Оптико-электронное устройство для контроля положения объекта Советский патент 1987 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта в машиностроении

Целью изобретения является увеличение производительности контроля и измерения также углов скручивания за счет одновременного измерения угловых и линейных перемещений объекта.

На фиг,1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 - прямоугольные призмы одного из двух призменных блоков; на фиг. 3 - отражатель; на фиг.4 - положение изображения марки при наличии угла скручивания; на фиг. 5 - то же, при наличии коллимационных углов разворота объекта; на фиг. 6 - то же, при наличии перемещения объекта вдоль осей.

Устройство содержит марку, выполненную в виде экрана с двумя отверстиями 1 и 2, объектив 3 и позицион- но-чувствительный фотоприемник 4,нап ример ПЗС, матрицы, образующие автоколлиматор, коллиматор, включающий объектив 5 и марку 6, расположенную в фокальной плоскости, отражатель 7, вьшолненный из двух призменных блоков, каждый из которых включает две прямоугольные призмы 8 и 9, одна из крторых (9) выполнена усеченной. В гипотенузной грани усеченной призмы 9 выполнена сфера и на ее поверхность нанесено отражающее покрытие. Задняя фокальная плоскость автоколлиматора совмещена с фокусом сферы.

Отверстия 1 и 2 марки автоколлиматора расположены в плоскости главного сечения отражателя 7, а коллиматор - в плоскости, перпендикулярной ей. Объект на чертеже не показан.

Устройство работает следующим образом.

Объективом 3 автоколлиматора формируют параллельные пучки лучей от светящихся отверстий 1 и 2 марки и и направляют их на отражатель 7, све товозвращенные от него пучки лучей принимают объективом 3 автоколлиматора и строят их изображение на по- зиционно-чувствительном фотоприемни- ке 4, Одновременно формируют объективом 5 коллиматора параллельный пучок лучей от светящейся марки 6,направляют его через объектив 3 автоколлиматора на отражатель 7, отра

женный пучок лучей от отражакнцей поверхности сферы принимают объективом 3 автоколлиматора и также строят его изображение на позиционно5 чувствительном фотоприемнике 4. По положению изображения отверстий 1 и 2 марки 6 на чувствительной площадке позиционно-чувствительного фотоприемника 4 судят об угловых и нейных смещениях объекта (не показан) .

Центры изображений отверстий 1 и 2 марок при угловом повороте ч

f5 (угол скручивания) (фиг.4) смещаются относительно нулевого положения в противоположные стороны, на расстояние Y Y - , где Y и Y2 - текущие смещения центров изображений

20 отверстий 1 и 2 марки соответственно при угле поворота с по часовой

25

стрелке; Y - текущее суммарное расстояние между центрами изображений отверстий 1 и 2 марки.

Измеряемый угол поворота if вычисляют согласно зависимости

, t

+ Y, arcsin

- + Xi

- -41

30 где 1 - величина смещений центров светящихся отверстий 1 и 2 марки.

Коллимационные углы у и t/ y (фиг.5) вычисляются следующим обрат 35 зом:

t4 x 2 arctg

Y -, - Ч г

40

где f, - фокусное расстояние объектива 3 автоколлиматора.

tv. 2 arctg

45

2 arctg

X .,2

где Xl, и X2 - смещения изображений отверстий 1 и 2 марки.

Центр изображения марки 2 при сме50 щениях объекта (не показан) вдоль осей X и Y (фиг.6) смещается в противоположные стороны на расстояния X j и Yj соответственно, измеряемые смещения X и Y вычисляют следующим

55 образом:

(Х з - ,

л - 7/ - - I 1

где f 3 фокусное расстояние сферы

Y

f

С выходов позиционно-чувствитель- ного фотоприемника 4 снимают сигналы, пропорциональные смещениям У и Y, Х и Х, Xj и Yj, причем сигналы снимаются в порядке, согласованном с последовательностью излучаемых импульсов, при этом смещения Y/ и регистрируются только от изображений находящихся на вертикальной линии, проходящей через центр позиционно- чувствительного фотоприемника 4,

Для малых угловых отклонений объекта расчетные зависимости можно упростить, пренебрегая погрешностями (по причине их малых величин), возникающими при линеаризации тригонометри- 20 ческих функций, а также ошибками от действия, так называемых косинусных погрешностей, дающих симметричные смещения по координате X при угле по25

ворота.

Формула изобретения

Оптико-электронное устройство для контроля положения объекта, содержащее объектив, марку, установленную в фокальной плоскости объектива, и позиционно-чувствительный фотоприемник, оптически связанный с маркой, образующие фотоэлектрический автокол- лиматор, и отражатель, предназначенный для скрепления с контролируемым объектом, отличающееся тем, что, с целью повышения произво

дительности контроля и измерения так

fO

15

2025

30

35

40

же углов скручивания объекта, o}io снабжено коллиматором, выполненным из объектива и марки, отражатель выполнен из двух призменных блоков, каждый из которых состоит соответственно из двух прямоугольных призм, выполненных из материалов с различными показателями преломления, одна из призм в каждой из пар вьтолнена с усеченной плоскостью, перпендикулярной ее гипотенузной грани и расположенной от вершины прямого угла призмы на расстоянии, равном высоте второй призмы, и со сферой на части гипотенузной грани с нанесением на сферу отражающим покрытием, призмы скреплены одна по отношению к другой катетными гранями и ориентированы таким образом, что образуют призму АР - 90°,. призменные блоки соединены один с другим через призмы, которые вьтолнены со сферой на гипотенузной грани, марка автоколлиматора вьшолнена в виде экрана с двумя отверстиями, расположенными симметрично относительно оптической оси авто- коллиматора и лежащими в плоскости главного сечения отражателя, ориентированного таким образом, что фокус сферических поверхностей в призменных блоках совмещен с фокальной плоскостью объектива автоколлимато- ра, а коллиматор установлен перед объективом автоколлиматора по направлению излучения таким образом, что его оптическая ось параллельна (Оптической оси объектива, смещена от нее и лежит в плоскости, перпендикулярной главному сечению отражателя.

серебрить чернить

Фиг. 2

/

Фиг.З

фиг А

Ч

глх

г- ft

-г 1

JfL

q}i/f,ff

Редактор Т.Парфенова

Составитель Н,Солоухин Техред А.Кравчук

Фиг. 6

Корректор С.Шекмар

Заказ 1618/37Тираж 678

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

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта в машиностроении, Целью изобретения является увеличение производительности контроля и измерение также углов скручивания объекта за счет измерения угловых и линейных перемещений объекта без перефокусировки автоколлиматора. Формируют объективом 3 автоколлиматора параллельные пучки лучей от подсвечиваемой марки, вьпшлненной из двух отверстий 1 и 2, смещенных относительно оптической оси объектива 3, направляют сформированные пучки на отражатель 7, скрепленный с контролируемым объектом (не показан), Принимают пучки, отраженные от отражателя 7, объективом 3 автоколлимато- ра, строят их изображение на пози- ционно-чувствительном фотоприемнике 4 , например ПЗС матрице. Одновременно формируют объективом 5 коллиматора второй параллельный пучок лучей от марки 6, направляют его через объектив 3 автоколлиматора на от- ра :атель 7, отраженный пучок лучей от зеркальной поверхности сферы, выполненной в отражателе, также принимают объективом 3 автоколлиматора и строят его изображение на позицион- но-чувствительном фотоприемнике Д. По положению изображения марок фотоприемника судят об угловых и линейных смещениях объекта, 6 ил. S сл Фиг.г