Устройство для контроля отклонений объекта от опорного направления Советский патент 1984 года по МПК G01C1/00 G01C5/00 G01C15/12 

Изобретение относится к измерн-тельной технике, а точнее к средствам контроля взаимного положения объектов, прежде всего протяженных при монтаже и строительстве. Подобные устройства находят широ кое применение при створных измерениях, когда створ или опорное направление згшаются оптическим путем Известны устройства как для визу ального, так и фотоэлектрического контроля отклонений от опорного направления ll. , Известны устройства для визуальн го контроля, в которых опорное направление задается неподвижным лучо лазера, а отклонение контролируется по положению светового пятна на экране со шкалой или рей.ки С2. Такие устройства отягощены погре ностями субъективной оценки положения пятна, нестабильностью энергети ческого профиля по сечению световог пучка. Необходимо отметить также неблагоприятные условия работы опер тора, осу1цествляющего визуальный контроль. Известно также устройство для визуального контроля правильности расположения отверстий в деталях, основанное на свойстве человеческог глаза воспринимать световые колебания с частотой мерцания, большей кр тической (16 - 24 Гц), как непрерыв ное свечение 3. Принцип построения этого устройства, хотя и не предназначенного . для контроля отклонений от опорного направления, оказывается перспектив ным для целей визуального контроля. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, в котором опорное направление задается при сканировании коллимированного светового пучка от источника света, например лазера. На контролируемом объекте размещен фотоэлектрический анализатор смещений, представляющий собой установле ный за оптическим ножом фотоприемник, подключенный к электронной схеме обработки С4 1. Однако условия, при которых проводится контроль, не всегда позволяJOT использовать фотоэлектрические устройства, требующие обеспечения стационарного стабил изированного питания по всему створу. Поэтому сохраняется необходимость в развитии визуальных средств контроля при сохранении точностных характеристик фот;оэлектрических устройств. Цель изобретения состоит в обеспечении высокой точности при визуаль ном контроле. Для достижения поставленной цели 3 устройстве для контроля отклонений объектов от опорного направления, содержащем анализатор смещений, установленный на контролируемом объекте, и задатчик опорного направления, образованный источником излучения с коллиматором, в ходе лучей которого установлен сканатор, анализатор смещений, выполнен в виде щелевой диафрагмы, размещенной перед линзой, в фокальной ПЛ9СКОСТИ которой расположен диффузно-раесеивающий экран, а сканатор настроен на частоту порядка 12 s Гц. На чертеже приведена принципиальная схема устройства. Устройство состоит из источника 1 излучения, например. Не -Ne-лазера, коллиматора 2, сканатора 3, настроенного в частоту 12 - 15 Гц, и анализатора 4 смещений, выполненного в виде последовательно установленных щелевой диафрагмы 5,.линзы 6 и диффузионо-рассеивающего экрана 7, расположенного в фокальной плоскости линзы. Световой пучок от источника 1 излучения коллимируется и сканируется параллельно самому себе. Частота сканирования выбирается нескольно ниже критической частоты мелькания, воспринимаемой человеческим глазом, т.е. в пределах 12 15 Гц, Световой пучок попадает на анализатор 4, установленный на контролируемом объекте. При развертке светового пучка по диафрагме 5, ориентированной перпендикулярно к плоскости сканирования, световой поток фокусируется линзой 6 на диффузно-рассеивающем экране 7. Оператор ВИДИТ светящееся пятно на экране. При совпадении оси сканирования светового пучка с центром щели анализатора происходит амплитудная модуляция светового потока с частотой, удвоенной по отношению к частоте сканирования, т.е. порядка 24 30 Гц. Такие мерцания воспринимаются оператором, как немигающее постоянно светящееся пятно. В случае несовпадения оси сканирования с центром щелевого анализатора в амплитудномодулированном световом потоке появляется составляющая с частотой сканирования, амплитуда которой возрастает с увеличением, рассогласования между осью сканирования и центром щелевого анализатора. Эта составляющая имеет частоту мельканий, меньшую чемкритическая, что воспринимается оператором как мигающее световое пятно на диффузно-рассеивающем экране. Следует отметить, что постоянно светящее ся (без мерцаний) пятно можно наблюдать только в одном случае - при удвоении частоты

модуляции светового сигнала, по сравнению с частотой сканирова-ния. Пог этому положение щелевой диафрагмы визуального анализатора, при достижении данного светового эффекта,. является отсчетным нуль-индексом, кроме того, чувствительность глаза к распознаванию мелькающего и немелькающего светового пятна весьма высока, что позволяет получать результаты измерений, из которых практически исключена субъективная погрешность оператора и имекщие малую погрешность по сравнению с известным визуаль ными устройствами.

Непосредственно процесс измерения непрямолинейности осуществляется при помощи подвижки анализатора, имекмцего направляющую 8 в плоскости совпадающей с плоскостью сканирования, которая снабжена отсчетным индикатором 9.. Оператор, наблюдая за характером свечения пятна на диффузно-рассеивакядем экране, перемещает анализатор до тех пор, пока светящееся пятно на экране перестает мелькать, что соответствует удвоению частоты модуляции светового потока, затем по индексу отсчетного индика тора 9 фиксирует отсчет величины смещения контролируемого объекта относительного опорного направления.

Высокая точность контроля обеспечивается за счет исключения субъективных оценок оператора при определении характера свечения светового пятна на диффузно-рассеивающем экране и в следствие высокой чувствительности человеческого глаза к распознаванию мелькающего и немелькающего светового пятна.

При многократных измерениях оператору не приходится напрягать зрение, совмещая световое пятно с отсчетными индексами, а лишь наблюдать за характером свечения светового пятна. Введение диффузно-рассеивакщего экрана исключает непосредственное, нежелательное попадание светового потока в глаз оператора, вследствие значительного его ослабления и рассеивания. Установка такого экрана в фокальной плоскости линзы устраняет (нежелательные при наблюдении) линейные смещения светового пятна по- плоскости экрана.

По данным проведенных полевых испытаний среднеквадратическая погрешность измерения непрямолинейности не превысила 0,05 мм на створе длиной 50 м. Практически идентичные результаты были получены несколькими о хераторами (в экспериментах принимало участие 5 человек). Наибольшая чувствительность достигалась при подборе ширины щели щелевого анализатора, равной диаметру коллимированного лазерного пучка и амплитуде сканирования, равной ширине щели.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОБЬЕКТА; ОТ ОПОРНОГО НАПРАВЛЕНИЯ , содержащее анализатор смещений, установленный на контролируемом объекте, и задатчик опорного направления, ot-разованный источником излучения с колиматором, в ходе лучей которого установлен сканатор, отличающееся тем, что, с целью обеспечения высокой точности при визуальном контроле, анализатор смещений выполнен в виде щелевой диафрагмы, размаценной перед линзой,.в фокальной плоскости которой расположен диффуэно-рассеивающий зкран, а сканатор настроен на частоту порядка 1215 Гц.с & (Л