Способ измерения расстояния до отражающей поверхности и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01B21/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зоввно для бесконтактного измерения расстояния до отражающей поверхности, например для измерения воздушных

промежутков между оптическими компонентами объектива.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа) на фиг. 2 - схема блока индикации; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов t формируемых на выходах отдельных узлов и блоков устройства.

Устройство содержит оптически связанные блок 1 формирования авто- кйллимационного изображения диафраг- MIJI, состоящий из источника 2 света, диафрагм 3, светоделительного эле- 4, коллимирующего объектива 5 и фокусирующего объектива 6, привод 7, связанный с фокусирующим объек- 6, блок 8 пространственной фильтрации изображения диафрагмы, выполненный в виде анализирующей диафрагмы 9, вспомогательный привод 10, выход которого связан с анализирующей диафрагмой 9, генератор 11, Йыход которого связан с входом вспомогательного привода 10, фотоприемник 12, усилитель 13, вход которого подключен к фотоприемнику 12, блок 14 выделения первой и второй гармонических составляющих, состоящий из Полосовых фильтров 15 и 16, входы Которых подключены к выходу усилите- ля 13, детекторов 17 и 18, входы которых подключены к выходам полосовых фильтров 15 и 16, и фильтров 19 и 20 нижних частот, входы которых подключены к выходам детекторов 17 и 18, сумматор 21, первый вход которого подключен к выходу фильтра 19 нижних частот, источник 22 напряжения, выход которого соединен с вторым входом сумматора 21, блок 23 деления, входы которого подключены к выходу сумматора 21 и фильтра 20 нижних частот блок 24 индикации, состоящий из блока 25 нахождения максимума, вход которого подключен к выходу блока 23 деления, триггера 26, счетный вход которого подключен к выходу блока 25 нахождения максимума, элемента И 27, первый вход которого подключен к вых ду триггера 26, блока 28 формирования заполняющих импульсов, выход которого соединен с вторым входом элемента И 27, счетчика 29, информационный вход которого подключен к выходу Элемента И 27, индикатора 30, вход кторого подключен к выходу счетчика 29, кнопки 31, формирователя 32, вход которого связан с кнопкой 31, а выход соединен с входами установки в

5 0 5

0

5

0

5

50

5

О триггера 26 и установочным входом счетчика 29.

Измеряется расстояние до отражающей поверхности 33.

Устройство работает следующим образом.

Изображение диафрагмы 3, освещаемой источником 2 света, строится с помощью полупрозрачного элемента 4, коллимирующего объектива 5, фокусирующего объектива 6, входящих в блок 1 формирования автоколлимационного изображения диафрагмы, на одной из отражающих поверхностей элемента 33 и в обратном ходе лучей с помощью фокусирующего и коллимирующего объективов 6 и 5 - в плоскости анализа.

Генератор 11 формирует импульсы, поступающие на вспомогательный привод 10, осуществляющий колебания анализирующей диафрагмы 9.

Анализирующая диафрагма 9 проводит пространственную фильтрацию изображения диафрагмы 3, сформированного от отражающей поверхности элемента 33.

При перемещении приводом 7 фокусирующего объектива 6 после анализирующей диафрагмы 9 формируется модулированный по интенсивности световой - поток, величина которого достигает максимального значения при совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с плоскостью отражающей поверхности элемента 33.

Световой поток, прошедший через анализирующую диафрагму 9, преобразуется фотоприемником 12 в электрический сигнал, усиливаемый усилителем 13.

Первая гармоническая составляющая электрического сигнала выделяется полосовым фильтром 15, входящим в блок 14 выделения первой и второй гармонических составляющих, детектируется детектором 17, сглаживается фильтром

19нижних частот и поступает на первый вход сумматора 21, на .второй вход которого поступает напряжение смещения с источника 22 напряжения. Сигнал с выхода сумматора 21 поступает на вход Делитель блока 23 деления.

Вторая гармоническая составляющая электрического сигнала выделяется полосовым фильтром 16, детектируется детектором 18, сглаживается фильтром

20нижних частот. Сигнал с выхода фильтра 20 нижних частот поступает на вход Делимое блока 23 деления.

При перемещении приводом 7 фокусирующего объектива 6 происходит перемещение плоскости изображения диафрагмы 3 относительно отражающей (поверхности элемента 33. При приближении плоскости изображения диафрагмы 3 к отражающей поверхности элемента 33 амплитуда гармонической составляющей электрического сигнала, частота которой равна частоте сканирования анализирующей диафрагмы 9, вначале возрастает до максимального значения, затем убывает и становится равной нулю при совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с плоскостью отражающей поверхности элемента 33.

При дальнейшем перемещении плоскости изображения диафрагмы 3 относительно плоскости отражающей поверхности элемента 33 амплитуда первой гармонической составляющей электрического сигнала вновь возрастает, а затем убывает.

При приближении плоскости изображения диафрагмы 3 к плоскости отражающей поверхности элемента 33 амплитуда второй гармонической составляющей электрического сигнала возрастает и достигает максимального значения при совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с плоскостью отражающей поверхности элемента 33. При дальнейшем перемещении плоскости изображения диафрагмы 3 относител но плоскости отражающей поверхности элемента 33 амплитуда второй гармонической составляющей электрического сигнала начинает уменьшаться.

Блок 23 деления осуществляет деление сигнала, пропорционального амплитуде второй гармонической составляющей, на сигнал, связанный с амплитудой первой гармонической составляющей. Сигнал, снимаемый с выхода блока 23 деления, имеет максимальную величину при совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с плоскостью отражающей поверхности элемента 33. Источник 22 необходим для ограничения выходного сигнала блока 23 деления при обращении в ноль первой гармонической составляющей. Крутизна нарастания и спада сигнала на выходе блока 23 деления выше крутизны спада и нарастания амплитуд первой и второй гармонических составляющих сигнала, снимаемого с фотоприемника 12.

0

5

0

Сигнал, формируемый блоком 23 деления, поступает на вход блока 25 нахождения максимума, входящего в блок 24 индикации.

При перемещении фокусирующего объектива 6 приводом 7 и совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с первой отражающей поверхностью элемента 33 блок 25 нахождения максимума формирует импульсный сигнал, поступающий на счетный вход триггера 26. На выходе триггера 26 формируется сигнал 1, поступающий на первый вход элемента И 27, на второй вход которого поступают импульсные сигна- |лы с блока 28 формирования заполняющих импульсов. На выходе элемента И 27 начинает формироваться последовательность импульсов.

При совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с второй отражающей поверхностью элемента 33 блок 25 нахождения максимума формирует второй 5 импульсный сигнал. При этом триггер 26 перебрасывается в состояние О, Последовательность импульсов на выходе элемента И 27, число которых подсчитывается счетчиком 29, прекращается, а индикатор 30 фиксирует результат, накопленный в счетчике 29, пропорциональный с определенным масштабным коэффициентом расстоянию между отражающими поверхностями элемента 33. Масштабный коэффициент определяется путем установки элемента 33 с аттестованным расстоянием между отражающими поверхностями.

Перед началом измерений фокусирующий объектив 6 перемещается приводом 7 в положение, при котором плоскость изображения диафрагмы 3 не совпадает с плоскостями отражающих поверхностей элемента 33 и находится вне элемента 33.

Удвоенная амплитуда сканирования анализирующей диафрагмы 9 выбирается в пределах ширины расфокусировочной кривой, например, равной ширине расфокусировочной кривой на уровне, равном половине максимального значения электрического сигнала.

Диафрагма 3 и анализирующая диафрагма 9 могут быть выполнены в виде щелевых диафрагм.

Скорость перемещения фокусирующего объектива 6 намного ниже скорости сканирования анализирующей диафрагмы 9.

0

0

5

0

5

При измерении расстояния до отражающих поверхностей многокомпонентных оптических систем, например объетивов, возможно выполнение блока индикации (фиг. 2) в виде индикатора 30, подключенного к выходу блока 23 деления, и блока 28 формирования, связанного с приводом 7.

При совмещении плоскости изображения диафрагмы 3 с отражающей повер н|эстью элемента 33 на выходе блока 23 деления формируется максимальный сигнал, который индицируется индикатором 30.

При этом фиксируется пространственное положение привода 7 с помощью блока 28 формирования.

При перемещении привода 7 последовательно фиксируются расстояния до отражающих поверхностей элемента 33 многокомпонентной оптической системы. Использование устройства позволяет повысить точность измерения расстояний до отражающей поверхности объекта за счет повышения крутизны инфор- (рационного сигнала, характеризующего моменты фокусирования изображения тест-объекта на отражающую поверхность объекта.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство для осуществления способа снабжено генеротором, вспомогательным приводом, блоком выделения первой и второй гармонической составляющих, источником напряжения, сумматором, блоком деления. 1 з.п.ф-лы.

я.

ЕЙ1

Фив.1

ю

15