Устройство для измерения угловых перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может использовать ся для измерения углов поворота и пространственного положения объекта в машино- и приборостроении, Известно устройство для измерения угловых перемещений, содержащее на одном объекте источник излучения, объектив и два пазиционно-чувствительных фотоприемника, а на Другом объекте - уголковый отражатель с час тично отражающей фронтальной гранью CQ. Недостатком этого устройства является невозможность определения всек степеней свободы контролируемого объекта, т.е. оно не позволяет измерять угловые отклонения относительно оптической оси (углы скручивания) и линейные смещения В1доль нее Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения угловых перемещений, содержащее источник излучения и оптически связанные светоделитель, объектив и уголковый,отражатель, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с двумя двугранными углами, имеющими отступления от и с нанесенным на его переднюю грань частично отражающим покрытием, установленные по ходу излучения от отражателя два позиционно-чувствительных фотоприемника (ПЧФП), один из которых смещен отно сительно оптической оси устройства, и измеритель, входы которого соедине ны с выходами фотоприемников 2j , Недостатком известного устройств является невозможность определения также и линейных перемещений контро лируемого объекта. Цель изобретения - измерение также и линейных перемещений. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения угловых перемещений снабжено дополнительным уголковым отражателем, выполненным в виде прямоугольного триэдра, устанавливаемого на объекте соосно с основным уголковым отражателем, перед его передней гранью, и тремя дополнительными фотоприемникэми, установленными в фокальной плоскости объектмва, каждый из дополнительных фотоприемников оптически связан с основным отражателем и электрически с измерителем. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник 1 излучения и последовательно расположенные по ходу излучения светоделитель 2, объектив 3, уголковые отражатели г и 5 установленные соосно и скрепляемые с контролируемым объектом (не показан), позиционно-чувствительные фотоприемники $, 7 И фотоприемники 8-10, установленные в фокальной плоскости объектива, каждый из которых оптически связан с одним из направлений излуч:ения, отраженного от уголковых отражателей, и измеритель 11. Уголковый отражатель А выполнен в виде прямоугольного триэдра, а уголковый отражатель 5 выполнен с двумя двугранными углами, имеющими отступления от 90®, например углы между отражающими гранями A(JB-AOC и АОС-ВОС имеют одинаковую величину отступления от прямого угла. На входной грани уголкового отражателя 5 нанесено частично отражающее покрытие и ее апертура больше входной апертуры уголкового отражателя k. Устройство работает следующим образом.. Излучение от источника Т, пройдя светоделитель 2 и объектив 3 выходит из него коллимированным пучком в направлении уголковых отражатехтей и 5 которые жестко скреплены с контролируемым объектом (не показан),; Излучение отражается от уголковых отражателей и 5 и направляется в объектив 3, в фокальной плоскости которого установлены фотоприемники 6-10, по информации с которых с помощью измерителя 11 определяются угловые развороты и линейные смещения контролируемого объекта. Уголковый отражатель 5 позволяет сформировать несколько световых пучков за счет дефектности изготовления двух прямых углов при отражении от него коллимированного излучения. Отражатель 5 формирует четыре отраженных пучка, распространяющихся попарно симметрично относительно оптической оси устройства в плоскостях XOZ и YOZ, Эти пучки при соответствующем выборе отклонений двугранных углов от 90 отражателя 5 возвращаются в объектив 3, формируя в его фокальной плоскости четыре автоколлимационных изображения Т2-15. Изображения 12 и 13

смещены относительно оптической оси объектива вдоль оси ОХ, а изображения И и 15 - вдоль оси OY на одинаковые угловые, расстояния в, соответствии с величиной отклонения двугранных углов отражателя 5 от прямого угла. Координаты изображений 12-15 не зависят от малых поворотрв отражателя 5 относительно коллимационных осей ОХ и OY, а изменяются только при поворотах отражателя 5 относительно оси визирования OZ (автокрллимационные изсйражения синхронно поворачиваются в фокальной плоскости относительно оптической Оси объектива) Фиксируя смещение одного из изоора)кений например иас1бражения 12, вдоль оси ОХ с помощью ПЧФП 7, соединенного с измерителем 11 и имеющего

нулевую линию чувствительности, совпадающую с ортогональной осью 01, определяют величину угла поворота объекта относительно оси визирования, т.е. УГОЛ

Отраженные пучки {заспространяются попарно симметрично под углом к оптической оси устройства при смещении отражателя 5 вдоль коллимационных осей ОХ и OY, симметричные пучки по разному экранируются оправой объектива 3. Например, при смещении отражателя вдоль положительного направления оси OY ртраженный пучок 12 будет больше экранироваться оправой объектива 3 а пучок 12 - меньше. 8 соответствии со смещениями пучков меняется и яркость отвечающих им автоколлимацирнных изс ражений. При этом разности яркостей изображений 12, 13 и Н, 15 будут пропорцириальны смещениям I и m отражате|1я 5 вдоль осей ОХ и OY, Эти изображения регистрируются соответствующими фо топриемниками 7f 10 и 8, 9 (ПЧФП 7 в .этом случае ра ботает как обычный фотоприемник, т.е. его выходные сигналы суммируются), а разности сигналов на их выходах ,определяются измерителем 11.

Углы коллимации б и Qj ° P®fl® ляются при помощи ПЧФП 6 обычным способом по смещению автоколлимационного изображения 16, сформированного в фокальнрй плоскРсти в результате отражения световых лучей от час-. тично отражающей фронтальной грани отражателя 5, как от плоского зеркала. ,

Для определения смещения объекта вдоль оси визирования формируется дополнительный отраженный пучрк за счет отражения световых лучей от боковых граней отражателя . Отраженные лучи направляют в объектив 3 и формируют в его фокальной плоскости неподвижное автоколлимационкое изображение 17, расположенное на оптической оси устройства. Так как .площадь рабочей апертуры отражателя Л практически не зависит от малых углов поворота отражат еля k относительно координатных осей и она меньше площади светрвой апертуры объектива 3, то яркость изображения 17 остается неизменной при поворотах и смещениях объекта относительно осей ОХ, OY и QZ. При изменении расстояния между рбъективом З.и отражателем k за счет расходимости отраженных пучков 12-15 относительно направления падающего пучка яркость соответствующих им звтрколлимационных изображений будет . меняться, при увеличении дальнрсти уменьшается, а при уменьшении - увеличивается. Разность суммы яркостей симметрймных изображений 12, 13 или I. 15 и изображения 17 служит меррй смещения объекта вдоль оси OZ. Сумма и разность яркостей изображений определяется по выходным сигналам фотоприемников 7, 10 или 8, 9 и 6 (ПЧФП 6 в этом случае работает как обычкый фотоприемник) при помощи измерительного устррйства 1.1, Сумма яркостей берется потому, что яркость каждого из изображений 12-15 зависит от смещений объекта вдоль осей ОХ и OY, в то время как их сумма остается неизменной для данного расстояния между объектами вследствие симметрии оптической схемы устройства.

Для исключения влияния на результаты измерений случайных флуктуации яркостей отраженных пучков в измерителе 11 предусмотрена операция дег ления разностей информационных сигналов на соответствующие им суммы сигналов.

Разделение автоколлимационных . изображений 16 и 17, регистрируемых ПЧ(|1П 6, осуществляют при помощи поляризаторов или светофильтров, или поочередно включающихся диафрагм, устанавливаемых перед отражателями t и 5 (не показаны).

Предложенное устройство позволяет рпределять независимо друг от друга

5102i7074 ,

все шесть степеней свободы контро- линии визирования одновременно по лируемого объекта или производить трем угловым и линейным коорди-, выставление объектов относительно натам.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее источник излучения и оптически связанные светоделитель, объектив и уголковый отражатель, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с двумя двугранными углами, имеющими отступления от 90, с нанесенным на его переднюю грань частично отражающим покрытием, установленные по ходу излучения от отражателя два позиционно-чувствительных фотоприемника, один из которых смещен относительно оптической оси устройства, и измеритель, входы которого соединены с выходами фотоприемников, о тличающёеся тем, что, с -целью измерения также и линейных перемещений, оно снабжено дополнительным уголковым отражателем, выполненным в виде прямоугольного триэдра, устанавливаемого на объекте соосно с ос новным уголковым отражателем, перед его передней гранью, и тремя дополi нительными фотоприемниками, установ(Л ленными в фокальной плоскости объектива, каждый из дополнительных фотоприемников оптически связан с основным отражателем и электрически с измерителем.V В г