Устройство для измерения углового положения объекта Советский патент 1984 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к измерите ной технике и может быть использова но для измерения углового положения различных объектов, например при центрировке линз. Известно устройство для измерения углового положения объекта, содержащее оптически связанные источник света, оптическую систему, координатно-чувствительный фотолриемник дифференциальный усилитель и блок регистрации ClJ. Недостатком yctpoйcтвa является невысокая точность измерений, вызьшаемая работой на постоянном токе Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения углового п ложения объекта, содержащее оптичес ки связанные источник модулированного света с блоком считывания частоты модуляции, оптическую систему, координатно-чувствительный фотоприемник , двадифференциальных усилителя и блок регистрации, входы которого подключены к выходам диффе ренциальных усилителей 2. Недостатком известного устройств является дрейф результатов измерения при работе со слабыми световь1ми потоками. I Целью изобретения является повышение точности измерения. Указанная цель достигается тем, чтоустройство для измерения углово го положения объекта, содержащее оп тически связанные источник модулированного света с блаком считывания частоты модуляции, оптическую систему, координатно-чувствительный фотоприемник, два дифференциаль ных усилители и блок регистрации, входы которого подключены к выходам дифференциальных усилителей, снабже но шторкой, перекрывающей световой поток источника модулированного све та, четырьмя сумматорами, первые входы которых подключены к выходам координатно-чувствительного фотопри емника, выходы сумматоров связаны С входами дифференциальных усилителей, блоком формирования опорных напряжений, управляющей вход которого через ключ подключен к выходу блока считывания частоты модуляции выходы блока формирования опорных напряжений соединены с вторыми входами с уммат ор о в. Кроме того, блок формирования опорных напряжений вьтолнен в виде четырех модуляторов, двух фазоинверторов, генератора фазовращателя и полосового фильтра, вход которого является входом блока, выход полосового фильтра связан с входами модуляторов, выходы которых являются выходами блока, выход генератора соединен с управляющим входом первого модулятора, входом фазовращателя и входом первого фазоинвертора,выходы которого соединены с управляющим входом второго модулятора, выход фазовращателя соединен с управляющим входом третьего модулятора и входом второго фазоинвертора, выход которого соединен с управляющим входом четвертого модулятора. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит источник 1 света, блок 2 питания,конденсор 3, узел 4 модуляции светового потока с блоком считывания частоты модуляции, состоящий из модулятора 5, привода 6 модулятора, световода 7, дополнительного фотоприемника 8, диафрагму 9, апертурную диафрагму 10, полупрозрачный элемент 11, коллинирующий объектив 12, фокусирующий объектив 13,модулирующую диафрагму 1,4, шторку 15, перекрывающую световой поток, координатно-чувствительный фотоприемник 16, сумматоры 17-20, первые входы которых подключены к координатно-чувствительному фотоприемнику 16, блок 21 вьщеления информационных сигналов, состоящий из последовательно соединенных полосовых фильтров 22-25, входы которых подключены к выходам сумматоров 17, детекторов 26-29, фильтров 30-33 нижних частот,.дифференциальные усилители 34 и 35, входы которых подключены к выходам фильтров 30-33, блок 36 регистрации., входы которого подключены к выходам дифференциальных усилителей 34 и 35, сумматор 37, входы которого подключены к выходам фильтров нижних частот, индикатор 3.8, подключенный к выходу сумматора 37, блок 39 формирования опорных напряжений, состоягщй из модуляторов 40-43, выходы которых соединены с вторыми входами сумматоров 17-20 полосового фильтра 44, вход которого подключен к выходу ополнительного фотоппиемпика 8,

3

фазоинверторов 45 и 46, выходы которых соединены с управлжргдими входам модуляторов 41 и 43, генератора 47, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 40, входом фаэоинвертора 45 и входом фазовращателя 48, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 42 и входом фазоин:ертора 46, ключ 49, соединяющий выход полосового фильтр 44 и управляющие входы модуляторов 40-43.

Контролируется элемент 50 оптической системы.

Устройство работает следующим образом.

Изображение источника 1 света, питаемого блоком 2 питания, проектируется конденсором 3 в плоскость установки диафрагмы 9. Изображение диафрагмы 9, с помощью полупрозрачного элемента 11, коллимирующего 12 и фокусирующего 13 объективов отраженное от поверхности контролируемого элемента 50 оптической системы, переносится в плоскость установки модулирующей диафрагмы 14

Световой поток, прошедший через модулирующую диафрагму 14, попадает на координатно-чувствительный фотоприемник 16, с выхода которого информационные сигналы усиливаются сумматорами 17-20. Первая гармоническая составляющая информационных сигналов вьщеляется полосовыми фильтрами 22-25 и 30-33. Сигналы с фильтров 30 и 31 нижних частот поступают на дифференциальный усилитель 34,а с выхода фильтров 32 и 33 нижних частот - на дифференциальный усилитель 35.

Сигналы с выхода дифференциальных усилителей 34 и 35 поступают на входы блока -36 регистрации.

Информационные сигналы с выхода фильтров 30-33 также поступают на входы сзгмматора 37, с выхода которого сумма напряжений индицируется индикатором 38.

Модуляция светового потока осуществляется диском 5- модулятора, который вращается приводом 6, периодически прерывая световой поток растровыми решетками.

Опорный сигнал с частотой, равной частоте модуляции, считывается с помощью световода 7 и дополнительного фотоприемника 8 и поступает

5489Л

на полосовой фильтр 44, вьщеляюпщй первую гармоническую составляющую.

Сигнал через выключатель 49 поступает на входы модуляторов 405 43, с выхода которых поступает на вторые входы сумматоров 17-20.

Управление модуляторами осуществляется генератором 47, выходные сигналы с которого поступают на 0 управляющий вход модулятора 4О,а сдвинутые на 180°фазоинвертором 45 - на управляющий вход модулятора 4 1 .

Сигналы с генератора 47, сдви5 нутые по фазе на 9rf фазовращателем 48, поступают на управляюш 1й вход модулятора 42, а сдвинутые на 180 фазоинвертором 46 - на управляющий вход модулятора 43.

0 Сигналы с выхода модуляторов 4043 имеют частоту, равную частоте модуляции светового потока диском модулятора 5, и промодулированы по амплитуде с частотой, равной часто5 те генератора 47, причем фазы огибаюпр х на выходах модуляторов 4043 сдвинуты друг относительно друга на 90

Световой поток может перекрыQ ваяться элементом 15.

Апертурная диафрагма 10 ограничивает апертуру лучей, выходящих из диафрагмы 9.

При вращении элемента 50 контролируемой оптической системы в слу чае ее децентрировки изображение диафрагмы 9 описывает окружность по поверхности координатно-чувствительного фотоприемника.

Сигналы с координатно-чувствительиого фотоприемника 16, разность которых пропорциональна смещению светового пятна, т.е. децентрировке, формируются на выходе дифференциаль -ных усилителей 34 и 35 и индицируются блоком 36 регистрации.

Шумовые составляющие сигнала, снимаемого с координатно-чувствительного фотоприемника 16, отфильт0 ровываются полосовыми фильтрами 22-25 и не влияют на результат контроля.

Фокусировка на контролируемую поверхность осуществляется с по5 мощью фокусирую1(его объектива 12 и контролируется по максиму :у показаний индикатора 38. В случае : изменения величины суммарного све

1. УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИЗМЕРЕНА УГЛОЙОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащее оптически связанные источник модулированного света с блоком считывания- частоты модуляции, оптическую систему, координатно-чувствительньй фотоприемник, два дифференциальных усилителя и блок регистрации, входы которого подключены к выходам дифференциальных усилителей, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений, оно снабжено шторкой, перекрывающей световой поток источника модулированного света, четырьмя сумматорами, первые входы которых подключены к выходам координатно-чувствительного фотоприемпика, выходы сумматоров связаны с входами дифференциальных усилителей, блоком формирования опорньгх напряжений, управляющий вход ко. торого через ключ подключен к выходу блока считывания частоты модуляции, выходы блока формирования опорных напряжений соединены с вторыми входами сумматоров. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок формирования, опорных напряжений выполнен в виде четьфех модуляторов,двух фазоинверторов, генератора фазовраща еля и полосового фильтра, вход которого является входом блока выход полосового фильтра связан с входами модуляторов, выходы которых являются выходами блока, выход генератора соединен с управляющим входом первого модулятора, входом фазовращателя и входом первого фазоинвертора, выходы которого соединень с управляющим входом второго модулятора, выход фазовращателя соединен с управляю цим входом третьего модулятора и входом второго фазоинвертора, выход которого соединен с управляющим входом четвертого модулятора.