Оптико-электронное устройство измерения линейных размеров Советский патент 1983 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к электрон но-измерительной, технике и может быть использовано для контроля и иэ «peния размеров объектов в машиностроении, приборостроении и других отраслях. Известно устройство для измерени линейных размеров, содержащее когерентный источник излучения, двухканальный осветительный блок, эталонный объект, фотоприемный блок, фазочувствительный детектор и сервопривод Lil. Однако устройство характеризуется недостаточно высокой точностью Измерения из-за погрешности, возникающей вследствие взаимных смещений контролируемого и измеряемого объектов. Наиболее близким к предлагаемому является оптико-электронное уст ройство измерения линейных размеров, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения фор мирователь интерференционных полос оптический Фурье-преобразователь и светоделитель, формируюгций два световых пучка, два фотоприемника, каж дый из которых установлен в одном из световых пучков, и блок обработки, электрически связанный с фотоприемниками С 2. Недостатком известного устройств является пониженная точность измерения вследствие погрешностей, во никающих из-за дифракционного размытия изображения объекта и конечно го размера входной диафрагмы, а также из-за фазовых сбоев, причиной которых является наложение сигналов от передней и задней границ объекта Цель изобретения - повышение точ ности измерений. Поставленная цель достигается те что оптико-электронное устройство измерения линейных размеров, содержащее источник когерентного излучения и последовательно устанорленныё по ходу излучения формирователь интерференционных полос, оптический Фурье-преобразователь и светоделитель , формирующий два световых пучка, два фотоприемника, каждый из которллх установлен в одном из световых пучков, к блок обработки, эле рически связанный с фотоприемниками снабжено амплитудным фильтром, уста новленным в одном из двух световых пучков между светоделителем и фотоприемником, двумя усилителями, один из которых имеет регулируемый коэффициент усиления, и дифференциальным усилителем, каждый из двух входов которого электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей, выход дифференциального усилителя подключен ко входу блока обработки, а вход каждого из усилителей - к выходу соответственно одного из фотоприемников. На чертеже представлена схема оптико-электронного устройства измерения линейных размеров. Устройство содержит источник 1 когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения фо1 1ирователь 2 интерференционных полос, оптический Фурьепреобразователь 3 и светоделитель 4, формирующий два световых пучка, два фотоприемника 5 и б, кс1ждый из которых установлен в одном из световых пучков, aмпJ итyдный фильтр 7, установленный в одном иэ двух световых пучков между светоделителем 4 и фотоприемником б, два усилителя 8 и 9, один из которых имеет регулируемый коэффициент усиления, дифференциальный усилитель 10, каждый Из двух входов крторюго электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей 8 и 9, и блок 11 обработки, электрически {связанный с фотоприемниками, выход {дифференциального усилителя 10 подключен к входу блока 11 обработки, а вход каждого из усилителей 8 и 9 к выходу соответственно одного из фотоприемников 5 и 6. Контролируемый объект 12 помещается в интерференционном поле между формирователем 2 и Фурье-преобразователем 3. Устройство работает следующим образом. Источник 1 когерентного излучения и формирователь 2 формируют зондирующее интерференционное поле прямоугольной формы с известными размерами и простраиственно-временной структурой, образуемой движущимися с известной скоростью интерференционньми полосами. Скорость движения интерференционных полос пропорциояальна заданной разности частот ft интер ренцирукядих пучков: -Ж где .Л - период интерференционных полос. в зондирующем поле в направлении, ртогональном направлению интерференионных полос, движется со скоростью измеряемый объект 12 размером Ь . пространственно-частотной плоскоси Фурье-преобразователя 3 формиуется пространственно-частотный пектр поля, рассеянного измеряемым бъектом 12. Это поле представляет собой суперпозицию световых волн, ассеянных передней и задней кромками объекта 12. Интенсивность реГзультирукхдего интерференционного поля содержит низкочастотный пьедес тал и две высокочастотные составляю щие, спектр которых лежит в окрестности частоты. Первая из них, называемая некогерентной, представляет собой суперпозицию двух компонент/ одна из которых образована .оптича усим смешением световых пуч--, ков,дифрагированных на передней кромке объекта, а вторая - световыми пучками, дифрагированными на задней кромке. Некогерентная составляющая является обычной для сигнала в дифференциальных схемах лазерных доплёровских анемометров. Вторая составляквдая сигнала Ь называемая когерентной, образована в результате интерференции световых волн, одновременно рассеянных на кромках объекта 12 от разноименных подающих пучков. В отличие от 1 цц со тавляющая )( имеет периодический характер распределения в плоскости пространственных частот. Пространст венный период Л X этого распределени определяется углом дифракции А./Ь .Л, -|:-р, где X - длина световой волны; F - фокусное расстояние Фурьепреобразователя 3. Амплитудный фильтр 7 с периодиче |кой функцией пропускания установлен в плоскости пространственных частот перед фотоприемником б так, чтобы обеспечить наилучшее выделение коге рентной составляющей сигнала. При этом на выходе фотоприемника 6 формируется высокочастотный электричес кий сигнал, пропорциональный сумме когерентной и некогерентной составляющих. Поскольку перед фотоприемником 5 нет периодического фильтра с его выхода снимается высокочастот ный электрический сигнал, пропорцио нальный только некогерентной состав ляющей. Коэффициенты усиления одног из высокочастотных усилителей.8 и 9 регулируют с тем, чтобы амплитуды их выходных сигналов, образованных некогерентной составляющей, были равны между собой, ТогДа на выходе дифференциального усилителя 10 образуется электрический сигнал, определяемый только когерентной составляющей. В блоке 11 обработки из выходного сигнала усилителя 10 формируется последовательность счетных импульсов. Длина этой последовательности определяется временным интервалом Т, в течение которых передняя и задняя кромки объекта 12 одновременно находятся в пределах зондирующего интерференционного поля: . -1--. ( . где 26 - протяженность интерференционного поля. Размер Ь контролируемого объекта 12 определяется из этого выражения в виде b-ie-vr. Значение- Vf определяется блоком 11 обработки как произведение периода Л интерференционных полос на длительность ТГ последовательности счетных импульсов и их частоту f: . в зависимости от соотнесения значений периода Лх амплитудного фильтра 7 и периода л интерференционных полос может быть реализован режим измерения или режим допускового контроля. При использовании в качестве объекта линейной или круговой штриховой .меры устройство позволяет измерить линейное или угловое перемещение объекта. Таким образом, введение в оптико-электронное устройство измерения линейных размеров амплитудного фильтра, двух усилителей, один из которых имеет регулируемый коэффициент усиления, и дифференциального усилителя, установленных описанным образом, позволяет повысить точность измерения.

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения фо мирователь интерференционных полос оптический Фурье-преобразователь и светоделитель, формируюпдай два световых пучка, два фотоприемника, каждый из которых установлен в одном из световых пучков, и блок обработки, электрически связанный с фотоприемниками, отличающе с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено амплитудным фильтром, установленным в одном из двух световых пучков между светоделителем и фотоприемником, двумя усилителями, один из которых имеет регулируемый козф-фициент усиления, и дифференциальным усилителем, каждый из двух входов которого электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей, выход дифференциального усилителя подключен к входу блока обработки, а вход каждого из усилителей - к выходу соответственно однО го из фотоприемников.