Фотоэлектрический автоколлиматор Советский патент 1989 года по МПК G01B11/26 

////////f у/////// Фиг. 1

Изобретение относится к прецизионной измерительной технике, в частности к измерению углового положения объектов с помощью оптико-электрон- ных двухкоординатных датчиков угла, и может йыть использовано в составе бесконтактных систем слежения за угловым положением объекта.

Цель изобретения - повышение точ- ности и стабильности измерений за счет снижения светопотерь и устранения локальных изменений в яркости излучающей поверхности светодиода.

На фиг. 1 представлена схема пред лагаемого автоколлиматора; на фиг.2- схема обработки сигнала; на фиг.З -. оптический блок.

Фотоэлектрический автоколлиматор содержит (фиг. 1) измеритель в виде светодиода 1 и последовательно установленные по ходу излучения от светодиода 1 диафрагму 2, оптический блок 3 (фиг. 3), выполненный в виде четырех оптических секторов 4 прямоуголь но го сечения, объектив 5, отражатель 6, предназначенный для скрепления с объектом (не показан) установленный в обратном ходе от отражателя 6 позиционно-чувствительный фотоприем- ник в виде квадрантного фотодиода 7, а также электронный блок обработки сигнала (фиг. 2).

Вершины оптических секторов 4 оптического блока 3 (фиг. 3) расположены на оптической оси, а плоские грани перпендикулярны к ней и вплотную примыкают к объектву 5.

Квадрантный фотодиод 7 выполнен с отверстием в центре, диаметр кото рого равен диаметру диафрагмы 2, а размер светочувствительной площадки А, В, С, D со стороной, равной двум диаметрам отверстия диафрагмы 2, и установлен на диафрагме 2 соосно с ней со стороны отражателя 6 таким образом, что линии раздела квадрантов фотодиода 7 совпадают с ребрами оптических секторов 4 оптического блока 3. Угол при вершине каждого и оптических секторов 4 определяется из соотношения

,

где Р - диаметр диафрагмы 2;

f - фокусное расстояние объектива 5.

5 о

0 45 Q

55

5

Электронный блок обработки сигнала (фиг. 2) включает в себя суммиру- юрше усилители 8-11 и дифференциальные усилители 12 и 13. Светочувствительные площадки А, В, С, D квадрантов фотодиода 7 (фиг. 1) подключены попарно к входам электронных блоков обработки сигнала. Эта схема превращает квадрантный фотодиод 7 в совокупность двух независиьых дифференциальных фотодиодов 12 и 13.

Устройство работает следующим образом.

Лучи, выходящие из светодиода 1, проходят через оптические секторы 4, объектив 5 и, отразившись от отражателя 6,. укрепленного на объекте (не показан), попадают на светочувствительные площадки А, В, С, D квадрантного фотодиода 7. Так как в прямом и обратном направлениях находятся оптические секторы 4, то отраженньй луч отклоняется от первоначального

направления.

В случае, когда оптическая ось автоколлиматора совмещена с нормалью к отражателю 6, укрепленному на объекте (не показан), изображения отверстия вплотную примыкают к его отверстию, и расположены вдоль диагоналей квадрантного фотодиода 7. При этом на выходе электронного блока обработки сигналов (фиг. 2) по обеим осям отмечаются нули. При наклоне отражателя 6 эти изображения оказываются сдвинутыми что влечет за собой перераспределение энергии, попадающей на светочувствительные площадки А, В, С, D, и электронным блоком обработки сигнала производится оценка величины наклона отражателя по двум взаимно перпендикулярным осям.

Формула изобретения

Фотоэлектрический автоколлиматор дпя определения углового положения объекта, содержащий излучатель в виде светодиода и последовательно установленные по ходу излучения от светодиода диафрагму, оптический блок, объектив, отражатель, предназначенный дпя скрепления с объектом, установленный в обратном ходе от отражателя позиционно-чувствительный фотоприемник и блок обработки сигнала,, отличающийся тем, что.

Изобретение предназначено для использования в бесконтактных системах слежения за угловым положением . объекта. Целью изобретения является увеличение точности и достоверности измерений. Это достигается путем пропускания излучения от светодиода 1, экранированного диафрагмой 2, че рез оптический блок 3, состоящий из четырех оптических секторов 4 с прямоугольным профилем, и далее - через объектив 5. Луч, отразившись от отражателя 6, меняет свое направление на противоположное, и пройдя опять через объектив 5 и оптический блок 3, попадает на светочувствительные площадки квадрантного фотодиода 7. При перпендикулярности оси к отражателю 6 оптическая система строит четыре изображения дийЛрагмы 2 светодиода 1 , расположенные ваттотную к отверстию диафрагмы по диагоналям квадрантного фотодиода. Электронный блок 8 обработки сигнала фиксирует это положение как нулевое. При изменении положения отражателя 6 меняется и светораспределение на светочувствительных площадках квадрантного фотодиода 7. При этом суммируюгще усилители и дифферен1щальные усилители электронного блока 8 обработки сигнала фиксируют отклонение отражателя 6 .от нулевого положения по двум взаим- но пе зпендикулярным осям. 3 ил. 0 СП «.«.

фиг. 2

Составитель В.Минина Редактор Т.Парфенова Техред М.Дидык

Заказ 1348/46

Тираж 683

ВНШШИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фиг.З

Корректор В.Гирняк

Подписное