Оптико-электронное углоизмерительное устройство Советский патент 1987 года по МПК G01B21/22 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к автоматическим углоизмерительным приборам и может применяться в станкостроении, в приборостроении, в строительстве, 5 при монтаже оборудования, в геодезии.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия за счет исключения погрешностей от флуктуации и JQ исключения механических частей. ,.

На фиг.1 приведена схема устройства при регистрации в падающем луче; на фиго2 - то же, при регистрации в переотраженнбм луче,J5

Устройство содержит объектив 1, разделительную призму 2, излучатели 3 и 4, например светодиоды, светоде- лительиый злемент 5, опорный фотоприемник 6, опорный инвертирующий усили- 2Q тель 7 (переменного тока). Вышеуказанные элементы могут быть объединены в коллиматор 8. Устройство содержит также объектив 9, диафрагму 10 основной фотоприемник 11, основной инвертирую- 25 щий усилитель 12 (переменного тока), двухпозиционный ключ 13, блок 14 управления, аналого-цифровой преобразователь 15, вычислитель 16 и блок 17 питания излучателей.

Выход основного усилителя 12 соединен с первым вхо дом двухпозиционно- го ключа 13, второй вход которого соединен с выходом опорного усилителя

назначенную для скрепления с объектом, разделительная призма 2 выполняется с фаской 19, при зтом основной фотоприемник 11 и основной усилитель 12 устанавливаются за призмой 2 в отраженном луче.

Устройство работает следующим образом.

В вычислителе 16 производится вычисление угла поворота по фйрмуле

ci где Up,

.Уг.11:.

Up, и

JP

0 04

o4+UpUo3

сигнал,поступаемьй на излучатели 3 и 4 при соединении блока 17 питания с основным усилителем 12;

сигнал, поступаемый на излучатели 3 и 4 при объединении блока 17 питания с опорным усилителем 7; Л л - величина, равная половине ширины диафрагмы в угловой мере.

Амплитуды излучения излучателей 3 и 4 одинаковы.

Свет от излучателей 3 и 4, излуча- 30 емых в противофазе, отражаясь от граней разделительной призмы 2, освещает две зоны в фокальной плоскости объектива 1. Эти зоны разделен ы между собой ребром призмы 2. Освещаемые зоны 7, а третий - с выходом блока Нупра-, проектируются объективами 1 и 9 в вления. Выход двухпозиционного ключа плоскости диафрагмы 10. Если оптичес- 13 соединен с блоком 17 питания излу- кие оси коллиматора 8 и приемного бло- чателей, выходы которого также соеди- ка параллельны, то половина диафрагмы йены со входом аналого-цифрового пре- . 10 освещена излучателем 3, а вторая - образователя 15. Выход преобразовате- о излучателем 4. На выходе фотоприемни- ля соединен с входом вычислителя 16. ка 11 при одинаковой яркости излуча- Блок 14 управления также электрически телей 3 и 4 будет только постоянный соединен с аналого-цифровым преобра- сигнал. С выхода усилителя 12 сигнал зователем. Блок 17 питания выполнен отсутствует. При одинаковых яркостях с возможностью регулировки тока, про- 45 излучателей 3 и 4 на выходе усилителя ходящего через излучатели (светодио- 7 сигнал также отсутствует. При пово- Ды).роте коллиматора 8 или приемного блоИзлучатели 3 и 4 оптически связаны ка на некоторый угол о часть диафраг- через разделительную призму 2, объек- мь: 10, освещаемая одним из излучате- тив 1, объектив 9, диафрагму 10 с ос- Q лей становится больше, чем диафрагма, новным фотоприемником 11, который освещаемая другим излучателем. На выходе усилителя 12 появляется переменный сигнал по фазе, противоположный сигналу, создаваемому излучателем, 55 освещаемым большую часть диафрагмы 10. Амплитуда этого сигнала пропорциональна углу поворота об .

При замыкании ключом 13 цепи усилитель 12 - блок 17 питания образуетэлектрически соединен с основным усилителем 12. Одновременно излучатели 3 и 4 через разделительную призму 2, светоделительный элемент 5 оптически связан с фотоприемником 6, который .электрически соединен с усилителем 7. Устройство (фиг.2) содержит также переотражающую поверхность 18 предназначенную для скрепления с объектом, разделительная призма 2 выполняется с фаской 19, при зтом основной фотоприемник 11 и основной усилитель 12 устанавливаются за призмой 2 в отраженном луче.

Устройство работает следующим образом.

В вычислителе 16 производится вычисление угла поворота по фйрмуле

ci де Up,

.Уг.11:.

Up, и

JP

0 04

o4+UpUo3

сигнал,поступаемьй на излучатели 3 и 4 при соединении блока 17 питания с основным усилителем 12;

сигнал, поступаемый на излучатели 3 и 4 при объединении блока 17 питания с опорным усилителем 7; Л л - величина, равная половине ширины диафрагмы в угловой мере.

ся цепь отрицательной обратной связи. При наличии угла поворота образуется сигнал обратной связи, который регулирует сигналы, подаваемые на излучатели. При этом сигнал, подаваемый на излучатель, освещаемый большей частью диафрагмы 10, уменьшается, а сигнал, подаваемый на излучатель, освещаемый меньшей частью диафрагмы, увеличивается до величины, при которой созда- tO ются такие потоки излучения, сумма которых на. выходе фотоприемника 11 не создает переменный сигнал. В этом случае сигналы , поступаемые на излучатели 3 и 4, зависят только от угла по- 5 ворота (Л, половины ширины диафрагмы 10 в угловой мере и коэффициентов К и К преобразования сигналов, подавана излучатели, в световой поток, чув- ,ствительности фотоприемников и пропускания оптического тракта. Регулирование сигналов, поступаемых на излучатели 4 и 5, может быть реализовано в нескольких вариантах. В одном из вариантов сигнал обратной связи, вырабатываемый усилителями-инверторами, суммируется с сигналами, постоянно подаваемыми на излучатели.

Пусть при отсутствии разворота и одинаковых коэффициентах преобразования сигнала, подаваемого на излучатели в световой поток, излучатель 3 за- питьшается напряжением Usinut, а излучатель 4 - напряжением Usin(Qt+180°). При соединении усилителя 12 с сумматорами вследствие действия отрицательной обратной связи на входе излучатеемых на излучатели 3 и 4, в яркость излучателей и не: зависит от коэффици-20 лей появляется дополнительный сигнал ентов усиления усилителей 7 и 12, обратной связи uU,, т.е. на входе из- чувствительности фотоприемников б и 11, коэффициентов поглощения оптического тракта. В то же время при замывен

кании ключом 13 цепи усилитель 7 - йЦ блок 17 питания и неравенстве коэффициентов преобразования К и Kg образуется сигнал обратной связи, который регулирует сигналы, подаваемые на излучатели 3 и 4 до тех пор, пока на 30 выходе фотоприемника 6 отсутствует переменный сигнал. В этом случае сигналы, поступаемые на излучатели 3 и 4, зависят только от коэффициентов преобразования К, К. Сигналы Up,, 35

лучателей будет сигнал

Usinut + uUi и Usin((Ot + 180°)H-bU,2. Определим от чего зависит сигнал

;,2

На выходе ключа 13 этот сигнал раи

и

О5 I UQ ,

% у d i П CLJIDI . Ly По у

подаваемые на излучаР

тели 3 и 4, в аналого-цифровом преобразователе 15 преобразовываются в код и поступают в вычислитель 16, где угол об определяется по формуле

(Usinot+MI,) (oij +Ы-)K3KK,,K,jKi3 bge + + (-Usincot+uU,.2) (cij -л)К KK,,K,,, og cr, где К - конструктивный коэффициент,

зависящий от апертурного угла высоты п ширины диафрагмы и фокусного расстояния объектива;

оба - угол, соответствующий половине ширины диафрагмы, рад; Cg, с - коэффициенты пропускания коллиматора 8 и приемного блока; К,, - коэффициент преобразования 40 фотоприемника 11 (интегральная чувствительность); К, - коэффициент усиления усилителя.

об

( .Ki Up3 Uo4 -Up, Uo,

Угол об заложен в вычислителе.

Полученный таким образом угол не зависит от изменения коэффициентов усиления усилителей, коэффициентов преобразования сигналов, подаваемых

ли,

( +(U, sin CO ttgt KK,,K,K,3 . (U, -U )cc sinot + CUK, +U,, )oisinut

---ir,lK--.rj-.lKr-r,

Cg с К.1ЧцК,.|К.и3 3

в случае глубокой отрицательной 55

В этом случае

0.

обратной связи коэффициент усиления К,, выбир°ают таким образом, чтобы произведение Tg , было гора; до больше чем 1, например 1000.

на излучатели, в световой поток, чув- ,ствительности фотоприемников и пропускания оптического тракта. Регулирование сигналов, поступаемых на излучатели 4 и 5, может быть реализовано в нескольких вариантах. В одном из вариантов сигнал обратной связи, вырабатываемый усилителями-инверторами, суммируется с сигналами, постоянно подаваемыми на излучатели.

Пусть при отсутствии разворота и одинаковых коэффициентах преобразования сигнала, подаваемого на излучатели в световой поток, излучатель 3 за- питьшается напряжением Usinut, а излучатель 4 - напряжением Usin(Qt+180°). При соединении усилителя 12 с сумматорами вследствие действия отрицательной обратной связи на входе излучателей появляется дополнительный сигнал обратной связи uU,, т.е. на входе из-

лей появляется дополнительный сигнал обратной связи uU,, т.е. на входе из

йЦ

лучателей будет сигнал

Usinut + uUi и Usin((Ot + 180°)H-bU,2. Определим от чего зависит сигнал

;,2

На выходе ключа 13 этот сигнал равен

йЦ

йЦ

(Usinot+MI,) (oij +Ы-)K3KK,,K,jKi3 bge + + (-Usincot+uU,.2) (cij -л)К KK,,K,,, og cr, где К - конструктивный коэффициент,

зависящий от апертурного угла, высоты п ширины диафрагмы и фокусного расстояния объектива;

оба - угол, соответствующий половине ширины диафрагмы, рад; Cg, с - коэффициенты пропускания коллиматора 8 и приемного блока; К,, - коэффициент преобразования фотоприемника 11 (интегральная чувствительность); К, - коэффициент усиления усилителя.

Отрицательное значение этого пере- менного сигнала равно сигналу обратной связи uU,2, т.е. (Usinot+uUij) (o:,j + )K,KK,,K,iK, -(-Usincot-i-uU|i) (ccj -u:,),,K:,jK,,i:g t uU,2.

Отсюда получаем

В этом случае

КТз KKnK,jK,5

0.

Таким образом, сигнал обратной связи с учетом принятого отношения

Ь.8

равен

и S (Kj,-Кд), j;K4 ) .| (K,+K)+(K,-K4)

Usinut oia(S-l)+ci(8 + 1)

)+06(8-1)

Сигнал, поступающий на излучатель 3,,равен.JO

...

Сигнал, поступающий на излучатель 4, равен

п -.n nnf+ATi - 25i ti lysiB«t 5

% Usinut+iU, - (5 + )(g).

Аналогичным образом можно опреде- . лить сигналы, поступающие на излучатель 3 (Ugj ) и излучатель 4 (UQ ) .

Оптико -электронное углоизмеритель- ное устройство, содержащее два излучателя, регулируемый блок питания, предназначенный для противофазного питания излучателей, разделительную призму, объектив, светоделительный элемент, основной и опорный фотоприемники, электрически соединенные с основным и опорным усилителями, отличающееся тем, что, с. целью повышения точности и быстродействия, оно снабжено двухпозиционным

При соединении усилителя 7 с блоком 20 ключом, блоком управления, -аналого- цифровым преобразователем, вычислителем, усилители выполнены инвертирую17 питания эти сигналы равны

ZUsinot ,, ZS Usinut

U,

о

S+1

Uo,

5 + 1

щими, выход основного усилителя соединен с первым входом двухпозиционного

щими, выход основного усилителя соеди нен с первым входом двухпозиционного

Подставив сигналы Up, , Up , , 25 , которого соединен

а

-об,

и04 В выражения для определения угла fci, получаем

. Up, и„ -J-Up, Uo3 т.е. угол поворота. При этом определяемый угол не зависит от изменения коэффициентов преобразования фотоприемников, коэффициента усиления усили30

с выходом опорного усилителя, а третий - с первым выходом блока управления 5 выход двухпозиционного ключа соединен с блоком питания, выходы которого через излучатели соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом вычислителя.

13055396

телей, коэффициента преобразования оптического тракта, коэффициентов преобразования сигналов, подаваемых на излучатели.

5

Формула изобретения

Оптико -электронное углоизмеритель- ное устройство, содержащее два излучателя, регулируемый блок питания, предназначенный для противофазного питания излучателей, разделительную призму, объектив, светоделительный элемент, основной и опорный фотоприемники, электрически соединенные с основным и опорным усилителями, отличающееся тем, что, с. целью повышения точности и быстродействия, оно снабжено двухпозиционным

ключом, блоком управления, -аналого- цифровым преобразователем, вычислителем, усилители выполнены инвертирующими, выход основного усилителя соединен с первым входом двухпозиционного

, которого соединен

30

с выходом опорного усилителя, а третий - с первым выходом блока управления 5 выход двухпозиционного ключа соединен с блоком питания, выходы которого через излучатели соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом вычислителя.

Фиг. 2

Редактор П.Герехии

Составитель Е.Глазкова

Техред Л-Сердюкова Корректор М. Самборская

Заказ 1420/39Тираж 678 Подписное

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

Изобретение относится .к измерительной технике. Целью изобретения является повьшение точности и быстро- действия за счет исключения погрешностей от флуктуации и исключения механических частей. Устройство, содержащее два излучателя 3 и 4, запитывае- мых протнвофазно от блока 17, и опорный 6 и основной 11 фотоприемники, позволяет исключить влияние погрешностей путем сопоставления сигналов с двух идентичных приемников 6 и 11. 2 ил. (Л о СП ел со CD Фиг.1