Устройство для измерения расстояния до объекта Советский патент 1990 года по МПК G01B11/06 

Фаг.1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров и перемещения объектов, Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения углового смещения пучка лучей при изменении положения контролируемого объекта путем использования призменного блока На фиг„ 1 представлена функциональ ная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - 4 - варианты выполнения призменного блока; на фиг, 5 и 6 варианты выполнения фотоэлектрического преобразователя. Устройство (фиг 1) содержит источник 1 коллимированного излучения, объектив 2, установленный с возможное тью смещения вдоль оптической оси устройства и оптически связанный с источником 1 коллимированного излучения, призменный блок 3, установленный так, что его входная грань оптически связана с объективом и перпендикулярна его оптической оси, плоскость главного сечения призменного блока 3 параллельна плоскости, проходящей через оптические оси источника 1 коллимированного излучения и объектива 2, фотоэлектрический преобразователь .4, вход которого оптически связан с выходной гранью призменного блока 3, а угол между выходной гранью призменного блока и оптической осью фотоэлектрического преобразователя не превышает 5°, блок 5 обработки, вход которого подключен к выходу фотоэлектрического преобразователя 4, привод 6 перемещения объектива 2, вход которого подключен к выходу блока 5 обработки, индикатор 7 положения, связанный с приводом 6 перемещения объектива 2, Контролируемьм объектив 8 размещают вблизи задней фокальной плоскости объектива 2. На фиг. 2 представлено выполнение призменного блока 3 в виде двух скрепленных между собой призм 9 и 10 приватом показатель преломления п призмы 10 меныче показателя преломления п призмы 9, а угол между первой и второй гран)тми призм1-1 9 должен удовлетворять условию arcsin- -2 : л ; arcsin--. i Ti, На фиг, 3 представлено выполнение призменного блока 3 в виде двух приз 11 и 12, последовательно установленiibK с воздушным, промежутком между ннмк, при этом угол ув между первой и второй гранями призмы 11 должен удовлетворять условию. arcsinC-) arcsin(-), п п, На фиг. 4 представлено выполнение призменного блока 3 в виде призмы 13, главное сечение которой представляет собой параллелограмм, установленный так, что вторая и третья ее грани по ходу пучка лучей параллельны оптической оси фотоэлектрического преобразователя 4 и равноотстоят от нее, а между гранью призмы 13, параллельной ее входной грани, установлена шторка 14. На фиг. 5 представлен вариант выполнения устройства, в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде одного координатно-чувствительного блока 15, состоящего из объектива 16 и координатно-чувствительного приемника 17. На фиг. 6 представлен вариант выполнения устройства, в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выг полнен в врще двух координатно-чувсттвительных блоков 15, один из которых оптически связан с второй по ходу пучка лучей гранью призмы призменного блока 3, а второй - с третьей по хо-. ду пучка лучей гранью призмы призматического блока 3. Для исключения влияния дисперсии приэменного блока 3 на результаты измерения источник 1 коллимированного излучения вьтолнен монохроматическим. Предлагаемое устройство может обеспечить измерение расстояния в небольшом диапазоне при отсутствии привода в перемещениях объектива 2 и индикатора 7, в этом случае сигнал на выходе блока 5 обработки будет пропорционален измеряемому расстоянию, Вьтолнение угла л между первой и второй по ходу пучка лучей гранями призмы призменного блока 3, удовлетворяющим указанным выше уровням, обусловлено тем, что угловое увеличение призмы, т.е. отношение изменения углового положения пучка лучей на выходе призмы к изменению углового положения пучка на ее входе будет наибольшим при падении пучка

5159

лучей на вторую грянь призмы под углом, близким к углу полного внутреннего отражения, т.е. к углу Брюстера Величина в два градуса ойределяет . диапазон измерения. При выполнении этих условий пучок лучей будет выходить из призмы под углом к ее выходной грани меньше 15.

Устройство работает следуюп1им образом.

Узкий пучок лучей источника 1 коллимированного излучения (фиг. 1) направляется объективом 2 на поверхность контролируемого объекта 8 и отраженный от поверхности контролируемого объекта 8 выходит из объектива 2 с угловым отклонением от своего первоначального направления при смещении контролируемого объекта 8 на некоторое расстояние от фокальной плоскости объектива 2. Далее пучок лучей проходит через призменный блок 3, после которого пучок лучей отклоняется и регистрируется фотоэлектрическим преобразователем 4. Сигнал с выхода фотоэлектрического преобразователя 4 поступает на входблока 5 обработки..Сигнал с выхода блока 5 обработки.поступает на вход привода 6 перемещения объектива 2, который обеспечивает перемещение объектива 2 в положение, при котором фокальная плоскость объектива 2 совпадает с поверхностью контролируемого объекта 8. Индикатор 7 положения показывает рас- . стояние, на которое переместится объектив 2, т.е. расстояние До контролируемого объекта 8.

Вариант выполнения устройства (фиг. 5), в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде одного координатно-чувствительного блока 15, целесообразно использовать при измерении расстояния до контролируемо го объекта 8 в небольшом диапазоне.

Вариант выполнения устройства (фиг. 6), в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде двух координатно-чувствительных блоков 15 позволяет расширить диапазон измерения расстояний до контролируемого объекта, так как один из координатно-чувствительных блоков 15 регистрирует пучок лучей, преломленный второй по ходу пучка лучей призмы призменного блока 4, и обеспечивает точное определение расстояния до контролируемого объекта 8, а второй координатно-чувствительный блок 15 регистрирует пучок лучей, отраженный от второй по ходу пучка лучей гранью призмы и обеспечивает грубое определение расстояния до контролируемого объекта 8, так как в этом случае угловое увеличение призменного блока 3 будет небольшим.

Выполнение призменного блока 3 в виде двух или более скрепленных между собою призм (фиг. 2) позволяет повысить угловое увеличение призменного 3 блока. Выполнение призменного блока 3 в виде призмы, главное сечение которой представляет собой параллелограмм (фиг. 4), позволяет удвоить угловое увеличение призменного блока 3, так как в этом случае координатночувствительный блок 15 определяет расстояние меяоду двумя световыми площадками, полученными при падении пучков лучей на координатно-чувствительный приемник 17.

Выполнение призменного блока 3 в виде двух или более (фиг. 3) последовательно установленных призм с ,803душными промежутками между ними позволяет получить угловое увеличение, при этом возможно вьтолнение фото- . электрического преобразователя в виде нескольких координатно-чу.вствительнык блоков 15, оптически связанных с соответствующими гранями призм.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую точность измерения за счет использования промежуточного блока, обеспечивающего увеличение углового смещения пучка лучей, регистрируемое фотоэлектрическим преобразователем, при смещении контролируемого объекта относительно начального положения.

Формула изобретения

1, Устройство для измерения расстояния до объекта, содержащее источник коллимированного излучения, объектив, установленный с возможностью смещения вдоль оптической оси устройства и оптически связанный с источником коллимированного излучения, фотоэлектрический преобразователь, оптически связанный с объективом, привод перемещения объектива, индикатор положения, связанный с приводом перемещения, объектива, блок обработки, вход которого подключен к выходу фотоэлектрического преобразователя, а выход - к приводу перемегценкя объектива, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, оно снабжено призменным блоком, уставовленным мелоду объективом и фотоэлектрическим преобразователем так, что его входная грань оптически связана С объективом и перпендикулярна его оптической оси и выходная грань опти чески связана с фотоэлектрическим преобразователем, плоскость главного сечения призменного блока параллельна плоскости, проходящей через оптические оси источника коллимированного излучения и объектива, а угол меж ду выходной гранью призменного блока и оптической осью фотоэлектрического преобразователя не превышает заданно го значения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что призменный блок выполнен в виде двух или более скрепленных мегщу собой призм, показатель преломления материала каждой последующей призмы меньше, чем преды дущей, а угол п между первой и второй гранями первой призмы по ходу пу ка лучей должны удовлетворять уровню arcsin-- -2 ft arcsin--. и П- - показатели преломления где п. материала первой и вто рой призм по ходу пучка лучей. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что призменный блок вьшолнен в виде двух или более последовательно установленных призм с воздушным промежутком между ними, а угол , между первой и второй гранями призм по ходу пучка лучей должен удовлетворять уровню arcsin(--)-2 arcsinC-), где п - показатель преломления первой по ходу пучка лучей .. . призмы. 4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что призменный блок выполнен в виде призмы, главное сечение которой представляет собой параллелограмм, установленный так, что вторая и третья ее грани по ходу лучей параллельны оптической оси фотоэлектрического преобразователя и равноотстоят от нее. 5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фотоэлектрический npeo6pa3OBaTianb вьшолнен в виде одного координатно-чувствительного блока. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, фотоэлектрический преобразователь вьшолнен в виде двух координатно-чувствительных блоков, один из которых оптически связан с второй по ходу пучка лучей гранью последней призмы, а другой - с третьей по ходу пучка лучей гранью последней призмы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров и перемещения объектов. Цель изобретения - повышение точности за счет увеличения углового смещения пучка лучей при изменении положения контролируемого объекта путем использования призменного блока. Узкий пучок лучей источника 1 коллимированного излучения направляется объективом 2 на поверхность контролируемого объекта 8, отражается от него и выходит из объектива 2 с угловым отклонением ε относительно оптической оси устройства при смещении контролируемого объекта 8 относительно фокальной плоскости объектива 2. Затем пучок лучей проходит через призменный блок 3, после которого отклоняется на угол γε где ε - угловое увеличение блока 3. Фотоэлектрический преобразователь 4 регистрирует угловое положение пучка лучей. Сигнал с выхода преобразователя 4 поступает на вход блока 5 обработки. Сигнал с выхода блока 5 обработки поступает на вход привода 6 перемещения объектива 2, который обеспечивает перемещение объектива 2 в положение, при котором фокальная плоскость объектива 2 совпадает с поверхностью объекта 8. Индикатор 7 положения показывает расстояние, на которое перемещается объектив 2, т.е. расстояние до объекта 8. 6 ил.

10

Zk

7

3

Фиг.

L.

В игМ

07/725