Устройство для измерения расстояния до отражающей поверхности Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

I-isodpe reuHe относится к контрольно-из- мерите.пьной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения расстояния до отражающей поверхности, например, при измерении воздушных промежутков между оптическими компонентами объектива.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем использования многош,еле- вой диафрагмы.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - многошелевая диафрагма; на фиг. 3 - временные диафрагмы сигналов, формирующихся на выходах отдельных блоков.

Устройство содержит оптически связанные источник 1 света, многощелевую диафрагму 2, прозрачные окна 3 которой расположены симметрично относительно центральной непрозрачной части, блок 4 формирования изображения диафрагмы, выполненный в виде полупрозрачного элемента 5, коллими- рующего объектива 6 и фокусирующего объектива 7, привод 8, связанный с фокусирующим объективом 7, фотопреобразователь 9, выполненный в виде линейного пози- ционно-чувствительного фотоприемника на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС), последовательно соединенные блок 10 выборки, полосовой фильтр 11, детектор 12, фильтр 13 нижний частот, блок 14 индикации, блок 15 опроса, выходы которого соединены с управляюплими входами ПЗС 9 и блока 10 выборки, информационный вход блока 10 выборки подключен к выходу ПЗС 9. Кроме того, устройство содержит индикатор 16 положения, связанный с приводом 8. На фиг. 1 обозначен также элемент 17 с отражающими поверхностями, расстояние до которого измеряется.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток, формируемый источником 1 света, освещает многощелевую диафрагму 2. Изображение многощелевой диафрагмы 2 с помощью светоделительного элемента 5, коллимирующего объектива 6 и фокусирующего объектива 7, строится на отражающей поверхности элемента 17 и при обратном ходе с помощью фокусирующего объектива и коллимирующего объектива 6 на светочувствительной поверхности ПЗС 9.

Блок 15 опроса периодически формирует импульсы опроса ПЗС 9. На выходе ПЗС периодически формируются импульсы, огибающая которых пропорциональна распределению освещенности по светочувствительным площадкам ПЗС 9. Импульсы, снимаемые с выхода ПЗС 9, поступают на вход блока 10 выборки, на управляющий вход которого поступают синхронизирующие импульсы с блока 15 опроса.

На выходе блока 10 выборки форми- рется видеосигнл сложного спектра, амплитуда которого пропорциональна распределению освещенности по светочувствительным площадкам ПЗС 9.

Видеосигнал поступает на вход полосового фильтра II, выделяющего гармони- ческую составляющую, частота которой определяется расстоянием между изображением отдельных окон многощелевой диафрагмы 2 и временем опроса ПЗС 9.

Сигнал, выделенный полосовым фильтром 11, детектируется детектором 12, сглажи- вается фильтром 13 нижних частот и индицируется блоком 14 индикации.

При совпадении плоскостей изображения многощелевой диафрагмы 2 и отражающей поверхности элемента 17 глубина модуляции 5 изображения многощелевой диафрагмы 2, построенной на светочувствительной поверхности ПЗС 9, максимальна (фиг. За). При этом гармоническая составляющая, выделяемая полосовым фильтром 11, имеет максимальное значение и блок 14 индикации инди- 0 цирует максимальную величину.

При смещении плоскости изображения многощелевой диафрагмы 2 относительно отражающей поверхности элемента 17 глубина модуляции изображения многощелевой г диафрагмы 2, построенная на светочувствительной поверхности ПЗС 9, уменьшается (фиг. 36). При этом амплитуда гармонической составляющей, выделяемой полосовым фильтром 11, также уменьшается и блок 14 индикации индицирует меньшую ве- Q личину.

Перемещением фокусирующего объектива 7 приводом 8 устанавливается положение, при котором блок 14 индикации индицирует максимальную величину. Положение фокусирующего объектива 7 индицируется 5 индикатором 16 положения, который индицирует расстояние до отражающей поверхности.

Настройка устройства осуществляется путем установки эталонного элемента 17 с отражающей поверхностью, т. е. проводятся 0 измерения относительно эталонного расстояния.

Расположение прозрачных окон 3 многощелевой диафрагмы 2 симметрично относительно центральной непрозрачной части г (фиг. 2) повышает чувствительность устройства.

При непрерывном расположении прозрачных окон 3 на многощелевой диафрагме 2 глубина модуляции в центральной части изображения многощелевой диафрагмы 2 0 меньше изменяется по сравнению с изменением глубины модуляции от боковых частей по следующим причинам. Глубина резкости оптической системы, состоящей из объективов 6 и 7, по центру выще, чем по полю. Уменьшается влияние центральных пучков 5 лучей, отражающихся от последующих отражающих поверхностей элемента 17, которые создают дополнительную, мало изменяющуюся модуляцию изображения от центральной части изображения многощелевой диафрагмы 2 в случае расположения прозрачных окон в центральной части многощелевой диафрагмы 2. Многощелевая диафрагма 2 в совокупности с ПЗС 9 и полосовым фильтром 11 увеличивает соотношение сигнал/щум, что позволяет работать на более высоких пространственных частотах (меньщей ширине окон 3). Это, в свою очередь, повышает чувствительность и точность измерений.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения расстояния до отражающей поверхности объекта за счет повышения крутизны информационного сигнала, характеризующего моменты фокусирования изображения многощелевой диафрагмы на отражающую поверхность объекта.

Формула изобретения 1. Устройство для измерения расстояния до отражающей поверхности, содержащее оптически связанные источник света, диафDD

и 9

11

V--. Л illllllllllllllHi.........illllllliilllllliii...

11

Редактор А. Огар Заказ 2649/44

Составитель В. Чулков

Техред И. ВересКорректор А. Ильин

Тираж 677Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретеннй н открытий

I 13035, Москва, Ж-35. PayujCKaa наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предириятие, г. Ужгород, ул. Проект 1ая. 4

0

5

0

рагму, блок формирования изображения диафрагм, привод, связанный с блоком формирования изображения диафрагмы, индикатор положения, связанный с приводом, фотопреобразователь, блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательно соединенными блоком выборки, полосовым фильтром, детектором, фильтром нижних частот, выход которого соединен с входом блока индикации, блоком опроса, диафрагма выполнена многощелевой, фотопреобразователь выполнен в виде линейного пози- ционно-чувствительного фотоприемника, выходы блока опроса соединены с управляющими входами линейного позиционно-чувст- вительного фотоприемника и блока выборки, информационный вход которого подключен к выходу линейного позиционно-чувствитель- ного фотоприемника.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что прозрачные окна м,ног6щелевой диафрагмы расположены симметрично относительно центральной непрозрачной части.

3 2

/ /

фиг. 2

б

Фиг. 3

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения расстояний между оптическими компонентами объективов. Цель изобретения - повышение точности измерения путем повышения крутизны информационного сигнала, которая достигается использованием многощелевой диафрагмы 2. Изображение многощелевой диафрагмы 2, освещаемой источником 1 света, строится блоком 4 формирования изображения диафрагмы на отражающую поверхность. Отраженный сигнал преобразуется ПЗС 9 в видеосигнал, который выделяется блоком 10 выборки. Гармоническая составляющая видеосигнала выделяется полосовым фильтром 11, детектором 12, фильтром 13 нижних частот и регистрируется блоком 14 индикации. Расстояние до отражающей поверхности регистрируется индикатором 16 положения по перемещению фокусирующего объектива 7 приводом 8, который управляется индикатором 14 по достижении сигналом на его входе максимального значения. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. (О (Л со to о Oi Oi СО ipue.;