Устройство для измерения малых угловых смещений объекта

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и>968607 (61)Дополнительное к ввт. свид-ву(22) Заявлено 040581 (21) 3281821/18-28 (И) М. Кп.з .G 01 8 11/26 с присоединением заявки ¹Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (33) УДК 531 ° 715 ° 27

<088.8) Опубликовано 23.1082. Бюллетень № 39

Дата обубликования описания 23. 10. 82 ЕСОЩщд

k4 pg(y ( аЛ

Qjg„;"р ...

Ф (72) Авторы изобретения

В.В.Ефимов, A.A.Âèíîêóðîâ,О.Л.Медведев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ УГЛОВЫХ

СМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА йзобретение относится к контроль1 но-измерительной технике и может

:быть использовано преимущественно для измерения малых угловых смеще- ний объектов.

Известно устройство для измерения малых угловых смещений объекта, содержащее оптически сопряженные плоское стекло, закрепленное на объекте контроля, и жестко связанные между собой источник когерентного излучения, плоское зеркало и регистрирующий блок, выполненный в виде зрительной трубы (1 ).

Недостатками устройства являются низкие производительность и точность измерения, так как фиксирование результатов измерения производят визуально. Увеличения числа отражений луча от зеркал приводит к значительному сужению диапазона измерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измеренйя малых угловых смещений объекта, содержащЕе источник излучения, жестко связываемый с объектом измерений, установленные последовательно по ходу светового луча светопровод и фотопотенциометр, дифферен.цирующнй блок и счетчик импульсов, соединенные последовательно, и ин" вертор (2). .Недостаток устройства — малая точ, ность измерения углового совмещения объекта в силу его нечувствительности к изменению угла смещения объекта между двумя соседними изменениями числа внутренних отражений луча от поверхности светопровода.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается ,тем, что устройство снабжено блоком

15:анализа четности, множительным бло,ком и двумя каналами измерения, каждый иэ которых состоит иэ соединенных последовательно сумматора и ключевого элемента, вторые входы ключевых элементов каналов измерения сое;динены с соответствующими выходами

:блока анализа четности, первые входы .сумматоров соединены между собой и с вйходом множительного блока, второй вход сумматора одного из каналов измерения соединен с выходом .ннвертора,а второй вход сумматора другого канала измерения, входы инвертора и дифферен цирующего блока соединены между собой

ЗО и с выходом фбтопотенциометра, выход

Эб8607 счетчика импульсов соединен с входами блока анализа четности и множительного блока, а выходы ключевых элементов соединены между собой и являются выходом устройства.

На фиг. 1 представлена структурная 5 схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема оптической системы; на фиг. 3 — графики изменения напряжения на выходе фотопотенциометра в функции углового положения объекта на фиг.4 10 графики изменения напряжения на выхо. де дифференцирующего блока с изменением углового положения объекта.

Устройство состоит из источника

1 излучения, светопровода 2, фотопотенциометра 3, дифференцирующего блока 4, счетчика 5 импульсов, блока

6 анализа четности, инвертора 7,множительного блока 8, сумматоров 9 и

10 и ключевых элементов 11 и 12. Ис- щ точник 1, светопровод 2 и фотопотенциометр 3 последовательно установле" ны и оптически сопряжены, причем оптическая ось светопровода 2 проходит через середину фотопотенциометра 3, выход которого подсоединен к входу счетчика 5 импульсов через дифференцирующий блок 4 и к первым входам сумматоров 9 и 10, причем к входу сумматора 9 — через инвертор 7. Выход счетчика 5 импульсов подсоединен к входу блока б анализа четности и— через множительный блок 8 к вторым входам сумматора 9 и 10, выходы которых подсоединены к входам сумматоров

9 и 10,выходы которых подсоединены к .входам ключевых элемен,тов 11 и 12 соответственно. Выходы блока б анализа четности подсоединены к управляющим входам ключевых элементов 11 и 12,выходы которых соединены межцу собой и явля 40 ются выходом устройства. . Устройство работает следующим образом.

Луч света от источника 1, жестко 45 связанного с контролируемым объектом, под определенным углом входит в светопровод 2. Многократно отразившись от его боковых поверхностей, луч попадает на поверхность фотопотенциометра 3. Середина фотопртенциометра 3 находится на продольной оси светопровода 2. Изменение угла смещения объекта.-вызывает изменение числа внутренних отражений от поверхностей светопровода 2 (фиг.2)

Число внутренних отражений луча от поверхностей светопровода находится в следующей зависимости от угла смещения объекта

60 где n " число внутренних отражений луча от поверхностей светопровода 2; 65

- длина светопровода 2;

- диаметр светопровода 2; с4 - угол смещения объекта.

Выходное напряжение фотопотенциометра 3 находится в линейной зависимости от, координаты падения луча. на поверхности фотопотенциометра 3х

U- k (b+ (P„+ Qt f ) - — - — (n -1) ) t g aL ) d

t gd. t gcL

1с(Ь + Сясь пд) (1) для нечетного и U k (b+d - ((Q+ I+ Р) - — - — (n -1 )),: t дф) .d d

t get -t get

k(b-Ltgof+ d(п+1)); . (2) где — крутизна фотопотенциометра 3

Ь вЂ” полураэность длины фотопотен цчометра 3 и диаметра светопровода 2 (фиг. 2);

Ю„- расстояние от источника 1 до переднего торца светопровода 2 (фиг. 2);

Е - расстояние от заднего торца светопровода 2 до поверхности фотопотенциометра 3 (фиг. 2 );

7 — длина светопровода 2; (=е„+е +е;

d — диаметр светопровода 2

c(; угол смещения объекта; и †:число внутренних отражений луча от поверхностей светопровода 2.

На основании этого получаем зависимость.изменения угла смещения объекта от напряжения на выходе фотопотенциометра 3 и числа внутренних. отражений луча от поверхностей светопровода 2 для четного и

td с(= (U-kb + knd) „., (3) для нечетного и

tg "-(kb+kd(n+1)-U))

1 (4) Число внутренних отражений луча от поверхностей светопровода 2 можно получить с выхода счетчика 5 импульсов, послав сигнал с выхода фотопотенциометра 3 (фиг. 3 ) через дифференцирующий блок 4 на вход счетчика 5 импульсов. Чйсло .импульсов напряжения поступающих с выхода дифференцирующего блока 4 на вход счетчика 5 импульсов, равно числу внутренних отражений луча от поверхностей светопровода

2(фиг. 4).Сигнал О с выхода фотопотенциометра 3 поступает на первые

U. kx p где М - крутизна фотопотенциометра 3.

При изменении угла смещения объеккта выходное напряжение фотопотенцио" метра 3 изменяется по следующим формулам

968607 входы сумматоров 9 и 10, причем на сумматор 9 — co знаком минус, .цля чего выход фотопотенциометра,3 соединен со входом инвертора 7, выход которого подключен к сумматору 9. Сигнал, рав.ный числу внутренних отражений луча от поверхностей светопровода 2 и с выхода счетчика 5 импульсов поступает на вход множительного блока 8. С выхода множительного блока 8 сигнал, равный слагаемому knd(формулы 3 и 4) )0 поступает на вторые выходы суммато ров 9 и 10. В сумматоре 9 находится постоянный сигнал, равный kb a в сумматоре 10 — постоянный сигнал, равный величине k(b+cI). 15

Множительный блок 8 и сумматоры 9 и 10 могут быть реализованы на опера.ционных усилителях

Если число внутренних отражений луча от поверхностей светопровода 2 четное, то с первого выхода блока

6 анализа четности поступает сигнал на управляющий вход ключевого элемента 11 (при этом схема реализует формулу 3 ). Если число внутренних отражений луча от.поверхностей светопровода 2 нечетное, то сигнал со второго выхода блока 6 анализа четности поступает на управляющий вход ключевого элемента 12 (при этом схе,)ма. реализует формулу 4). Таким образом, :сигнал будет сниматься с нужного канала и будет пропорциональным величине с

В известном. устройстве код на выходе счетчика импульсов, пропорциональный углу смещения объекта, равен числу внутренних отражений луча от поверхностей светопровода, т.е.устройство не чувствительно к изменению угла смещения объекта между двумя соседними изменениями числа внутренних отражений луча от поверхностей светопровода. В отличие от известного пред- лагаемое устройство чувствительно к изменению угла смещения объекта меж- 45 ду соседними изменениями числа внутренних отражений луча от поверхностей светопровода, что значительно повышает точность подобных устройств.

Это обусловлено тем что при изме- 50 нении угла d.между двумя соседними значениями числа и в известном устройстве выходной сигнал не изменяется, тогда как предлагаемое устройство

Регулирует это изменение (выражение 55 1 и 2 ). При этом, точность будет определяться чувствительностью фотопотенциометра, которая может быть оха,рактеризОвана минимальным смещением луча, вызывающим изменение выходного напряжения фотопотенциометра,оно равно 1-5 мкм.

Таким образом, применение предлагаемого устройства для измерения ма-, лых угловых смещений объекта в контРольной технике позволит значительно

EIoBilcHTb точность измерений,так как оно чувствительно к изменению угла смещения объекта между двумя соседними изменениями числа внутренних отражений луча от поверхностей светопровода, за счет распознавания четных и нечетных сигналов примененной схемой обработки информации.

Формула изобретения устройство для измерения малых yz ловых смещений объекта, содержащее источник излучения, жестко связываемый с объектом измерения, установленные последовательно по ходу светового луча светопровод и фотопотенциометр дифференцирующий блок и счетчик импульсов, соединенные последовательно и инвертор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьпаения точности измерений оно снабжено блоком анализа четности, множительным блоком и двумя каналами измерения, каждый из которых состоит из соединенных последователЬно сумматора и ключевого элемента, вторые входы ключевых элементов ка" налов измерения соединены с соответствующими выходами блока анализа четности, первые входы сумматоров соединены между собой и с выходом множительного блока, второй вход сумматора одного иэ каналов измерения соединен с выходом инвертора, а второй вход сумматора другого канала измерения, входы инвертора и дифференцирующего блока соединены между собой и с выходом фотопотенциометра, выход счетчика импульсов соединен с входами блока анализа четности и множительного блока„ а.выходы ключевых элементов. соединены между собой и являются выходом устройства.

Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР .,В 200166, кл.6 01 В 11/26, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2807937,кл.С 01 В 11/26, 1979 (прототип) ..968607 к(Ь+

Составитель Е.Глазкова

Редактор Н.Лазаренко Техред.Л.Пекарь .КорректорМ.Шароши

Заказ 8143/67 Тираж. 614 Подписное

ВНИИПИ 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