Устройство для измерения взаимного углового положения объектов

 

миая б бл f БА

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 140976 (21) 24037ь2/18-28 (51)М. Кл. с присоединением заявки М—

G 0) В 11/2Ь

Государственный комнтет

СССР

Il0 делам нзобретеннй н открытий (23) Приоритет— (53) УДК ЬЗ1.71;. .27(088.8) Опубликовано 180879. Бюллетень М 30

Дата опубликования описания 180879 (72) Авторы изобретения

Б. Л. Авербах, И. Б.. Берлин, C. A. Ульянцев, В. Л. Чернышев и К. A. Нестерова (71) Заявитель (5 4 ) УСТ РОПСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЗАИМО! НОГО

УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ Е аЧ =ЕОО Со Изобретение относится к области контрольноизмерительной техники и может быть использовано, в частности для измерения взаимного углового положения объектов.

Известны углоизмерители, содержащие неподвижный автоколлиматор, включающий осветитель, диафрагму с центральной щелью, трубу с объективом и фотоприемник, и вращающуюся в поле зрения автоколлиматора вокруг оси симметрии многогранную призму (1).

Известные углоизмерители используют преобразование информации о взаимном угловом положении плоских 15 отражателей во время — импульсный код.

Об угле судят по длительности временного интервала, заключенного между появлением двух импульсов на фотоприемнике автоколлиматора. 20

Недостатком иэве"тного углоиэмерителя является низкая точность измерения.

Наиболее близким по своей технической сущности и решаемой задачи является устройство для измерения взаимного углового положения объектов, содержащее плоские отражатели, связываемые с объектами, неподвижный автоколлиматор, включающий ос- З0 ветитель, диафрагму с центральной цепью, трубу с объективом, у которого оптическая ось совмещена с осью трубы, и фотоприемник; на оптической оси объектива установлено плоское зеркало, размещенное под углом к осн трубы и выполненное с воэможностью вращения вокруг упомянутой оси t2).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения д 4, обусловленная угловым объемом наклонного зеркала и определяемая формулой где $ — угол наклона плоскости зеркала к оси трубы в грал; ас- радиальный бой оси вращения наклонного зеркала, вызывающий угловые колебания оси; с — расстояние между опорами оси вращения.

Цель изобретения — повышение точности измерения. Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве труба выполнена с воэможностью вращения вокруг своей оси, плоское зеркало жестко эа679791

60 креплено в трубе, объектив установлен так, что его оптическая ось перпендикулярна оси вращения трубы, в диафрагме выполнена щель, параллельная центральной щели, а фотоприемник расположен в поле зрения приемной щели. 5

Сущность предлагаемого устройства заключается в обеспечении условий, исключающих влияние поворотов трубы в пределах радиального боя опор на точность измерения. Это обеспечивается жесткой Фиксацией оптической оси автоколлиматора относительно . центра симметрии центральной и приемной щелей диафрагмы во все время измерения, т.е. при вращении трубы автоколлиматора и последовательном ви— эировании отражателей.

На фиг . 1 изображено предлагаемое устройство, разрез; на фиг. 2

-трубы автоколлиматора, разрез, вид сверху; на фиг 3 — конфигурация диафрагмю, закрепленной на трубе автоколлиматора в фокальной плоскости объектива.

Устройство (см. Фиг. 1) содержит плоские отражатели 1 (связанные с 25 объектами не изображены), автоколлиматор, включающий осветитель, образованный источником 2 излучения, конденсорной линзой 3 и поворотной призмой 4, диафрагму 5 (см. Фиг. 3) 3() с центральной 6 и приемной 7 щелями, трубу 8 с объективом 9, фотоприемник 10 и наклонное зеркало 11, размещенное под углом 45 к оси трубы

00 . Вращение трубы в подшипниках 35

12 обеспечивается приводом 13. Труба 8 снабжена стеклянным диском 14 с нанесенными на нем радиальными штрихами. Диск 14 входит в состав фотоэлектрического датчика 15 угла с уст- 4() ройствами считывания информации, содержащими осветители и фотоприемники (на фиг. 1 не показаны).

Оси ХУЕ (Фиг. 2) образуют вращающуюся систему координат, причем ось

0Х совмещена с осью 00, ось Z нап- 45 равлена по оптической оси коллимированного пучка, а ось у лежит в плоскости наклонного зеркала 11.

На фиг. 2 указано направление вращения трубы 8 и углы 9. и Ч;+„, обра- 50 эованные проекциями нормалей к отражателям на плоскости, в которой вращает ся ось 02.

Центр симметрии центральной щели

6 диафрагмы 5 совмещен с осью Х, а 55 удлиненная сторона щели б направлена вдоль оси 2, приемная щель 7 параллельна центральной.

Предлагаемое устройство работает следующим образом, Лучистый поток источника 2 излучения, сформированный конденсаторной линзой 3, с помощью поворотной призми 4 с посеребренной наклонной гранью фокусируется в плоскость диафраг- 65 мы 5, проходит через центральную щель б и коллимируется объективом 9.

При этом оптическая ось пучка в пределах трубы автоколлиматора на наклонном зеркале 11 претерпевает излом на 90, При вращении трубы, ког,ца направление оси Z совпадает с нормалью к поверхнос.-ги отражателя 1, коллимированный поток возвращается в автоколлиматор и в плоскости диафрагмы 5 формируется в светящуюся полоску, повторяющую конфигурацию центральной щели 6. При некотором угле между направлением оси Z и нормали к поверхности отражателя 1 отразившаяся часть лучистого потока пройдет через приемную щель 7 и попадает на фотоприемник 10, находящийся в поле зрения приемной щели во все время вращения трубы.

Влияние наклонов оси вращения 00 из-эа боя в опорах на амплитуду сигнала фотоприемника рассмотрим на примере двух характерных поворотов: а) поворот оси Х (оси вращения 00 ) вокруг оси У; б) поворот оси Х вокруг оси

В первом случае светящаяся полоска, образованная отразившимся пучком в плоскости диафрагмы 5 сместится в направлении оси Z, т.е. параллельно приемной щели (см. Фиг.

3), что не может изменить амплитуду сигнала.

Во втором случае поворот претерпевает как наклонное зеркало, так и диафрагма. Совместное их движение аналогично повороту неподвижного автоколлиматора вокруг оптической осН или, что то же, поворот отражателя вокруг его нормали. Любые иэ этих движений не могут изменить ам,плитуду сигнала. Существование некоторого угла между нормалью отражателя и оптической осью коллимированного пучка приводит к ошибке измерения, определяемой Формулой

sooa ae

e где f — фокусное Расстояние объектива, мм; а — расстояние между щелями 6 и 7, Сопоставление двух формул (1) и (2 j указывает íà существенное (на два-три порядка) уменьшение погрешности измерения, порождаемой угловым боем оси 00 .

С целью ослабления требований к стабильности вращения трубы 8 автоколлиматора приводом 13 введен фотоэлектрический датчик 15 угла, формирующий импульсы при повороте трубы на угол, равный шагу радиальных штрихов стеклянного диска 14. Временные интервалы, заключенные в промежутках между импульсами фотоприемника 10,,и следующим за ним импульсом фот оэлектриче ского датчик а угла, интерполированием легко выражаются в угловой мере.

Формула изобретения

Устройство для измерения взаимного углового положения объектов, содержащее плоские отражатели, связываемые с объектами, автоколлиматор, включающий осветитель, диафрагму с центральной щелью, трубу с объективом и фотоприемник, и плоское зеркало, размещенное под углом к оси трубы,отличающеесятем, что, с целью повышения точности измерения, труба выполнена с возмож679791 6 ностью вращения вокруг своей оси, плоское зеркало жестко закреплено в трубе, объектив установлен так, что его оптическая ось перпендикулярна оси вращения трубы, в диафрагме выполнена приемная щель, параллельная

5 центральной щели, а фотоприемник расположен в поле зрения приемной щели.

Источники информации, принятые во

10 внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 266236 кл, G 01 В 9/10, 1968.

2. Акцентованная заявка

9 1393э35, Великобритания, G 01 В 27/17 (прототип).

679791

Составитель Л. Лобзова

Редактор Л. Письман Техред О.Андрейко КорректорО, Билак

Заказ.4774/34 Тираж 866 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4