Оптическая система датчика углового положения вала (ее варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01B11/26 

«1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в фотоэлектрических преобразователях для измерения угловых перемещений объектов.

На фиг.1 представлена оптическая система датчика первый вариант; на фиг,2 - то же, второй вариант.

Оптическая система датчика углового положения вала по первому варианту содержит источник излучения и конденсор 2, образующие осветитель 3,. первый оптический лимб 4, проекционную систему, включающую объектив 5, вьтолненный из двух положительных элементов,- и призму 6 прямого зрения с нечетртым числом отражающих граней, например призму Аббе или призму Пеха- на, второй оптический лимб 7, объектив 8 и фотоприемник 9. Проекционная система установлена неподвижно между лимбами и ориентирована так, что отражающие грани призмы прямого зрения пар пендикулярны плоскости, проходящей через ось вала 10 и оптическую ось объектива 5.

Призма прямого зрения расположена мезкду положительными элементами объектива 5, Оба лимба скрепляются с валом. 10 соосно между собой, при этом рабочие поверхности с нанесенными на них радиальными штрихами, параллельны и обращены друг к другу.

По второму варианту проекционная система выполнена в виде поворотной призмы 11, зеркального объектива 12 и второй поворотной призмы 13. Поворотные призмы 1I и 13 скреплены с входной гранью зеркального объектива Проекционная система образует моноблок ,

Оптическая система по первом варианту работает следующим образом.

Световой пучок от источника 1, пройдя конденсор 2 осветителя 3, собирается на рабочий участок первого оптического лимба 4, изображение штрихов которого с помощью объектива 5 однократного увеличения и призмы 6 проектируются в плоскость рабочего участка второго лимба 7. Призма 6 прямого зрения с нечетным числом отражающих граней и обтзектив 5 зеркально переворачивают изображение штрихов первого лимба. В результате этого при вращении вала с жестко скрепленными с ним лимбами 4 и 7 штри032

хн лимба 7 перемещаются навстречу движению изображения штрихов лимба 4. Световой поток, прошедший через штрихи лимба 7 при вращении лимбов 4 и 7,

модулируется и принимается объективом 8, который направляет его на фотоприемник 9. Фотоприемник 9 преобразует промодулированный сигнал в импульсный фотоэлектрический сигнал,

который затем используется для определения угла поворота вала путем от- считывания количества импульсов.

При вращении вала с жестко закреп- леннь)ми лимбами 4 и 7 происходит чередование максимумов и минимз ков освещенности в плоскости фотоприемника 9 при повороте лимбов 4 и 7 на 1/4 шага штриха лийба.

В предлагаемой оптической системе

приближение лимба 4 к проекционной системе на некоторую величину и приводит к удалению изображения штрихов jTHM6a 4 от объектива на ту же величину i .

Вследствие жесткого крепления лимбов 4 и 7 приближение лимба 4 к проекционной системе автоматически приводит к удалению лимба 7 от нее. При этом смещение плоскости изображения

штрихов лимба 4, вызванное перемеще- iraeM лимба 4, равно по величине и направлейию смещению плоскости анализа, совпадающей с плоскостью шкалы, нанесенной на лимбе 7.

Таким: образом, смещение вала вдоль оси, например, за счет люфтов в подшипниках не приводит к расфокусировке изображения, штрихов лимба 4 в плоскости штрихов лимба 7, что повышает надежность работы датчика.

Работа оптической системы по второму варианту (фиг.2) аналогична работе оптической системы по первому варианту. Отличие заключается в том,

что зеркальный поворот изображения штрихов первого лимба 4 осуществляют с помощью проекционной системы, выполненной в виде моноблока, что исключает ее разъюстировку в процессе

50

эксплуатации и, следовательно, способствует увеличению надежности работы датчика.

Формула изобретения

1. Оптическая система датчика углового положения вала, содержащая, последовательно расположенные и опти

.

чески связанные источник излучения, конденсор, два оптических лимба, оди из которых скреплен с валом, объектив и фотоприемник, отличающаяся тем, что, с целью увеличе ния надежности работы датчика, она снабжена проекционной системой, выполненной в виде призмы прямого зрения с нечетным числом отражающих граней, и объективом, состоящим из двух положительных элементов с общим увеличением, равным единице, проекционная система установлена между лимбами, призма прямого зрения установлена между положительными элемен тами объектива и расположена так, что ее отражающие грани перпендикулярны- плоскости, проходящей через ось вала и оптическую ось объектива а Второй лимб жестко скрепляется с валом.

2. Оптическая система датчика углового положения вала, содержащая ///7/

-

(

10

I23I

- 5

15

20

4034

последовательно расположенные и оптически связанные источник излучения, конденсор, два оптических лимба, один из которых скреплен с валом, объектив и фотоприемник, отличающаяся тем, что, с целью увеличения надежности работы датчика, проекционная система вьшолнена в виде двзгх призм, каждая из которых имеет одну отражающую грань, и объектива с увеличением, равным единице, одна из поверхностей которого вьтолнена с вогнутым зеркалом, а другая - с контрзеркалом, поверхность объектива с контрзеркалом выполнена в виде плоскости и объектив расположен так, что его поверхность перпендикулярна плоскостям обоих лимбов, обе призмы расположены последовательно по ходу излучения до и после объектива и скреплены с его плоской поверхностью, а второй лимб жестко скрепляется с валом.

7

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить надежность работы датчика путем уменьшения влияния осевых биений вала, возникающих в процессе эксплуатации датчика. Световой поток от источника, пройдя конденсор, равномерно освещает рабочий участок первого оптического лимба, изображение штрихов которого с помощью объектива проекционной системы проектируется в плоскость рабочего участка второго лимба. Призма прямого зрения с нечетным числом отражающих граней и объектив зеркально переворачивают изображение штрихов первого лимба. При вращении вала с жестко скрепленными с ним лимбами штрихи второго лимба перемещаются навстречу движению изображения штрихов первого лимба. Фотоприемник преобра- зует промодулированньй сигнал в импульсный фотоэлектрический сигнал, который затем используется для определения угла поворота вала путем от- .считьшания количества импульсов. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. Q (/ :о :о

фиг.1

хуу/х

фиг.г

Редактор А.Огар

Составитель Н„Солоухин

Техред И.Попов1 :ч Корректор В.Синицкая

Заказ 2556/47 Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно

-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4