Фотоэлектрический автоколлиматор Советский патент 1988 года по МПК G01B21/22 

±

00

ээ со со

10

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений углов в метрологии и машиностроении.„

о

Цель изобретения - повышение точности измерения углов за счет использования маски, выполненной в виде двух щелей, расположенных под заданным углом.10

На фиг. 1 изображена структурная схема фотоэлектрического автоколлиматора; на фиг. 2 - вариант выполнения маски; на фиг. 3 - структурная схема блока регистрации; на фиг.4 - 15 временные диаграммы, поясняющие работу автоксллиматора.

Фотоэлектрический автоколлиматор содержит источник 1 излучения, марку 2, выполненную в виде пластины с 20 круглым отверстием малого диаметра, сканатор 3 с источником 4 управляющего напряжения, светоделитель 5, объектив 6, маску 7, фотоприемник 8, блок 9 регистрации,и объект 10. 25

Блок 9 регистрации (фиг. 3) содержит селектор 11 импульсов, триггер

12, счетчик 13, генератор 14 тактовых импульсов, оперативное запоминающее устройство 15, арифметико-ло- 30 гическое устройство 16, постоянное запоминающее устройство 17, дешифра- тор 18 и индикатор 19.

Фотоэлектрический автоколлиматор работает следующим образом.

Луч света от источника 1. излучения (фиг. 1) проходит через отверстие марки 2 и светоделителем 5 направляется на объектив 6. Отраженный от объекта 10 свет проходит через объектив 6 светоделитель 5 и собирается в фокальной плоскости объектива 6 на маске 7. Таким образом на маске 7 получается изображение марки 2, соответствующее светящейся точке. Сигнал с выхода источника 4 управляющего напряжения подается на блок 9 регистрации (фиг. 4а) и сканатор 3, который обеспечивает поступательное перемещение марки 2, а соответственно, и ее изображение по маске 7, по линейному закону (фиг.. 2 позиция А, фиг. 4б) . При прохождении лучом щели I и II в период прямого хода сканирования (Т„ ) образуются два световых импульса, интервалы времени между которыми равны ,(фиг. 4в).

При повороте объекта 10 на некоторый угол oi. , который необходимо из13686332

мерить, сретовой луч будет перемещаться по маске так, как показано на фиг. 2 (позиция В), и интервал времени между импульсами станет paвны о(фиг. 4г) .

Известное уравнение измерения углов автоколлиматорами имеет вид

40

45

50

оС

d 2f

(1)

где

ot - измеряемый, угол; f - фокусное расстояние объектива;

d - линейное смещение изображения марки относительно первоначального положения. В предлагаемом автоколлиматоре (фиг. 2)

-к л-х: У У а Хг X, их t g 9

где 9 - угол между щелями. Кроме того

35

- У,

V V

С| - 1

(2)

(3)

где

V - коэффициент связи между линейным смещением линий А и В и разностью длительностей импульсов €, и Tj.

Подставляя (3) в (2) ив (1), получаем уравнение измерения углов предлагаемого автоколлиматора:

Л/ -

1

2f

yt

(.) k(€ ,-r,)(4)

где k - коэффициент преобразования.

Из выражения (4) видно, что изменяя угол Э , можно получить различные чувствительности автоколлиматора.

Блок регистрации (фиг. 3) работает следующим образом.

Импульсы с фотоприемлика выделяются селектором 11 импульсов и поступают на счетный вход триггера 12, который формирует импульсы длительностью с, (С) (фиг. 4д,е), в течение которых счетчик 13 заполняется тактовыми импульсами генератора 14 тактовых импульсов. Синхронизирующие импульсы устанавливают в О триггер 12, исключая из его выходного сигнала 55 импульсы от фототока в период обрат- .ного хода сканирования (Т). На выходе счетчика 13 формируется двоичный код, соответствующий длительности е, и с 2 .

оС

d 2f

(1)

где

ot - измеряемый, угол; f - фокусное расстояние объектива;

d - линейное смещение изображения марки относительно первоначального положения. В предлагаемом автоколлиматоре (фиг. 2)

-к л-х: У У а Хг X, их t g 9

где 9 - угол между щелями. Кроме того

- У,

V V

С| - 1

(3)

где

V - коэффициент связи между линейным смещением линий А и В и разностью длительностей импульсов €, и Tj.

Подставляя (3) в (2) ив (1), получаем уравнение измерения углов предлагаемого автоколлиматора:

Л/ -

1

2f

yt

(.) k(€ ,-r,)(4)

где k - коэффициент преобразования.

Из выражения (4) видно, что изменяя угол Э , можно получить различные чувствительности автоколлиматора.

Блок регистрации (фиг. 3) работает следующим образом.

Импульсы с фотоприемлика выделяются селектором 11 импульсов и поступают на счетный вход триггера 12, который формирует импульсы длительностью с, (С) (фиг. 4д,е), в течение которых счетчик 13 заполняется тактовыми импульсами генератора 14 тактовых импульсов. Синхронизирующие импульсы устанавливают в О триггер 12, исключая из его выходного сигнала импульсы от фототока в период обрат- ного хода сканирования (Т). На выходе счетчика 13 формируется двоичный код, соответствующий длительности е, и с 2 .

Код длительности , запоминается в оперативном запоминающем устройстве 15 и после окончания измерений совместно с кодом длительности поступает на вход арифметико-логического устройства 16. Кроме того, на вход арифметико-логического устройства 16 поступают данные с постоянного запоминающего устройства 17, хранящего данные о коэффициенте преобразования k в выражении (4) и программу работы арифметико-логического устройства 16. Фиксация исходного углового положения объекта определяется моментом записи кода в оперативном запоминающем устройстве 15 и может задаваться, оператором или автоматически. После окончания измерений арифметико- логическое устройство 16 решает уравнение (4) и-результат расчета дешифрируется дешифратором 18 и отображается на индикаторе 19.

В автоколлиматоре в качестве изв качестве селектора импульсов, в простейшем случае, может быть использовано пор.оговое устройство на компараторе К55ЧСА2, в качестве триггера - микросхема К155ТВ1, счетчика - микросхема К155ИЕ7. Операционное запоминающее устройство, арифметико-логическое устройство и дешифратор выполнены на однокристальном центральном процессорном элементе КР580ИК80,постоянное запоминающее устройство - на микросхеме К573РФ1, а индикатор - на светодиодной матрице.

Формула изобретения

Фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий оптически связанные источник излучения, марку, светоделитель, объектив, сканатор с источником управляющего напряжения, фотоприемник, предназначенный для установки после светоделителя в отраженном световом

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов в метрологии и машиностроении. Цель изобретения - повышение точности измерения углов за счет использования маски, выполненной в. виде двух щелей, расположенных под заданным углом. Маска позволяет преобразовать угловое смещение объекта измерения в электрический сигнал, длительность которого пропорциональна угловому смещению. Сканатор 3, механически связанный с маркой 2, обеспечивает с помощью светоделителя 5 и объектива 6 сканирование светового пятна, отраженного от объекта 10 в плоскости маски 7 с.двумя щелями, расположенными под заданньм углом. Время между моментами попадания пятна на щели пропорционально угловому положению объекта 10. Это время вычисляется с помощью блока регистрации 9, который связан с источником управляющего напряжения 4. 4 ил. о S

лучателя может быть использована лам- 25 потоке, и блок регистрации, о т л и па накаливания. Марка может быть полнена в виде непрозрачной пластины с круглым отверстием малого диаметра, в качестве светоделителя использована прямоугольная призма или плос копараллельная пластина, а в качестве сканатора - генератор пилообразного напряжения, нагруженный на пьезоэлектрический элемент. Фотоприемник может быть выполнен в виде фотодиода.

чающийся тем, что, с целью повьш1ения точности, сканатор механически связан с маркой, автоколлиматор снабжен маской, установленной в 0 фокальной плоскости объектива перед фотоприемником и выполненной в виде двух щелей, расположенных под заданным (не равным iT/Z) углом, одна из которых ориентирована ортогонально траектории сканирования марки.

А/ h

Фиг2

Вход синхронизации I