Устройство для измерения перемещений Советский патент 1985 года по МПК G01B11/00 

I Изобретение относится к измерительной технтсе и может использоват ся для одновременного измерения линейных и угловых пространственных смещений положения объекта в машино и приборостроении. Известно устройство для измерения перемещений, содержащее на одном объекте источник излучения, объектив и два позиционно-чувствительных фотоприемника (ПЧФП), а на д|)угом объекте - уголковый отражатель с частично отражающей фронталь ной гранью ij . Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения обусловленная невозможностью разделения информации при различных пространственных перемещениях контролируемого объекта. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения перемещений, содержащее источник излучения и оптически связанные светоделитель объектив, первый и второй уголковые отражатели, установленные соосно между собой и предназначенные для скрепления с контролируемым объектом, а в обратном ходе от отражателей два ПЧФП и три фотоприемника, установленных в фокальной плоскости объектива, один из ПЧФП оптически связан с первым отражателем, выполненным в виде прямоугольного триэдра, а остальные фотоприемники - с вторым отражателем, и выходы всех фотоприемников электрически соединены с измерителем 2 . Недостатком известного устройст является низкая точность измерения линейных перемещег й, обусловленна зависимостью координат отраженньк пучков, формируемых вторым отражат лем, при изменении его пространственного (углового) положения относительно оси визирования, приводящая к изменению ортогональности на правлений симметричных отраженных пучков относительно измерительных осей и, как- следствие этого, зависи мость показаний измерительных каналов линейных приращений от угЛовых lOBopoTOB контролируемого объекта. . Цель изобретения - повышение точ ности измерения линейных перемещений . 7 Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения перемещений, содержащее И9точник излучения и оптически связанные светоделитель, объектив, первый и второй уголковые отражатели, установленные соосно между собой и предназначенные для скрепления с контролируемым объектом, а в обратном ходе от отражателей два ПЧФП и три фотоприемника., установленных в фокальной плоскости объектива, один из ПЧФП оптически связан спервым отражателем, вьтолненным в виде прямоугольного триэдра, а остальные фотоприемники с вторым отражателем, и выходы всех фотоприемников электрически соединены с измерителем, снабжено правильной четырехгранной пирамидой с углом При вершине 180 , скрепленной .основанием с входной гранью t второго отражателя и ориентированной таким образом, что норнстли к ее боковым граням параллельны коллимационным осям, второй отражатель вьшолнен в виде прямоугольного триэдра и на часть его входной грани, неэкранированную пирамидой, нанесено отражающее покрытие, а угол ос выбирают из условия. ( где R - радиус оправы объектива; L - расстояние между объективом и вторым отражателем; г - расстояние междувершиной пирамиды и геометрическим центром следа выходящего из пирамиды пучка П - показатель преломления материала пирамиды. . На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (второй уголковый отражатель и скрепленная с ним пирамида). Устройство содержит источник 1 излучения, светоделитель 2, объектив 3, коллимирукиций излучение, первый уголковый отражатель 4, второй уголковый отражатель 5, предназначенные для скрепления с объектом (не показан), четырехгранную пирамиду 6, скрепляемую основанием с входной гранью второго уголкового отражателя 5, ПЧФП 7 и 8, один из которых (фотоприемник 7) расположен на оси устройства и оптически связан с пер вым уголковым отражателем 4, а второй (фотоприемник 8) смещен относительно оптической оси, три фотоприем ника 9-11, также смещенные относительно оптической оси, и измеритель 12. Ъсе фотоприемники 7-11 установлены в фокальной плоскости объектива 3, фотоприемники, смещенные с оптической оси, оптически связаны с вторым уголковым отражателем 5. На фиг. 1 также обозначены положения автоколлимационных изображений 13-17 и отражающее покрытие 18, нанесенное на входную грань второго с/тражателя. Оси X и У являются коллимационными осями, на фиг. 1 также показаны возможные перемещения конт ролируемого объекта - линейные и уг ловые (сам объект контроля не показан) . Первый и второй уголковые отража тели установлены соосно между собой и скреплены с контролируемым объектом. Устройство работает следующим об разом. Излучение от источника 1 излучения, пройдя светоделитель 2 и объектив 3, выходит из него коллимированным пучком и направляется на уголковые отражатели 4 и 5, 1(;оторые жестко ск|)еплены с контролируемьЬ объектом. Излучение, отразившись от уголкового отражателя 4, возвращает ся в объектив 3, который строит его изображение 17 в фокальной плоскост Излучение, прощедшее мимо уголковог отражателя 4, направляют на правиль ную пираютду 6 с углом при вершине 180 -206- т.е. грани пирамиды накло нены к передней (входной) грани уго кового отражателя 5 на угол «; . Пройдя пирамиду, излучение ра,збивается на четьфе. пучка, каждый из кот рых меняет направление, отклоняясь к вершине пирамиды 6. Отразившись от уголкбвого отражателя 5, пучки .в обратнс ходе снова проходят правильную пирамиду 6. Каждый из четырех отраженных пучков отклонен от оптической оси на угол р 2л{п-1), где п показатель преломления материала пирамиды 6; угол наклона боковых граней пирамиды 6 к ее основанию. Угол наклона об боковых граней пирамиды 6 к передней грани уголкового отражателя 5 выбирается из условия, чтобы для заданного расстояния между объективом 3 и уголковым отражателем 5 линейное отклонение середины каждого из отраженных пучков от оси визирования в плоскости объектива не превышало значения светового радиуса последнего. В этом случае каждый отраженный пучок будет наполовину экранироваться оправой объектива 3, что обеспечит максимальный диапазон измерения линейных перемещений. Отражённые от уголкового отражателя 5 пучки возвращаются в объектив 3, формируя в его фокальной плоскости четыре автоколлимационных изображения 13-16. Изображения 13 и 14 смещены относительно оптической оси объектива 3 вдоль оси ОУ, а изображения 15 и 16 - вдоль оси ОХ йа одинаковые угловые расстояния в соот- ветствии с величиной угла Л . Координаты изображений 13-16 практически не зависят от малых поворотов уголко вого отражателя 5 относительно коллимационных осей Ох и ОУ. Они изменяются только при поворотах отражателя с пирамидой 6 относительно оси. визирования OZ (автоколлимационные изображения синхронно поворачиваются в фокальной плоскости относительно оптической оси объектива 3), Фиксируя смещение одного из изображений, например изображения 13, вдоль оси ОХ с помощью ПЧФП 8, соединенного с измерителем 12-и имеющего нулевую линию чувствительности, совпадаю1цую с ортогональной осью ОУ, определяют величину угла поворота объектива относительно оси OZ, т.е. угол б . Отраженные пучки распространяются попарно симметрично под углом к оптиг ческой оси устройства. При смещении , уголкового отражателя 5 вдоль коллимационных осей ОХ и ОУ симметричные пучки по-разному экранируются оправой объектива 3. Например, при смещении уголкового отражателя вдоль положительного направления оси СУ, отраженный пучок 13 будет экранироЪаться оправой объектива 3,а пучок 14 - меньше. В соответствии со смещениями пучков меняется и яркость отвечакицих им автоколлимационных изображений. При этом разности яр

УСТРОЙСТ-ВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕРЩНИЙ, содержащее источник излучения и оптически связанные светоделитель, объектив,, первый и второй уголковые отражатели,установлен- ные соосно между собой и предназначенные для скрепления с контролирую емым объектом, а в обратном ходе от отражателей два позиционно-чувствительных фотоприемника и три Аотоприемника, установленных в фокальной плоскости объектива, один из позиционно-чувствительных Аотоприемников оптически связан с первым отражателем, выполненным в виде прямоугольного триэдра, а остальные фотопри13 S-i ;,,:; емники - с вторым отражателем, выходы всех фотоприемников электрически соединены с измерителем, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения линейных перемещений, оно снабжено пра- . вильной четырехгранной пирамидой с углом при вершине 180 -2oG, скрепленной основанием с входной гранью второго отражателя и ориентированной таким образом,что нормали к ее боковым граням параллельны коллимационным осям, второй отражатель выполнен в виде прямоугольного триэдра и на часть его входной грани, нeэkpaнируемую пирамидой, нанесено отражающее покрытие, угол об выбирают из (П .условия 1 . в-г 2Т;мГ 1Г где R - радиус оправы объектива; t, - расстояние между объективом и вторым отражателем; а ел Р - расстояние между вершиной пирамиды и геометрическим центром следа выходящего 4ib из пирамиды пучка} 1 - показатель преломления материала пирамиды.