Фотоэлектрический способ измерения перемещений излучателя и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

Од

С CD 00

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности - достигается путем устранения погрешностей, обусловленных несимметричным распределением освещенности изображения излучателя за счет компенсации фазы сигнала. При смещении изображения излучателя относительно оптической оси объекти-. ва 1 на выходе фазометра 5 появляется сигнал, пропорциональный углу рассогласования, который отрабатывается системой слежения, состоящей из блока 7 управления и привода 10. При вра щении растра 3 анализатора в противоположном направлении система слежения обрабатывает аналогичный сигнал. Поскольку погрешность, вызванная разъюстировкой оптических элементов, входит в о( с разными знаками в обоих измерениях,то результирующий сигнал от ее величины не зависит. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил. (О (Л

Фи.2

Изобретение относится к измерительной технике .и может быть использовано для измерения угловых и линейных перемещений излучателя.

Цель изобретения - повышение точности путем устранения погрешностей, обусловленных несимметричным распределением освещенности изображения излучателя за счет компенсации фазы. сигнала, вызванного несимметричностью распределения освещенности.

На фиг.1 изображены графически возможное несимметричное распределение освещенности Е f(x) в излучателе шириной d в направлении сканирования анализатора изображения, например, линейчатого растра; возможные оптические сигналы Ф f(t), формируемые анализатором изображения при сканировании излучателя в противоположных направлениях; на фиг,2-- функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит объектив J, оптический клин 2, радиально-сектор- ньш растр 3 анализатора изображения, фотоприемник 4, фазометр 5, генератор 6 опорного напряжения (ГОН), блок 7 управления, коммутатор 8, ре- версивный электродвигатель 9, привод 10 оптического клина, блок 3J питания.

При сканировании изображения излучателя по стрелке А фаза Cf оптического сигнала Ф f(t) относительно фазы опорного напряжения уменьшается на некоторую величину М , зависящую от характера распределения освещенности,

После отработки измеренной фазы сигнала (-/icf например, с помощью оптического компенсатора по его шкале можно отсчитать значение измеренного угла. При этом имеет место по- грешность измерения из-за уменьшения фазы сигнала на величину uit,

После остановки анализатора его снова включают и перемещают в противоположном направлении. При сканиро- вании изображения излучателя в противоположном направлении форма оптического сигнала изменяется (фиг,в), причем фронты и среды этого сигнала

становятся симметричными соответственно срезам и фронтам сигнала, изображенного на фиг,.б. В результате фаза сигнала увеличивается, на величину д I/ и компенсатор отрабатывает ее.

5 0

3 Q

Q

CQ

5

5

Следовательно, результирующая измеренная фаза сигнала при сканировании изображения излучателя в лротийопо- ложных направлениях зависит только от величины перемещения излучателя и не зависит от несимметричности распределения освещенности в изображении излучателя, т.е, исключается погрешность измерения, обусловленная указанной несимметричностью.

Устройство работает следующим образом.

При смещении изображения излуча- .оеля относительно оптической оси объектива 1 изменяется фаза сигнала с выхода фотонриемника А относительно фазы напряжения с ГОН 6. На выходе фазометра 5 возникает сигнал, пропорциональный .углу рассогласования с/ , который через блок 7 подается на привод 10, осуществляющий перемещение оптического клина 2 до тех пор, пока изображение излучателя не вернется в исходное положение, В этом случае фаза сигнала с выхода фото- приемника равна нулю относительно фазы опорного напряжения, что вызывает появление сигнала на входе коммутатора, осуществляющего реверсирование электродвигателя 9, В результате этого растр 3 анализатора вращается в противоположном направлении. При симметричном распределении освещенности в изображении излучателя ука-,- занная фаза с выхода фотоприемника 4 не изменяется, что вызовет появление сигнала на входе коммутатора В. Поэтому направление вращения растра анализатора возвращается в исходное положение.

В случае несимметричного распределения освещенности в изображении из- л чателяхпоявляется сдвиг фазы сигнала с выхода фотоприемника 4 относительно опорного напряжения, величина которого пропорциональна смещению энергетической оси изображения излучателя относительно его геометрической, оси, а знак зависит от направления этого смещения. В результате в приводе 10 оптического клина возникает сигнал, обеспечивающий отработку смещения энергетической оси изображения излучателя относительно геометрической,, т.е. компенсацию погрешности из-за несимметричного распределения освещенности в изображении излучателя „

Вместо одного врап;ающегося или поступательно перемещающегося анализатора изображения.в устройстве можно использовать для анализатора изображения с приводами, подключенными к коммутатору, один из которых сканирует изображение излучателя в направлении, противоположном направлению сканирования другого анализатора. Эти анализаторы устанавливают в плоскостях раздвоенных изображений излучателя и включают последовательно. За вторым анализатором в этом случае устанавливают второй фотоприемник, подключенный к второму фазометру, электрически связанному с блоком управления. На вход второго фазометра подключает второй ГОН.

Возможна, также установка двух ана- лизаторов изображения, перемещающихся в одном и том же направлении, на одинаковьгх расстояних от плоскости изображения излучателя. В этом случае они сканируют изображение излучателя поочередно во взаимно противоположных направлениях. Формула изобретенн я

1 , Фотоэлектрический способ,измерения перемещений, излучателя, заключаю- ЗО рого анализатора изображения, вторым щийся в том, что формируют изображе- фотоприемником и вторым фазометром, ние излучателя, сканируют изображение растровым анализатором в направлении перемещения изображения излучателя.

выход коммутатора подкльэчен также к второму блоку вращения второго анализатора изображения, каждый г,з ннапреобразую т оптический сигнал в элект-.,с лизаторов размещен в соответствующем

рический, измеряют сдвиг фаз, определяют величину перемещения излучателя, отличающийся тем, что, с цел.ою повышения точности путем устра- ненья погрешностей из-за несимметричности распределения освещенности в изображении излучателя, компенсируют измеренный сдвиг фаз оптического сигнала, сканируют изображение излучателя растром анализатора В противоположном направлении, преобразуют оптический сигнал в электрический, изме ряют сдвиг фаз, компенсируют его, а

световом потоке, анализаторы установлены с возможностью противоположного вращения, генератор опорного напряжения выполнен двухканальным, а каж- 0 ДЬ1Й из каналов связан с соответствующим анализатором оптически,

4, Устройство по п.2, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабже- g но вторым анализатором, анализаторы установлены симметрично фокальной .плоскости объектива, а блок вращения .первого анализатора и генератор опор- ного напряжения выполнены двухканаль4, Устройство по п.2, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабже- g но вторым анализатором, анализаторы установлены симметрично фокальной .плоскости объектива, а блок вращения .первого анализатора и генератор опор- ного напряжения выполнены двухканальвеличину перемещения излучателя определяют по величине перемещения компен-.ными, каждый из каналов блока вращения сатора.анализаторов кинематически связан с

тив, анализатор изображения, выпол-соответствующим анализатором оптичесненный в виде вращающегося радиально-ки.

секторного растра,фотоприемник, фазометр, подключенный к нему, о т л и чающе ее я тем, что, с иелью повышения точности за счет устранения погрешностей из-за несимметричности распределения освещенности в изображении излучателя, оно снабжено коммутатором, блоком вращения ана- лизатора изображения, блоком питания, блоком управления, компенсатором и блоком перемещения компенсатора, один выход блока управления соединен с блоком перемещения компенсатора, другой выход - с управляющим входом коммутатора, предназначенного для подключения блока питания к блоку вращения анализатора изображения, а компенсатор установлен по ходу светового луча перед анализатором изобракеиик „

рого анализатора изображения, вторым фотоприемником и вторым фазометром,

выход коммутатора подкльэчен также к второму блоку вращения второго анализатора изображения, каждый г,з ннасветовом потоке, анализаторы установлены с возможностью противоположного вращения, генератор опорного напряжения выполнен двухканальным, а каж- ДЬ1Й из каналов связан с соответствующим анализатором оптически,

4, Устройство по п.2, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабже- но вторым анализатором, анализаторы установлены симметрично фокальной плоскости объектива, а блок вращения первого анализатора и генератор опор- ного напряжения выполнены двухканальными, каждый из каналов блока вращения анализаторов кинематически связан с

&lf

%J

Фиг.1