Фотоэлектрическое устройство для определения перемещений объекта Советский патент 1985 года по МПК G01C3/08 G01B11/00 

S1 Изобретение относится к области высокоточного измерения расстояний и перемещений как при ирщенерногеодезических работах, так и при определе11ии положения и ргчзмеров объектов при металлообработке и дру,гих подобных процессах. Широко известны разнообразные фотоэлектрические оптические и проекционные дальномеры фокусирующего типа, основанные на опредехгении плоскости резкого изображения объекта построенного оптической С5-1стемой Г1, 21. Эти устройства реализуются с использованием подвижных элементов а именно диафрагм, модуляторов, отслеживаюпщх положение плоскости резкого изображения. Поэтому они оказываются достаточно сложными в технвло гическом отношении и весьма громоздкими. Наиболее близким к изобретению, является фотоэлектрическое устройство для определе1п-1я перемеБ(ений объекта, содержащее передающую оптическую систему для формирования светового пятна на поверхности объекта и приемную систему для построения изображения светового пятна на фотоприемнике, установленном неподвиж Ю вблизи плоскости резкого изображения, соответствующего фиксированног-гу расстоянию до объекта, и подключен юм к одному из входов ,фазового детектора, другой вход которого соеди нен С выходом генератора переменного напряжения, управляющего уздом перефокусировки изображения светового пятна, выполненным на основе оптического элемента, изменяющего свои параметры при приложении электрического напряжения f3 . В этом устройстве отслеживание плоскости резкости заменено сканиро ванием предметной плоскости с помоП1ью узла перефокусировки, передающей системы, а положение плоскости, для которой резкое изображение совпадает с плоскостью неподвижной диа фрагмы, установленной перед фотоприемником, определяется фазовым сдвигом, регистрируемьм на фазовом детекторе. Однако и в этом устфой™ стве возможности повышения точности определения ограничены тем, что на фотоприемнике регистрируется изменение светового потока, прошедшего диафрагму. 22 Цель изобретения - повышег-ше точ ности определения при использовании. теневого метода регистрации. Достигается цель благодаря тому, что узел перефокусировки введен в приемную систему, а перед фотоориемником установлен непрозрачный экран, размер и форма которого соответствуют сфокусированному изображению светового пятна, находящегося на известном фиксированном расстоянии. В предпочтительном варианте.выполнения устройства узел перефокусировки может быть вьтолнен на основе гибкого зеркала переменной кривизны, конструкция и возможности практического применения которого извест ны 4, 51. На фиг, 1 изображена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 функциональная блок-схема устройства. Световбй поток от источника света 1 проходит через собирающую линзу 2 и через зеркала 3 и 4 направляяется на поверхность объекта 5, смещение которого следует определить. Ширина и сходимость светового пучка выбраны так, что на объекте получается ярко светягцееся пятно. Изображение пятна при помощи рефлектора 6 и контрреф- лектора 7 строится на непрозрачном экране 8, имеющем вид диска, диаметр которого равен диаметру пучк,. в месте установки этого диска. Так как диск непрозрачньш, сбет на фотоприемник 9 не падает. При изменении расстояния до объекта изображение светящегося пятна будет расфокусированным, его размеры увеличатся и станут больше размера непрозрачного экрана, на фотоприемник попадет свет. Приемник 9 излучения подключен к входу фотоусилителя 10, с выхода которого сигнал подается на фазовьй детектор 11. На другой вход фазового детектора подается сигнал с генератора напряжения 12 и этот же сигнал подается на контррефлектор 7. Б устройстве расфокусировка (а следовательно, и сканирование по дальности) осуществляется при помощи гибкого зеркала 7, вьтолняющего функции контррефлектора и включенного в маг татную цепь электромагнита. При подаче в электромаг1шт переменного тока зеркало 7 меняет свой радиус кривив3100ны, проходя последовательно фазы вогнутого, плоского и выпуклого зеркала. Сравнивая фазу управляющего сигнала и сигнала с фотоприемника 9, можно определить изменение расстояния до объекта 5. Сравнеьдае осуществляется при помопщ фазового детекто.ра 11. . Аналитическая оценка точности показала, что эта точность определяется Ю 24 погрешностями определения фазы сигнала. Для отечественньк фазометров эта погрешность составляет 0,03% от рабочего диапазона определяемых дальностей. Результаты опытной проверки макета устройства подтверждают возможность получения высокой точности определения смещений.

11

ю