Фотоэлектрическое устройство для контроля прямолинейности

 

Союз Соввтских

Социапистических

Респубики

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii)938(}11 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 29.12.80(21) 3226937/25-28. (5! )М. Кл.

6 01 6 11/30

9вумретееней «екнтет

ИВР вв демин нзебретеннй н етнрытнИ (23} Приоритет (}пУбликовано 23 06 82 Бюллетень Р6 23

Дата опубликования описания 25. 06. 82 (53) УДК 531 717. .2(088.8) (72) Автор изобретения

l0. Н. Кокин (7l ) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТ80

ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ с присоединением заявки М

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для автоматического контроля прямолинейности направляющих станин станков, образующих валов, для контроля прямолинейности движения различных механизмов и т.д.

Известно устроиство, основанное на .сравнении контролируемой поверх о ности с исходной прямой, заданной источником света, содержащее лазер, оптическую систему, измерительную кареткуу, позиционно- чувствительный фотопреобразователь, блок обработки ин15 формации и регистратор (1 ).

Недостаток устройства - малая точность измерения из-эа нестабильности положения в пространстве энергетической оси лазера, используемой 2о как исходная прямая, что обусловлено колебаниями углового положения оси лазера и флуктуациями коэффициента преломления воздушного тракта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемо му результату является фотоэлектрическое устройство для контроля прямолинейности, содержащее источник света, светорасщепитель, каретку, ус танавливаемую с воэможностью перемещения на контролируемом объекте, два фотоприемника, размещенные в рас щепленных световых пучках, электрический фильтр и блок регистрации, первый фотоприемник закреплен на каретке, а второй установлен на фиксированном расстоянии от источника света (? ).

Однако устройство имеет невысокие точность измерения и производительность контроля, обусловленные значительной величиной составляющей погрешности измерения, возникающей изза клиновидности расщепителя (полупрозрачного зеркала) . Учесть систематическую погрешность в процессе измерения практически невозможно из3 9380! за влияния на клиновидность расщепителя его крепления, окружающей температуры и других факторов, а также из-за сложности определения положения клина расщепителя по отношению к выбранной плоскости измерения и т и, Кроме того, для одновременного контроля прямолинейности при помощи известного устройства в двух взаимно перпендикулярных направлениях расщепитель должен поворачиваться на 90, что снижает производительность измерений .

Цель и зобретени я - повышение точности и производительности контроля.

Эта цель достигается тем, что устройство снабжено генератором опорных напряжений, приводом, связанным со светорасщепителем, и генератором опор- в ных напряжений, кольцевым зеркалом, четырьмя фазовыми детекторами и вторым электрическим фильтром, идентичным первому, светорасщепитель размещен между источником света и кареткой, Кольцевое зеркало установлено на каретке под углом к оптической оси по ходу расщепленных пучков между светорасщепителем и фотоприемниками, выход каждого из которых подключен соответственно к входам двух фазовых детекторов, управляющие входы которых связаны с выходами генератора

Ьпорных напряжений, а выходы через

Электрические фильтры подключены к

Входам блока регистрации .

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2разрез A-А на фиг.

Устройство содержит источник 1

4О Света, например лазер, формирующий узкий пучок лучей, светорасщвпи-! тель 2 пучка лучей, установленный в полой оси 3, привод Й вращения, гейератор 5 опорных напряжений копьУ 45 боевое зеркало 6, позиционно-чувствительный фотоприемник 7, расположенный на движущейся вдоль луча ка)ретке 8, второй позиционно-чувствительный фотоприемник 9, расположенч

Мыи на фиксированном расстоянии от источника 1 света, фазовые детекторы 10-13„ о 308 Те 14 и 15, электрические фильтры 16 и 17, по стоянная времени которых находится

1 55 а функциональной зависимости от текущей дальности между источником света и позиционно-чувствительным фотоприемником 7, и регистрирующий при1 4 бор 18, (Элементы 10-17 образуют два идентичных канала Х и У) .

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 света форми рует узкий пучок лучей, направленный через светорасщепитель 2 в сторону каретки 8., перемещающейся по поверхности, непрямолинейность которой необходимо и змерит ь.

Светорасщепитель 2 делит пучок лучей источник 1 света на два пучка равной интенсивности и отклоняет их параллельно первоначальному направлению. на разные расстояния r и г (сечение А-А) вследствие его наклонного расположения.

При подаче питающего напряжения на привод 4 вращения, например электродвигатель, светорасщепитель 2 и генератор 5 опорных напряжений начина,ют вращаться с частотой вращения электродвигателя, что приводит к вращению раздельных пучков лучей

:no окржуностям с радиусами г„ и r и к появлению на выходах генератора 5 переменных напряжений, сдвинутых по фазе на Л/2, частота которых равна частоте вращения светорасщепителя 2 °

Вращающиеся пучки лучей создают общую дпя них равносигнальную зону, являющуюся продолжением энергетической оси пучка лучей от источника 1 света, при этом величина клина светорасщепителя и ее изменения от различных факторов влияют только на углы расхождения вращающихся пучков лучей, но не изменяют направление равносигнальной зоны.

Равносигнальная зона вращающихся пучков лучей принимается за оптическую ось устройства.

Кольцевое зеркало 6, центр которого совмещен с равносигнальной зоной, направляет пучок лучей, вращающийся по окружности радиуса p, на позиционно-чувствительный фотоприемник 7, а пучок лучей, вращающийся по окружности радиуса !<, проходит без преломления через отверстие зеркала 6 и попадает на позиционно-чувствительный фотоприемник 9, установленный в конце контролируемой поверхности, что позволяет исключить возможность появления систематической составляющей погрешности результата измеренияф

5 93801

Если центры позиционно-чувствительных фотоприемников 7 и 9 совмещены с равносигнальной зоной вращающихся пучков лучей, переменные составляющие сигнала на их выходах отсутствуют.

Если центры смещены относительно равносигнальной зоны, то на выходе каж дого позиционно-чувствительного фотоприемника 7 и 9 появляются переменные составляющие сигнала с частотой вра- 1о щения светорасщепителя 2, амплитуды которых пропорциональны смещениям вдоль направлений Х-Х и У-У, а фазы характеризуют направления смещений.

Это позволяет использовать устрой- 1S ство для контроля прямолинейности одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси. го

При перемещении каретки 8, вследствие флуктуации вращающихся лучей в воздушном тракте, угловых переме- . щений источника 1 света, положение равносигнальной зоны изменяется отно- сительно каретки 8 и на выходах фазовых детекторов 10 и 12 появляется сигнал, характеризующий не только профиль контролируемой поверхности, но . и перемещения равносигнальной зоны. Зо

Сигналы с фазовых детекторов 11.

13 характеризуют только перемещени я равносигнальной зоны, при этом в сигналах отсутствуют составляющие, -создающие систематическую составляющую погрешность измерения, Сигналы с фазовых детекторов 10 и 11 канала Х поступают в преобразователь 14 и фильтр 16, где умножаются на коэффициенты передач, складываются или вычитаются и подаются на вход X регистрирующего прибора 18, а с выхода канала У вЂ” на вход У регистрирующего устройства.

Такая схема позволяет не только исключить погрешность результата измерения, возникающую из-за непостоянства положения источника света, и уменьшить дисперсию результата измерения, вызванную флуктуациями воздушного тракта, но и полностью исключить систематическую составляющую

1 6 погрешности измерения, возникаютY) из-за клиновидности расщепителя,снизить требования на клиновидность при изготовлении расщепителя, а также позволяет проводить контроль прямолинейности одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях Х и- У, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства. формула изобретения

Фотоэлектрическое устройство для контроля прямолинейности, содержащее источник света, светорасщепитель, каретку, устанавливаемую с возможностью перемещения на контролируемом объекте, два фотоприемника, размещенные в расщепленных световых пучках, электрический фильтр и. блок регистрации, первый фотоприемник закреплен на каретке, а второй установлен на фиксированном расстоянии от источника света, о т л и ч а ю щ е е с я гем, что, с целью повышения точности д производительности контроля, оно снабжено генератором опорных напряжений, приводом, связанным со светорасщепителем, и генератором опорных напряжений, кольцевым зеркалом, че тырьмя фазовыми детекторами и вторым электрическим фильтром, идентичным первому, светорасщепитель размещен между источником света и кареткой, кольцевое зеркало установлено на каретке под углом к оптической оси по ходу расщепленных пучков между светорасщепителем и фотоприемниками, выход каждого из которых подключен соответственно к входам двух фазовых детекторов, управляющие входы которых связаны с выходами генератора опорных напряжений, а выходы через зле <трические. фильтры подключены к ходам блока регистрации .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 370462, кл. G 01 8 11/30 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

N 641274, кл. 6 Ol В 21/30, 1979 (прототип) .

Составитель С. Грачев

«Редактор Л. Вовкина Texpeg Л. Пекар Корректор Л- Бокшан

Заказ 4440/59 Тираж 515 IlopllH cHoe

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква Ж-35 Рамаская наб. а. 4/5

Х «- -2» «А- = Л 6

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул..Проектная,