 расположены OTBOCHTe lBIIO on i ической стемы так, что ы плоскосги анализатора создается изооражение экpaila. K выходу фотоприемника 4 присоединены два иде1;тичных капала преобразования перемещений пo координатам У и Х, каждый из которых содержит последовательно соединc,iныс фазочувствитсльные детекторы 5 и 6 и усилители 7 и 8. Одна пара отклоняioBIIIx пластин 9 и 10 трубки соединена с coo„"ыстствующими входами фазочувстыительных детекторов 5 и 6 и через схему кругоыой развертки 11 — с генератором 12 развертки. Другая пара отклоняющих пластин 13 и

14 трубки связана с выходами кана IQB х и у, причем первая из пластин 13 связана непосредственно, а вторая 14 — через сумматор 15.

Канал преобразования линейных перемещений вдоль совпадающей с оптической осью устройства оси Z декартовой системы координат выполнен идентично первым двум каналам в виде последовательно сое5

-15

4 диненных фазочувствительного детектора 16 и усилителя 17. Этот канал подключен между выходом фазочувствительного детектора 5 канала у и ускоряющим анодом 18 трубки. В качестве опорного генератора фазочувствительного детектора 16 используется генератор 19 прямоугольного калиброванного напряжения, имеющий частоту F.

Выход этого генератора подсоединен также к второму выходу сумматора 15.

Работает автоколлиматор следующим образом.

Схема круговой развертки 11 создает два синусоидальных напряжения, смещенных одно относительно другого по фазе на угол л/2. При подаче этих напряжений на отклоняющие пластины 9 и 10 электронно-лучевой трубки 2 световое пятно на экране трубки начинает двигаться по окружности с частотой, равной частоте f генератора 12 развертки. Напряжение UIg на выходе этого генератора показано на фиг. 2а. Вследствие того что экран электронно-лучевой трубки 2 и анализатор 3 расположены по отношени1о к оптической системе 1 так, что в плоскости анализатора создается изображение экрана, светящаяся окружность проецируется в плоскость анализатора 3, Одноврсменно светящаяся окружность поочередно занимает два положения, отстоящие одно от др1гого на расстоянии LI с частотой F, соответствующей частоте генератора

19. Напряжение, которос перебрасывает светящуюся окружность, прикладывается к отклопяощсй пластине 14 черсз сумматор

15. Напряжение на выходе генератора 19 показано на фиг. 2о.

Если центры двух изображений окружностей поочередно совпадают с центрами отверстий анализатора, т. е. Лх = О, Лу =- 0 и Лы =- О, то на выходе фотоприемника отсутствует составляющая сигнала с частотой;" генератора 12.

Перемещение оптической системы 1 вдоль координат х и у приводит к смещению центров изображения окружности относительно центров анализатора 3. При наличии такого перемещения вдоль оси Х (см. фиг. Зы) или вдоль оси У (см. фиг. Зг) в сигнале фотоприемника появляется составляющая с частотой j генератора 12, причем ес фаза зависит от направления смещения центров изображений окружности, а амплитуда — от величины этого смещения.

Сигнал с фотоприемника подается на фазочуыствительные детекторы 5 и 6. Поскольку опорными напряжениями этих детекторов являются напряжения, сдвинутые по фазе на n/2, подаваемые с выхода схемы круговой развертки 11, то они преобразуют входные сигналы в постоянные напряжения, пропорциональные величине смещения центров изображений относительно центров отверстий анализатора 3, по двум взаимно перпендикулярным координатам, лежащим

670804

2Д

45 в плоскости, перпендикулярной к оптической оси устройства.

Постоянные напряжения на выходе детекторов 5 и 6 усиливаются в усилителях 7 и 8 соответственно и подаются на соответствующие отклоняющие пластины трубки 2, что приводит к смещению окружностей по экрану и совмещению их центров с центрами отверстий анализатора.

По величине указанных напряжений судят о величине перемещения объекта по осям Х и У.

Перемещение оптической системы 1 вдоль координаты z приводит к пропорциональному изменению размеров изображения и изменению расстояния L> между ценграми изображения окружностей. В случае неравенства расстояния L< между центрами изображения окружностей и расстояния L между центрами отверстий анализатора (при hz+0 на фиг. Зд) в сигнале фотоприемника также появляется составляющая с частотой / генератора 12, амплитуда когорой соответствует величине возникающего при этом смещения Лу по координате у, а фаза изменяется на противоположную с частотой F генератора 19. В результате этого на выходе фазочувствительного детектора 5 канала у появляется напряжение, изменяющееся с частотой F. Фаза этого напряжения характеризует, какое из расстояний L или L> больше, а амплитуда — на сколько больше. Фазочувствительный детектор 1б канала z преобразует это напряжение в постоянное, которое через усилитель 17 подается на ускоряющий анод трубки и на выход автоколлиматора.

Полоса пропускания усилителей 7, 8 и 17 выбирается такой, что частота F не проходит на выход устройства.

Величина напряжения постоянного тока, подаваемого на ускоряющий анод трубки, соответствует величине перемещения объекта вдоль координаты z.

Поскольку чувствительность трубки, т, е. отношение величины перемещения к напряжению, поданному на отклоняющие пластины и вызвавшему это псремещение, обратно пропорционально напряжению на ускоряющем аноде, то под действием напряжения, поступающего на ускоряющий анод, изменяется чувствительность электроннолучевой трубки. В результате этого расстояние L> между центрами изображений становится равным расстоянию L между центрами отверстий анализатора.

Благодаря тому что канал z всегда поддерживает расстояние L> постоянным и равным 1. чувствительность по координатам К и У остается постоянной и практически не зависит ни от изменения линейного увеличения оптической системы, ни от изменения чувствительности электронно-лучевой трубки. Это уменьшает погрешность преобразования по координатам Х и Y.

Таким образом, введение канала z, управляющего размером изображения, позволяет не только произвести преобразование перемещения по третьей координате, но и уменьшит погрешность преобразования по первым двум координатам.

Формула изобретения

Автоколлим атор по авторскому свидетельству ¹ 527590, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения погрешности измерения, он снабжен каналом преобразования линейных перемещений вдоль совпадающей с оптической осью устройства оси Z декартовой системы координат, который выполнен в виде последовательно соединенных фазочувстпптельного детектора и усилителя и подключен между выходом фазочувствительного детектора одного из каналов преобразования перемещений в плоскости, перпендикулярной к оптической оси, например У, и ускоряющим анодом электронно-лучевой трубки, генератором калиброванного напряжения и сумматором, выход генератора подключен к второму входу фазочувствительного детектора канала z u к одному из входов сумматора, другой вход которого связа", с выходом усилителя канала у, а выход — с отклоняющей пластиной трубки, а анализатор снабжен вторым отверстием, смещенным огносительно первого вдоль оси У.