Способ измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G01B11/26 

,J чР. Ч-Л X

2. Устройство для измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно перпв 1дикулярных плоскостях, содержащее оптически связанные источник света, две щелевых диа4рагмы, два свето делительных элемента, холлимирующий объектив, два фотоприемника, блок обработки информационных сигналов, входы которого подключены к выходам фотоприемннков, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено третьим светоделктельным

элементом, оптическю модулятором, блоком считывания фазы модуляции, свя занным с оптическим модулятором, фото{фйемники выполнены на основе приборов с зарядовой связью, блок обработ1Ш ннн формаиионных сигналов снабжен у1фавлйюшим входом, подключенным к выходу блока считывания фазы модуляции, и двумя управл51Юшим 1 выходами, соеди НШ1НЫМИ с управляющими входами фотоприемников, а щелевые диафрагмы оптически разнесены.

1. Способ измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно йерпендикул5фных плоскостях, заключающийся в том, что формируют два автоколлимационных изображения двух протяженных взаимно перпендикулярных пересекающихся марок в двух плоскостях анализа и анализируют положение изображений марок относительно фотоприемников, ус-тановле1шых в плоскостях анализа, отличающийся тем, что, с целью повыщенИя быстродействия, марки формируют поочередно и анализируют их положение поочередно с помощью линейных позиционно чувствительных фотоприемников, каждый из которых устанавливают в одной из плоскостей анализа перпент (Л Дикулярно изображению соответствующей марки.

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений объектов, например зеркал в двух взаим но перпендикулярных плоскостях,

Известен способ измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно пепендикулярных плоскостях, заключающийся в том, формируют автоколлймационное изображение марки в плоскости анализа, преобразуют распределение яркости в изображении марки в амплитудно модулированные электрические сигналы.

Амплитудно модулированные электрические сигналы преобразуют в сигналы управления, перемещающие автоколлимационное изображение марки в положение, при лготором величина сигналов управл&ния близка к нулю, а по величине перемещения автоколлимационного изображеНИН марки суд1гг об угловом перемещении объекта Cl .

Способ осуществляется устройством, содержащим оптически связанные источник света, светоделитвльный элемент, коллимируюший объектив:, позиционночувствительный фотоприемник, блок обработки информационных сигналов, входы которого подключены к выходам фотоприемника.

Устройство также содержит два компесатора, установленных между светоделительным элементом и коллимирующим объективом, связанных с выходами блока обработки инфсфмационных сигналов 13.

Недостатком способа и устройства .является малое быстродействие

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения углош 1х перемещений объекта в двух в-занмно перпендикулярных плоскостях, заключающийся в том, что формируют два автоколлимационных изображения двух протяженных взаимно перпендикулщ)нь1х пересекающихся марок в двух плоскостях анализа, анализируют положение изображений марок относительно фотоприемников, установленных в плоскостях анализа С2 1.

Способ осуществляется устройством измерения угловых перемещений объекта в взаимно перпендикулярных плоскостях, содержащем оптически связаннъ1е источник света, две щелевые диафрагмъ, два светоделительных элемента, коллимирующий объектив, два фотоприёмника, блок обработки информационных сигналов, входы которого подключены к выходам фотоприемников 2 .

Недостаткоц способа -и устройства также является низкое быстродействие.

Устройство также содержит сложную электромеханическую систему перемещения компенсаторов.

Целью изобретения $шляется повыщение быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, заключающему-ся в том, что формируют два автоколли- мйционных изображения двух протяженных взаимно перпендикулярных пересекающихся марок в двух плоскостях анализа, анализируют положение изображений ма- j рок относительно фотоприемников, уст новленных в плоскостях анализа, марки. формируют поочередно и анализируют их положение поочередно с помощью линейны позиционно чувствительных фотоприемник каждый из которых устанавливают в oOf ной из плоскостей анализа йерпендикулвф но изображению соответствующей марки. Поставленная цель достигается также тем, что устройство для измере ния угловых перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, содержащее оптически связанные источник света, две щелевые диафрагмы , два светрделительных элемента, коллимирующий объектив, два фотоприемника, блок .обработки информационных сигналов, входъ которого подключены к вь1ходам фотоприёмников, снабжено третьим свет9делительнъ1м элементом, оптичес КИМ .модулятором, блоком считывания фазы модуляции, связанным с оптическим модулятором, фотоприемники выполнены на основе приборов с зарядовой связью, блок обработки информационных сигналов снабжен управляющим входом, подключенным к въ1хЬду блока считывания фазы модуляции, и двумя управляющими выходами, соединенными с управляющими входами фотоприемников, а щелевые диафрагмы оптически разнесены. . /На фиг. 1 представлена функциональна схема устройства, . осуществляющего способ; на фиг. 2 - возможные положения изображений двух щелевых диафрагм, относительно одного из фотоприемникрв, где X, .у - смешение изображений марок по координатам X и Yj на фиг. ,3 - време ные диаграммъ работы основных блоков устройства. Устройство содержит источник 1 света, световоды 2 - 5, модулятор 6i состоящий, например, из диска 7 о.оптически прозрачными и непрозрачными участками и привода 8, блок 9 считььвания фазы модуляции, состоящий, напри мер, из лампы Ю и вспомогательного фотоприемнина 11, щелевые диафрагмы и 13j светоделительные элементы 14, 15, 16, коллимйрующий объектив 17, фотоприемники 18 и 19, выполненные на основе приборов с зарядовой связью, блок 20 обработки информационных сигна лов, состоящий из усилителей дискримйнаторов 21 и 22, блоков 23 к 24 формнрования временных интервалов, счетчиков 25 и 26, блока 27 индикации, блока 28 управления, блока 29 уставок 354 Устройство работает следующим обра- зом. Источник 1 света посредством световодов 2-5 освещает щелевые диафраг мы 12 и 13, расположенные в фокальг ной плоскости коллимирующего объектива 17. Суммирование световых потоков от щелевых диафрагм 12 и 13 осуществляется полупрозрачнъ1М элементом 14. Автоколлимационное изо ажение ш& левых диафрагм 12 и 13, полученное при отражении от объекта ЗО, с помощью светоделительных элементов 15 и 16 строится в плоскостях установки фотоприемников 18 и 19, которые оптически сопряжены с плоскостями установки щелевых диафрагм 12 и 13. Модулятор 6 осуществляет яркостную модуляцию световых потоков, направлявмых на щелевые диафрагмы 12 и 13 с помощью диска 7, вращаемого приво дом 8. Световоды 2-5 расположены таким образом относительно диска 7, что модуляция световых потоков осуществляется в противофазе. Фаза модуляции считывается блоком 9 с помощью лампы 10 и вспомогательного фотоприемника 11. На фотоприемниках 18, 19 попер&менно (фиг. 3, Е 12, Е13) строятся изображения щелевых диафрагм 12 и 13, причем одно из изображений щелевых диафрагм 12 и 13 для каждого фотоприамника является информационнъ1М, другое неинформационньхм. Изображения щелевых диа( 12 и 13 взаимно перпендикулярны.. При угловом перемещении объекта 30 происходит смещение изображейий щелевых диафрагм 12 и 13 относительно фотоприемников 18 и 19, протяженнь1е светочувствительнъш области которых расположены перпендикул5фно изображениям щелевых диафрагм 12 и 13. Величина смещения изображений диафрагм 12 и 13 относительно геометричеокого центра протяженных светочувствительных областей фотоприемников 18 и 19 и угловым перемещением объекта 30 связала зависимостью rV -L .г + п- А21 ос- 2 arct -р где oL - угловое перемещение объекта} 4Х - величина смещения изображения ,геометрического центра протяженной светочувствительной об-ч лйсти фотоприемника 18; f - фокусное расстояние коллимирую ш.его объектива. Для малыхуглов поворота объекта в© личина смещения изображения диафрагмы пропорциональна углу поворота объекта. В случае необходимости поправка на результат измерения может быть внесена в блоке 27 индикации или учтена при тарировке устройства. Изображение щелевой диафрагмы 12 преобразуется в пространственно распределительные заряды в фотоприемнике 18 которые при поступлении сигнала счить ванвя, поступающего из блока 28 управления, преобразуются в последователь ность электрических сигналов, амплитуд да которых пропорциональна распред&лению освещенности по протяженной светочувствительной области фотоприемника 18, а также времени накопления зарядов в фотоприемнике. Последовательность электрических сигналов с выхода фотоприемника 18 поступает на вход усилителя-дискримина тора 21, на выходе которого формирует ся сигнал при превышении амплитуды сигналов, поступающих на его вход опре деленного уровни; например, уровня пер гиба огибающей. Усилитель -дискриминатор 21 может быть выполнен, например, на основе усилителя и компаратора или технически известного компаратора со следящим уровнем кo v пaниpoвaния, Сигнал с выхода усилителя-дискримим натора 21 поступает на вход блока 23 формирования временных интервалов, на второй вход которого поступает сигнал с блока 2 8 управления. При поступлении сигнала с блока 28 управления блок 23 формирования временного интервала формирует электрический сигнал, поступающий на разрешающий вход счетчика 25. Конец временного интервала определяется сигналом, поступающим с усилителя-дискриминатора 21. На счетный вход счетчика 25 поступают тактирующие импульсы с блока 28 управления. В счетчике 25 накапливается результат, пропорционалылый временному интервалу, сформированному блоком 23 формирования Ьременных интервалов. Из фиг, 26 видно, что при угловом перемещении объекта по координате У, .равном или близком к нулю, изображение щелевой диафрагмы 13 засвечивает протяженную область фотоприемника 18, ; что вызывает при считывании формирование паразитного сигнала засветки, амплитуда которого изменяется в зависимости от величины смещения по координате Y. Модулятор 6 осуществляет амплитудную модул5ШИЮ световых потоков, форумир ующих изображения щелевых диафрагм 12 и 13, вследствие чего на из фотоприемников 18 и 19 последовательно проецируется изображение щелевых диафрагм 12 и 13, т.е. изображения щелевых акафрагм 12 и 13 не проецируется одновременно на поверхности фотоприемников 18 и 19 (фиг.З, Е12, Е13). При проецировании изображения щелевой диафрагмы 12 на поверхность фотоприемника 18 в фотоприемнике накопляются заояды, характеризующие распределение освещенности вдоль светочувствительной области фотоприемника при хфоецированин изображения щелевой диафрагмы 13, При засветке фотоприемника 18 изображением щелевой диафрагмы 12 блок 9 считывания фазы модуляиии формирует сигаад, поступающий в блок 28 управления, который формирует первый сирнал считывания, поступающий на фотоприемник 18. При этом электрические сигналы с выхода фотоприемника 18 поступают на усилитель-дискриминатор 21, на выходе которого, в зависимости от величины засветки, полученной от изображения щелевой диафрагмы 13, могут формироваться ипи не формироваться сигнаглы, характеризующие окончание временного интервала. При этом тактирующие импульсы на счетчик 2 5 не поступают. После окончания первого считывания на в:ход блока 23, который может быть выполнен в виде триггерных схем, поступает . импульс сброса, приводящий блок 23 в исходное состояние. Таким образом после формирования первого сигнала считывания, связанного по времени с формированием изображэтния щелевой диафрагмы 12, информация в фотоприемнике 18 обнуляется, но в счетчике не записывается число, пропорциональное информационному временному интервалу.