Двухкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор Советский патент 1989 года по МПК G02B27/30 

, г t

О

Изобретение относится к угломерным устройствам, где необходимо выполнение угловых измерений в автоматическом режиме.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности и точности измерений.

На фнг.1 представлена функциональная схема двухкоординатного фо- тоэлектрического автоколлиматораj на фиг,2 - структура анализатора изображения; на фиг.З - схема блока формирования импульсов; на фиг.4 - схема блока разделения координат на фиг.З - схема блока управленияj на фиг.6 - схема счетного блока; на фиг.7 - диаграммы формирования сигналов в схеме обработки.

Двухкоординатньш фотоэлектричес- кий автоколлиматор с.одержит источник 1 света, конденсоры 2 и 3,-меж- ду которыми установлеЪ сканирующий элемент 4 в виде вращающегося плоского зеркала, щелевую диафрагму 5, светоделитель 6, объектив 7 автоколлиматора, плоское зеркало 8, автоколлимационное зеркало 9, анализатор 10 изображения с двумя системами щелей, приемники 11 и 12 излуче ния, подключенные к формирователям 13 и 14 импульсов, выходы которых соединены соответственно с блоком 16 разделения координат и блоком 15 управления, генератор 17 счетных им- пульсов, подключенньш к соответствующим входам блока разделения координа и блока управления, и счетный блок 18, входы которого подключены к блоку разделения координат и блоку уп- равления.

Двухкоординатньй автоколлиматор работает следующим образом.

Излучение от источника 1 света падает на конденсор г- 2. Посксшъку источник 1 света установлен в фокальной плоскости конденсора 2, на выходе последнего формируется па- раллельньй пучок лучей. В параллельном пучке установлено вращающееся

плоское зеркало 4, являющееся сканирующим элементом прибора. Конденсор 3 строит изображение источника Г в плоскости щелевой диафрагмы 5. При вращении зеркала 4 изображе- кие излучателя сканирует в фокальной плоскости объектива автоколлиматора 7, на выходе этого объектива формируется параллельньй пучок, перемещаs

0 5 0 5 0

д

0

ющийся в горизонтально плоскости с постоянной угловой скоростью. При попадании пучка на отражатель 9, за- креплейньй на объекте, угловое положение которого контролируется, часть его отражается, проходит через объектив 7, светоделитель б и строит автоколлимационное изображение в плоскости анализатора 10. При этом автоколлимационное изображение перемещается в горизонтальном направлении параллельно оси X в зоне расположения первой системы щелей. Смещение линии сканирования относительно оси X зависит от углового рассогласования в перпендикулярном направлении, т.е. вдоль оси Y. Щель I (фиг.2) параллельна оси Y, а щель II наклонена к ней под углом pi .При попадании изображения на щели на выходе приемника 11 излучения появляются импульсы фототока, которые подаются на формирователь 13 импульсов. Форма сигналов, имеющих место на выходе формирователя 13, показана на фиг.7а. При этом импульс Ujf получен при прохождении изображения через щель 1 а импульс UB- - через щель II. Одновременно автоколлимационное изображение, создаваемое пучками, отраженными от зеркала 8, перемещается поперек второй системы щелей (фиг.2, 1, 2, 3, 4) вдоль направления X. При попадании изображения на щели и далее на приемник 12 излучения на выходе формирователя 14 импульсов возникают импульсы тока (фиг.76).

При этом первая и вторая системы щелей выполнены таким образом, что при отсутствии рассогласования по обеим осям имеет место совпадение соответственно импульсов U и Uu. Сигналы с формирователя 13 подаются в блок 16 разделения координат, а с формирователя 14 - в блок 15 уп- . равления. Блок 16 разделения координат фор1-1ирует пачки счетных импульсов NV; и М1,(фИГ.7г,д) , СООТ-.

ветствующие временным интервалам между опорным импульсом 1 и и, Uu соответственно. Счетные импульсы поступают на блок 16 с генератора 17 счетных импульсов. Блок 15 управления формирует импульс О, обеспечивающий проведение схемы в исходное состояние, управляющие сигналы,обеспечивающие работу блока 16 разделе 1509806

ния координат и счетного блока 18, ления а также пачку счетных импульсов между импульсами 1 и О.

В счетном блоке 18 осуществляется определение углового рассогласования по каждой из осей и нестабильности скорости сканирования. При этом предварительно определяются интервалы между импульсами 1 и 2 (пачка счетных импульсов (пачка счетных импульсов Nq) и 1

10

Выходы триггеров 26 и 27 связаны с первыми входами элементов И 28 и 29, на вторые входы которых подаются счетные импульсы от генератора 17. Выходы элементов И 28 и 29 подключены к соответствующим элементам счетного блока 18. Работа блока 16 заключается в следующем. При поступлении импульса О с блока 15 управления триггер 23 приводится в исходное состояние, при котором на элемент И 24 подается напряжение .с первого выхода триггера. Поэтому импульс U)( с формирователя 13 пропускается на триггер 27. Первые входы триггеров 26 и 27 подключены к устройству управления. При приходе управляющего сигнала в момент поступ- Для простоты рассуждения прием Л 45,20 ления на блок 15 управления импульса

и

Ny,)

4 (пачка счетных импульсов N) (фиг.7е, ж, к, и). Далее получают рассогласование вдоль оси X как uN . Рассогласование вдоль оси Y определяется выражением ЛNu(Nu + +U.N,-Nu ) tgTi. Значение угла oi принимается удобным для вычисления N(l.

15

тогда ДМ Nu+fiN -Ni,u . Нестабильность скорости вращения сканирующего зеркала оценивается через величину (j, где Ng - число счетных импульсов в интервале- между 1 и 4 импульсами, соответствующее расчетной скорости сканирования. Указанные значения N(, uNi, и & N вьщаются системой для дальнейшего использования (регистрации, управления,слежения и т.п.).

Блоки 13 и 14 формирования им- пульсов выполнены по схеме, приведенной на фиг.З. Сигнал с приемника 11 излучения подается на вход импульсного усилителя 19 и далее на амплитудный дискриминатор 20, с выхода которого снимаются сигналы, близкие по форме к прямоугольным. С помощью дифференцирующей цепи 21 получается последовательность импульсов, соответствующих переднему и заднему фронтам указанных сигналов. Импульсы отрицательной полярности срезают ся диодом 22. На выходе блока 13 образуются импульсы и,( и-Uu (фиг.7а), а на выходе блока 14 - импульса 4 (фиг.76). Блок 16 разделения координат (фиг.4) включает триггер 23, первьй вход которого, связан с выходом формирователя 13, а второй подключен к блоку 15 управления. К каждому выходу триггера подключены элементы И 24 и 25, вторые входы которых соединены с первым входом триггера 23. Выходы элементов И 24 и 25 соединены соответственно с первыми входами Триггеров 26 и 27, вторые входы которых подключены к блоку 15 управ 1 триггеры 26 и 27 опрокидываются и на элементы И 28 и 29 подается напряжение от соо.тветствующих триггеров. Поскольку на вторые входы эле- 25 ментов 28 и 29 подаются счетные импульсы от генератора 17, элементы И начинают пропускать их на счетный блок 18. В момент прихода импульса Uy возвращается в исходное положа- ние триггер 26, а в момент прихода импульса Uu - триггер 27. Таким образом, на счетньй блок проследует пачка счетных импульсов Nn и NX (фиг.7д,г).

Блок 15 управления (фиг. 5) слу30

35

40

45

50

55

жит для формирования импУльсов О и вьщачи управляющих сигналов, обеспечивающих штатную работу блоков 16 и 18. Формирование иьшульса О обеспечивается последовательно установленными интегрирующей цепью 30, пороговым устройством ,31, инвертором 32, дифферен цирующей цепью 33 и диодом 34.Интегрирующая цепь такова, что длительность периода сканирования разряда конденсатора несколько меньше периода сканирования, а порог срабатывания U элемента 31 устанавливается равным половине максимального выходного напряжения цепи 30. В момент прихода любого из импульсов с формирователя 14 конденсатор цепи 30 заряжается до максимального уровня (фиг.7о), пороговое устройство 31 срабатьшает и на выходе появляется напряжение. При разряде конденсатора за интервал времени между любой последовательной парой опорных импульсов напряжение на выходе

1 триггеры 26 и 27 опрокидываются и на элементы И 28 и 29 подается напряжение от соо.тветствующих триггеров. Поскольку на вторые входы эле- 5 ментов 28 и 29 подаются счетные импульсы от генератора 17, элементы И начинают пропускать их на счетный блок 18. В момент прихода импульса Uy возвращается в исходное положа- ние триггер 26, а в момент прихода импульса Uu - триггер 27. Таким образом, на счетньй блок проследует пачка счетных импульсов Nn и NX (фиг.7д,г).

Блок 15 управления (фиг. 5) слу0

5

0

5

0

5

жит для формирования импУльсов О и вьщачи управляющих сигналов, обеспечивающих штатную работу блоков 16 и 18. Формирование иьшульса О обеспечивается последовательно установленными интегрирующей цепью 30, пороговым устройством ,31, инвертором 32, дифферен цирующей цепью 33 и диодом 34.Интегрирующая цепь такова, что длительность периода сканирования разряда конденсатора несколько меньше периода сканирования, а порог срабатывания U элемента 31 устанавливается равным половине максимального выходного напряжения цепи 30. В момент прихода любого из импульсов с формирователя 14 конденсатор цепи 30 заряжается до максимального уровня (фиг.7о), пороговое устройство 31 срабатьшает и на выходе появляется напряжение. При разряде конденсатора за интервал времени между любой последовательной парой опорных импульсов напряжение на выходе

цепи 30 не снижается ниже порогового. После прихода последнего опорного импульса напряжение уменьшается до нуля и по достижении Uy, пороговое устройство приходит в исходное положение (фиг,7п). Для получения импульса О нужной полярности выходной сигнал элемента 31 инвертируется элементом 32 (фиг.Ур) и подается на дифференпзирующую цепь 33. Сигнал с выхода цепи 33 (фиг. 7с) подается на диод 34, завершающий формирование импульса О . (фиг.7в). Управляющие напряжения формируются при помощи десятичного счетчика 35, триггера 36 и элемента И 37. Счетчик 35 и триггер 36 приводятся в исходное положение шшульсом О. В момент прихода опорного импульса 1 на первом выходе счетчика 35 появляется напряжение. Это напряжение подается на триггер 36, а также на триггеры 26 и 27 блока 16 разделения координат, обеспечивая начал света пачек счетных импульсов N и NU. При подаче напряжения на триггер 36 он опрокидывается и открывает элемент И 37, на.которьй подают- .ся также счетные импульсы от генератора 17. Последние поступают в счетный блок 18. на счетчики 38-40. При поступлении импульса 2 появляется напряжение на втором выходе счетчика 35, подключенном к управляющему входу счетчика 38. Аналогично при поступлении импульсов 3 и 4 управляющие напряжения подаются на счетчики 39 и 40.

Счетньш блок 18 (фиг.6) включает счетчики 38-40, регистраторы 41-44, реверсивные счетчики 45-47, сумми-. рующее устройство 48. На счетные выходы счетчиков 38-40 в момент прихода импульса 1 начинают поступать счетные импульсы с элемента И 37 блока 15 управления. При поступлении напряжения с второго выхода счетчика 35 на управляющий вход счетчика 38 счет прекращается и фиксируется пачка импульсов (фиг. 7е). Аналогично счетчиком 39 фиксируется пачка импульсов Ыи (фиг.7ж), а счетчиком 40 - пачка импульсов NO« Затем по команде обнуления содер жимое счетчиков 38-4.0 подается в регистры 41-43. Выходы регистров 41 и 42 подключены к вычитающим входам реверсивных счетчиков 45 и 46, а выход ре0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

гистра 44 - к вычитающему входу счетчика 47. В регистре 44 хранится содержимое, соответствующее расчетной скорости сканирования. Содержимое регистров 41-44 передается на реверсивные счетчики по команде с первого выхода счетчика 35 блока 15 управления . Поскольку на суммирую11Д1е входы счетчиков 45 и 46 поступают пачки импульсов NX и N и соответственно, на выходах этих счетчиков формируются пачки Nj(-Nxo U.N (фиг. 7к) и NIJ-NI JI (фиг.7л), на выходе счетчика 47 формируется пачка счетных импульсов NO-NO U.NO . Для вычисления U.NU NU + u.N )( - NM выходы счетчиков 45 и 46 объединены суммирующим устройством 48, на выходе которого получается искомое значение &Nu.

Формула изобретения

Двухкоординатньй фотоэлектрический автоколлиматор, включающий последовательно установленные-источник света, конденсор, диафрагму, расположенную в фокальной плоскости объектива, светоделитель, объектив, автоколлимационное зеркало, а также анализатор в виде горизонтальной и вертикальной щелей и два фотоприемника со схемой обработки сигналов, отличающимися тем, что, с целью повьпиения помехозащищенности и точности измерений, в него введены плоское зеркало, расположенное на периферии объектива и жестко закрепленное перед ним, конденсор, установленньй под углом 90 относительно оптической оси первого конденсора непосредственно за источником света, сканирующее плоское зеркало, ось вращения которого расположена на пересечении оптических осей конденсоров, а анализатор снабжен дополнительной системой параллельных щелей, при этом горизонтальная щель основной системы расположена под углом oi 10-45°, к вертикальной щели, а щели дополнительной системы оптически связаны с плоским зеркалом и одним из приемников, при этом схема обработки выполнена в виде блока управления, блока разделения координат, генератора счетных импульсов и двух формирователей импульсов, причем казкдьй приемник соединен со своим, формирователем, а выход формирователя, связанного с приемником дополнительной системы, соединен с последовательно установленными блоком управления и счетным блоком, при этом выход другого формирователя соединен с блоком разделения координат, два выхода которого соединены с двумя

другими входами счетного блока, при этом выходы генератора соединены с соответствующими входами блока управления и блоком разделения координат, а другой выход блока управления соединен с соответствующим входом блока разделения координат,

Изобретение относится к автоколлимационным устройствам и позволяет повысить их точность. Устройство включает осветитель, в котором установлено сканирующее зеркало 3, щелевая диафрагма 5, а также светоделитель 6, объектив 7, автоколлимационное зеркало 9, укрепленное на объекте, и дополнительное зеркало 8, при этом автоколлимационное зеркало 9 оптически связано через две щели анализатора 10 с одним приемником 11, а дополнительное зеркало 8 через четыре дополнительных параллельных щели в анализаторе 10 оптически связано с другим приемником 12, а оба приемника электрически связаны с блоками формирования 13 и 14, входящими в схему обработки сигнала, образованную блоком управления 15, блоком разделения координат 16, генератором съемных импульсов 17 и съемным блоком 18. 1 илл.

ФП

Фи.Ъ

Ш9,Щии

,,3g,

Фиг.б

их .Ну

Ш1Ш„

j

В°

F

Л

vVox

% iifiiliiiiiiiiko

пи л/л-л

ох

//у- (V

/Vo