Способ измерения перемещения объекта и устройство для его реализации Советский патент 1985 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измери-; . тельной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения величины перемещения объекта, имеюг щего отражающую поверхность, например, в системах активного контроля при обработке деталей. Целью изобретения является повышение быстродействия измерений. На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 смещение изображения диафрагмы относительно дифференциального координатно-чувствительного фотоприемни ка; на фиг. 3 временные диаграммы работы отдельных блоков устройства. Устройство содержит генератор 1, блок 2 формирования экспоненциально спадающих импульсов тока, вход которого подключен к генератору 1, оптически связанные источник 3 света, выполненный в виде светодиода, диафрагму 4, проекционный объектив 5, установленный в оправе 6, фокусирующий объектив 7, установленный в оправе 8, дифференциальный коорди натно-чувствительный фотоприемник 9 состоящий из двух фотодиодов 10 и И, усилители 12 и 13, входы которых подключены к фотодиодам 10 и II компараторы 14 и 15, входы которьк подключены к выходам усилителей 12 и 13, блок 16 выделения временных интервгшов, состоящий из инверторов 17 и 18, входы которых подключены к выходам компараторов 14 и 15, логич ских элементов 19 и 20 И, входы лог ческого элемента 19 И подключены к выходу инвертора 17 и выходу компаратора 15, входы логического элемен та 20 И подключены к выходу инверто ра 18 и выходу компаратора 14, стой ку 21, механически связанную с оправами 6 и 8, Измеряется линейное перемещение объекта 22. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 формирует импульсы, поступающие на блок 2 формирования экспоненциально спадающих импульсов тока, который формирует экспоненци- альио спадающие импульсы тока с пер одом, равным периоду импульсов, поступающих с генератора 1, сформированные импульсы тока поступают на источник 3 света, формирунвдий свето вой поток, мощность которого периодически изменяется по экспоненциаль ному закону. 42 Световой поток, формируемый источником 3 света, освещает диафрагму 4, изображение которой переносится объективом 5 на отражающую поверхность объекта 22. Отраженное от отра- жамцей поверхности объекта 22 изображение диафрагмы 4 переносится объективом 7 в плоскость установки дифференциального координатно-чувствитель ного фотоприемника 9, освещая светочувствительные площадки фотодиодов 10 и 11 (фиг. 2 ). Сигналы, формируемые фотодиодами 10 и 11, усиливаются усилителями 12 и 13 и поступают на компараторы 14 и 15, где сравниваются с опорным напряжением. На выходах компараторов 14 и 15 формируются прямоугольные импульсы, поступающие на входы инверторов 17 и 18 и первые входы логических элементов 19 и 20 И, входящих в блок 16 вьщеления временных интервалов. Импульсы, формируемьте на выходах инверторов 17 и 18, поступают на вторые входы логических элементов 19 и 20 И. При нахождении объекта 22 в среднем положении изображение диафрагмы 4 расположено симметрично относительно фотодиодов 1.0 и 11. При этом амплитуды экспоненциально спадающих сигналов, с 1Имаемых с фотодиодов 10 и 11, равны друг другу, на выходах компараторов 14 и 15 формируются импульсы, длительности которых равны друг другу.На выходах блока 16 выделения временных интервалов информационные временные интервалы равны нулю. При смещении.объекта 22 происходит смещение изображения диафрагмы 4 относительно фотодиодов 10 и 11, на выходе которых формируются экспоненциально спадающие импульсные сигналы, амплитуды которых не равны друг другу, что приводит к тому, что длительности импульсов, формируемых на выходах компараторов 14 и 15, не равны друг другу. После логической обработки импульсов, снимаемых с выходов компараторов 14 и 15 инверторами 17 и 18 и логическими элементами 19 и 20 И, на одном из выходов блока 16 выделения временных интервалов формируется 1зременной интервал, длительность которого связана с величиной перемещения объекта 22 соотношением . /с -cos « + 2 V-X ut t- Ь --:Г- , C-COS ОС - / VX 3 где 4t - временной интервал, формируемый на одном из выходов блока It выделения временных интервалов; t - постоянная времени экспоИен циально спадающих импульсов тока, формируемых блоком 2 формирования экспоненциальн спадающих импульсов тока; с - ширина изображения диафрагмы 4 в плоскости, перпендикулярной оптической оси объ ектива 5; 0 - угол между нормалью, проведенной к отражающей поверхности объекта 22, к оптичес кими осями объективов 5 и 7 V - линейное увеличение объектива 7; X - величина линейного перемеще ния объекта 22 от среднего положения. На втором выходе блока 16 выделения временных интервалов формируется

lEirt

к

Ша1. 844. . логический О, который характеризует направление перемещения объекта 22. При перемещении объекта 22 в противоположном направлении информация, содержащаяся в сигналах, формируемых на выходах блока 16 выделения временных интервалов, меняется местами, т,е, на том выходе, где формировался временной интервал, формируется логический О, характеризующий перемещение объекта 22 в противоположном направлении, а на выходе, на котором формировался логический О, формируется временной интервал, несущий информацию о величине перемещения объекта 22, Использование способа позволяет конструировать быстродействующие устройства, в которых временной интервал, характеризующий величину перемещения объекта, не зависит от мощности источника света и отражающей способности поверхности объекта.

12

110 Uon

111 Uon

UJ7

U15 U15