Оптико-электронное устройство для контроля положения объекта Советский патент 1988 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля углового поворота объекта и его линейных смещений при сборке, монтаже и эксплуатации изделий .

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения также линейных пере- мещений объекта.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг.2 и 3 - положение изображения марок на фотоприемнике при различных смещениях конт- ролируемого объекта.

Устройство содержит три источника излучения (не показаны), три марки 1-3, объектив 4, в фокальной плоскости которого расположены две мар- ки 1 и 2, смещенные с его оптической оси на равное расстояние, и второй объектив 5, расположенный между марками 1 и 2, в фокусе которого установлена марка 3, образуюв1ие передающий узел, проекционньй объектив 6, два приемных объектива 7 и 8, позици онно-чувствительный фотоприемник 9 и блок обработки (не показан), образующие приемный узел 10, скрепляемы с контролируемым объектом.

Проекционный объектив 6 расположе между двумя приемными объективами 7 и 8, оптические оси которых параллельны оптической оси передающего узла.

На фиг.2 и 3 обозначено изображение марок на фотоприемнике от марок 1 и 2 соответственно 11 и 12 и от марки 3 ее изображение 13.

Изображение марки 3 на оптической оси передающего узла, формируемое объективами 4 и 5, совпадает с плоскостью предметов проекционного объектива 6, а его плоскость изображения совпадает с фотоприемником 9.

Объект контроля имеет возможность поворота и смещения относительно осе X, Y, Z (фиг.1) на углы и линейную величину в плоскости XY.

Устройство работает следующим образом.

Последовательно включают источник излучения, освещая соответственно марки 1-3. При подсветке марок 1 и 2 объектив 4 формирует коллимированньй пучок излучения, наклоненный к оптической оси по разные стороны от не е. Калсдый из кдллимированных пучков.

формируемых от марок 1 и 2, принимают соответствующим приемным объективом 7 и 8 и фокусируют его изображение в центре фотоприемника 9.

При подсветке марки 3 ее изображение объективами 4 и 5 строится на оптической оси передающего узла между объективом 4 и проекционным объективом 6, который проектирует ее изображение в центр фотоприемника 9. На фиг.1 показано совпадение изображений tpex марок в начальном положении.

При угловом развороте объекта изображения марок будут занимать различное пространственное положение на по- зиционно-чувствительном фотоприемнике.,

Так, например, при угловом повороте объекта на угол Ц (угол скручивания) центры изображения марок 1 и 2 смещаются относительно начального положения в противоположные стороны (фиг«2) на расстояние

У у + у

1

где у и у - текуище смещения центров изображений 11 и 12 марок 1 и 2 (фиг.1) соответственно при угл поворота qj по часовой стрелке,

у - текущее суммарное рас- стойние между центрами изображений марок. .С вьпсоДа позиционно-чувствительного фотоприемника 9 снимают сигналы,

/ I пропорциональные смещениям у, и у ,

причем сигналы снимаются в порядке, согласованном с последовательностью излучаемых импульсов светящимися марками 1 и 2, т.е. вначале , а затем у.

Угол поворота опрел ел я ют нз зависимости

V , + V L

+ cf arcsin

где е - величина смещений оптических

осей приемных объективов . 7 и 8.

Коллимационные углы поворота (- и (ц, определяют из зависимостей:

- / ,

У Уа ±ц| arctg

7,8

J II

X, + XiX .

±M u arctg nrctg T-,

2f

&

э.в

где f,„ - фокусное расстояние сим (О

мeтpIiчныx объективов 7 и 8

xj и x j - смещения центров изображений 11 и 12 марок 1 и 2 (фиг.З),

при этом сигналы, им пропорциональные, снимаются с выхода позиционно- чувствительного фотоприемника 9 аналогичным образом и в той же последовательности, как и при вычислении угла поворота с , т.е. вначале х,, а затем х.

При линейных смещениях объекта происходит смещение проекционного объектива 6 относительно изображения марки 3, формируемого передающим узлом, в результате чего объектив 6 строит ее изображение не в центре по- зиционно-чувствительного фотоприемника.

Измеряемые смещения объекта вдоль осей X и Y вычисляют из зависимости

, I I чЬ)

+х (xj - X )г-;

±У

(.IjL,-JLi)l±

У 2 2

де LI и 1/, - расстояния от главной Q плоскости проекционного объектива 6 до плоскости предмета и плоскости изображения соответственно

X и у - величина смещения изображения 13 марки 3 (фиг.З).

35

При вычислении значений линейных перемещений объекта предварительно

определяют величины х

I

и у,

у;

снимаемые с выхода позиционно-чув- ствительного фотоприемника.

10

15

20

25

Q о и

35

40

Формула изобретения Оптико-злектронное устройство для контроля положения объекта, содержащее два источника излучения, две марки и объектив, в фокальной плоскости которого установлены марки, расположенные напротив соответствующих источников по разные стороны от оптической оси объектива на равном расстоянии от нее и образующие передаю- . щий блок, и предназначенный для скрепления с контролируемым объектом прргемный блок, включающий два приемных объектива, установленные так, что их оптические оси параллельны одна другой и расположивны по разные стороны от оптической оси передающего блока на равном расстоянии от нее, каждьй из которых оптически связан с одной из марок, позиционно-чувстви- тельньй фотоприемник, установленный в фокальной плоскости приемных объективов, и блок обработки информации, электрически соединенньй с фотоприемником, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения также линейных перемещений объекта, оно снабжено последовательно установленными третьим источником излучения, третьей маркой и вторым объективом, в фокальной плоскости которого установлена третья марка, образующими коллиматор, расположенный между двумя марками вдоль оптической оси передающего блока, и проекционным объективом, установленным между двумя, приемными объективами так, что его оптическая ось совмещена с оптической осью передающего блока, его плоскость изображения совпадает с фотоприемником, а его плоскость предметов - с плоскостью изображения третьей марки.

9и.г.1

Изобретение позволяет контроли- .ровать угловые развороты и линейные перемещения объекта. Целью изобрете- ,нкя является расширение функциональных возможностей путем измерения также линейных перемещений объекта. Последовательно формируют три пучка измерения от передающего блока, два из которых коллимированы и наклонены по разные стороны от оптической оси передающего блока, а третий пучок сходящийся, с помощью него строят изображение соответствующей ему марки на оптической оси. Пучки принимают приемным узлом, скрепляемым с объектом, состоящим, из двух прием-, ных объективов и расположенного между ними проекционного объектива, плоскость изображения проекционного объектива совпадает с фокальными плоскостями приемных объективов и в ней расположен позиционно-чувствительный фотоприемник, соединенньй с блоком обработки. Каждый из приемных объективов оптически сопряжен с одной из двух смещенных с оптической оси марок, а проекционный объектив - с третьей маркой, расположенной на оптической оси передающего блока. На фотоприемнике приемными и проекционным объективами формируют изображение трех марок, по пространственному положению которых судят об угловом и линейном перемещении объекта, 3 ил. с S (Л 4ib 00 СП со со Од

uz.2

Хз

«iг9

Л -П . /

fPu.z,3