Устройство для измерения положения объекта Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено при измерении диаметров проволоки световолокна во время вытяжки и др« Цель изобретения - повьшшние точности измерений за счет исключения погрешностей от помех. На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы информационных импульсов; на фиг.З - блок-схема измерительного канала. Устройство содержит последовательно расположенные и оптически связанные лазер 1, оптический элемент 2, включающий микрообъектив и ксшлиматорный объектив для преобразования спектра угловых частот лазера, блок 3 сканирования, представляющий собой многогранное зеркало, установленнное с возможностью вращения с заданной частотой, оптическую систему, состоя щую из объектива 4, создающего изображение точечного источника в зоне нахождения объекта измерения и преоб разующего угловую развертку в линейную, полупрозрачного зеркала 5, уста новленного под углом 45° к оптическо оси и делящего сканируемый световой поток на два пучка, двух оборачивающих зеркал 6 и фокусирующей линзы 7, и два фотоприемника 8, два усилителя 9, соединенные с ними, два измерительных канала 10, подключенные к усилителям 9. Каждый канал 10 (фиг.З состоит из блока 11 временной селекции, блока измерения временных интер валов в виде генератора 12 тактовой частоты, двух схем 13 заполнения, первые входы которых соединены с ним а вторые с блоком 11 временной селек ции, и регистрирующей схемы 14 сравнения . Канал содержит также схему 15 задержки на к и две цепочки цифрового усреднения, каждая из которых состоит из соединенных последователь но делителя 16 на К , счетчика 17, буферного регистра 18 и цифроаналогового преобразователя 19. Цепочки включены между входами схемы 14 и выходами схем 13 заполнения„ Устройство работает следующкгм образом. Вышедщий из лазера 1 пучок света проходит через оптический элемент 2, в котором происходит преобразование спектра угловых частот лазера, и попадает на блок 3 сканирования, Преобразование углового расхождения света лазера необходимо для регулирования положения изображения точечного источника в зоне расположения объекта измерения„ Далее излучение попадает на объектив 4, который установлен от сканирующего многогранного зеркала блока 3 на расстоянии, равном его рабочему отрезку. Объектив 4 вьтолняет двоякую функцию. С одной стороны, осуществляет преобразование развертки из угловой в линейную, а с другой - фокусирует лазерньм луч, прошедший через оптический элемент 2, Световой поток делится полупрозрачным зеркалом 5 на два одинаковых пучка, распространяющихся на взаимно перпендикулярных направлениях. Зеркала 6 осуществляют поворот световых потоков так, что они оба одновременно проходят через зону, в которой находится измеряемый объект. Затем свет попадает на фокусирующие линзы 7, которые собирают его на фотоприемниках 8, Последние вырабатывают информационные сигналы, попадающие на усилители 9, Информационные сигналы фотоприемников предстаЕШЯют собой импульс засветки и теневой импульс (фиг,2). В отсутствие объекта измерения сигнал представляет собой импульс засветки (фиг.2с(), длительность которого () |равна времени сканирования, В случае; наличия объекта в зоне сканирования на импульсе засветки появляется теневой импульс (фиг,25), длительность которого (т ) определяется частотой вращения многогранного зеркала блока 3, фокусным расстоянием объектива 4, и равна времени прохождения светового сфокусированного луча через объект, т.е. пропорциональна размеру объекта измерения, Если объект будет прозрачным (волокно, штабики), то информационный импульс имеет вид, как на онный импульс имеет вид, как на фиг.26, Время Ту (фиг,2Б,ь) между начальН1Ф1 фронтом светового импульса и начальным фронтом теневого импульса несет информацию о положении объекта и может быть использовано для определения местоположения объекта измерения. Определение местоположения объ- екта в устройстве осуществляется пу31

тем сравнения длительностей первого и последнего информационных импульсов Т и Тг в измерительных каналах 10

Uf Ul

В каждом из измерительных каналов 10 усиленный с фотоприемника сигнал, несурщй информацию о .диаметре и координатах, поступает на блок 11 временной селекции, разделяющий по цепочкам первый и последний импульсы (первый и второй для непрозрачного объекта, первый и третий для прозрачного). На выходе блока 11 получаются два импульса, разность длительностей которых пропорциональна смещению объекта измерения от начала отсчета. Далее сигнал с блока измерения временных интервалов поступает на схему, где заполняется импульсами генератора 12 тактовой частоты для последующего сравнения в схеме 14. Для фильтрации от случайных помех и шумов, неизбежных в процессе измерения, разделенные импульсы подаются на две идентичные цепочки цифрового усреднения, состоящие из делителя 16 на К с коэффициентом деления К (трехфазного) счетчика 17, буферного регистра 18 и цифроаналогового преобразователя 19 напряжения.- С выхода цифроаналогового преобразователя 1.9 напряжения подаются на вход схемы 14 сравнения, на выходе которой формируется напряжение . -и , пропорциональное измеряемой величине.

Схема 16 задержки на К импульса синхронизации (на К шагов) в совокупности с делителем 16 на k предназначены для цифрового усреднения результатов К измерений.

При реализации усреднения по формуле

п .+ +-Dj

Р к К К

где п - значение любой величины при одном отсчете, емкость суммирукмцих счетчиков можно выбирать небольшой.

Число импульсов заполнения, деленное на К, накапливается в счетчиках

1094

17, которые суммируют импульсм К измерений. Дбленньй на К импульс синхронизации разрешает перезапись состояния счетчиков 17 в буферные регистры 18. С буферных регистров 18 информация переписывается в цифроаналоговые преобразоватепи 19, на выходах которых появляются напряжения, сравниваемые и усиливаемые схемой 14 сравнения. С выхода схемы 14 сравнения разность напряжений подается на индикацию и в устройство управления положением измеряемого объекта.

Ф о рм ула изобретения

Устройство для измерения положения объекта, содержащее оптически связанные лазер, блок сканирования, оптический блок, предназначенный для разделения светового потока на два взаимно перпендикулярных пучка, и два фотоприемника, установленные на соответствующих выходах оптического блока, два измерительных канала, каждый из которых состоит из блока временной селекции и блока измерения временных интервалов в виде генератора тактовой частоты, двух схем заполнения, первые входы которых связаны с ним, а вторые - с блоком временной селекции, и регистрирующей схемы сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, каждый измерительный канал снабжен схемой задержки на К, двумя цепочками цифрового усреднения, состоя1цими из соединенных последовательно делителя на К, счетчика, буферного регистра и цифроаналогового преобразова-тёля и включенными между соответствуккцими схемами заполнения и входами регистрирующей схемы сравнения блока измерения временных интервалов, вход схемы задержки на К подключен к входу блока временной селекции и выходу соответствующего фотоприемника, а выход - к вторым входам буферных регистров цепочек.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повьшение точности измерений за счет исключения погрешностей и помех. Устройство производит усреднение щСигнал с усилители (Непрозрачный одь&сг j j npo3pa4H(/ii по К-импульсам, где К равно числу граней зеркал многогранного зеркала блока сканирования. Усреднение позволяет, в частности, исключить погрешности от изготовления блока сканирования . Исключение других помех осуществляется при применении системы из двух идентичных цепочек, содержащих соединенные последовательно делитель 16, счетчик 17, буферный регистр 18 и цифроанапоговый преобразователь 19, сигналы с которых поступают на схему 14 сравнения. Устройство позволяет измерять смещения как прозрачных, так и непрозрачных объектов в двух взаимно перпендикулярных направлениях. 3 ил. (Л д-ц Фиг.З

У

ь

-

S Фиг. г