Двухкоординатный лазерный измеритель перемещений Советский патент 1990 года по МПК G01N21/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в сварочном производстве при оперативном контроле сварочных перемещений и деформаций изделий.

Целью изобретения является повьшение точности измерения за счет уменьшения погрешностей от аналоговой об- .работки сигналов.

На фиг.1 дана блок-схема двухко- ординатного лазерного измерителя перемещений; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Двухкоординатный лазерный измеритель перемещения содержит излучатель 1, четырехквадратный фотодетектор 2, сумматор 3, интеграторы 4 и 5,схемы 6 и 7 выборки-хранения, преобразователи 8,9 напряжение - интервал времени, компараторы 10 и 11, а также ключи 12 - 17 и генератор 18.

Излучатель 1 устанавливается на неподвижной базовой оснастке и используется дня задания реперной оси. Четырехквадрантный фотодетектор 2 оптически связан с излучателем 1 и устанавливается в контролируемой точке объекта. Выход первого квадранта четырехквадрантного фотодетектора 2 соединен с первым входом сумматора 3 и с инвертирующими входами интеграторов 4 и 5. Выход второго квадранта соединен с вторым входом сумматора 3, с неинвертирующим входом интегратора 5. Выход третьего квадранта соединен с третьим входом сумматора 3, с неинвертирующим входом интеграторов 4 и 5. Выход четвертого квадранта соединен с четвертым входом сумматора 3, с инвертирующим входом интегратора 4 и с неинвертирующим входом интегратора 5. Выходы интеграторов 4 и 5 соединены с входами схем 6,7 выборки-хранения соответственно. Входы преобразователей 8,9 напряжение - интервал времени соединены с выходами схем 6,7 высл

О5

о

4

О CD

и,

+ иЛ н

орки-хранения, а также с входами ; омпараторов 10 и 11 соответственно. торые входы компараторов 10 и И оединены с общей точкой устройства. ыход сумматора 3 соединен с входаи ключей 12 и 13, причем выход клюа 12 соединен с входами ключей 14. 15. Выход ключа 14 соединен с инертирующим входом интегратора 4, ю а выход ключа 15 соединен с неинверирующим входом интегратора 4. Выход ключа 16 соединен с инвертирующим входом интегратора 5, а выход ключа 17 соединен с неинвертирующим входом t5 интегратора 5. Прямой и инверсный выходы компаратора 10 соединены с управляющими входами преобразователя 8 напряжение - интервал времени и ключей 14 и 15 соответственно. Прямой 20 и инверсный выходы KONmapaTopa 11 соединены с управляющими входами преобразователя 9 напряжение - интервал времени и ключей 16 и 17 соот- зетственно. Выход генератора 18 под- 25 ключен к управляющим входам .схем 6 и 7 выборки-хранения .и к выходам, стробирования преобразователей 8 и 9 напряжение - интервал времени, выходы.которых соединены с входами управ- Q ления ключей 12 и 13 соответственно являются выходами устройства Т и Тц. Прямые выходы компараторов 10 и 11 определяют знак измеряемых перемещений Зх и 3 соответственно, а так- же являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Устройство работает циклично,причем работа канала измерения коорди- дд наты X (интегратор 4, ключи 14 и 15, схема 6 выборки-хранения, преобразователь 8 напряжение - интервал времени, компаратор 10) аналогична работе

канала измерения координаты У (ин- 45

тегратор 5, ключи 16 и 17, схема 7 выборки-хранения, преобразователь 9

напряжение - интервшт времени, компаратор 11). В каждом цикле работы канала измерения координаты X осущест- вляется:. интегрирование интегратором

4 выходных напряжений четырехквадрант- ного-фотодетектора 2 в течение времени цикла Т , задаваемого генератором 18; выборка схемой 6 выборки-хранения w выходного напряжения интегратора 4 с последующим запоминанием в течение времени цикла Тц; преобразование напряжения LV на выходе схемы 6 выбор ки-хранен Т; при помощ ряжение - ин или обратное тором 4 напр тора 3 в теч симости от (обеспечива чами 12,. 14 на временно

Предполо образования мы 6 выборк коэффициент эффициент п 3 напряжени вен емк ратора равн цикла работ схемы 6 выб ным

К

где

Ux же ме об

и и, пр но да R1 - со по ра фо R2 - со

по Аналоги цикла прео выходе схе дет равно

и

П6

.и

Выражен тей: геом

бор ки-хранен ия в интервал време1ш Т; при помощи преобразователя 8 напряжение - интервал времени; прямое или обратное интегрирование интегратором 4 напряжение на выходе сумматора 3 в течение времени Т в зависимости от знака напряжения Ux (обеспечивается компаратором 10,клю- чами 12,. 14 и 15), Это отображаемо на временной диаграмме (см.фиг.2).

Предположим,что перед началом преобразования напряжение на выходе схемы 6 выборки-хранения равно U,, а ее коэффициент передачи равен коэффициент передачи преобразователя 3 напряжение - интервал времени равен емкости конденсаторов и нтег- ратора равны С. Тогда после первого цикла работы напряжение на выходе схемы 6 выборки-хранения станет равным

и, +

(U +U4-yj -y5)Ty, R 1 C

е

6Х

R-I С

к

6Х

ysL

),

U + U - U - Uo, - нйпря- жениеэпропорциональное перемещению X контролируемого объекта;

и, - напряжение, пропорциональное интенсивности лазерного излучения в данный момент времени; сопротивление интегратора 4 по входам подключения квадрантов четырехквадрантного фотодетектора 2; сопротивление интегратора 4

по входам обратной связи. огично, после окончания п- реобразования напряжение на схемы б выборки-хранения, буно

.и X uiK ex 4- n Us KJ,KBX. i RIG R2C

UgKn

(1)

w

Выражение (1) состоит из двух частей: геометрической прогрессии,сходящейся при условии /1 - , и убьшающего, при этом же условии,

чпрня П М -HiS КнКвХч

члена и(1 1---) , g результате в установившемся режиме (п- оо) при выполнении условия

/1У КпКбУ /.

/R2C / напряжение на

выходе схемы б выборки-хранения станет равным

R2

Us:

TU

RI

Сотедовательно,интервал времени Т, в установизгаемся режиме будет равен

К „

Ux

и.

R2

-Тц. (3)

Аналогичное выражение можно записать и для канала формирования координаты У.

Т , -R2 и R Ч

(4)

где

и и, + и - и,.

Ч 1 г.

Таким образом, интервалы времени и Т„ на выхиде преобразователей 8,9 напряжение - интервал времени пропорциональны координатам X и У контролируемой точки объекта относительно луча излучателя 1, Знаки координат определяются сигналами на прямых выходах компараторов 3 и За. Из выражений (3) и (4) видно, что пр изменении интенсивности излучения излучателя I в небольших пределах (5 - 10%) величины. Т и Тц, изменяются в значительно меньшей степени, так как изменением одного знака подвержены и числитель и знаменатель. Формула изобретения

Двухкоординатный лазерный измеритель Перемещений, содержаищй излуча- телъ и четырехквадрантный фотодетектор, оптически связанньЕ с ним, сумматор, к входам которого подключе1Ш выходы каждого из четырех квадрантов фотодетектора, отличающийс я. тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя интеграторами, двумя схемами выборки1,

)

. 16104096

хранения, двумя преобразователяйГ напряжения - интервал времени, двумя компараторами и шестью ключами, выхо- ды интеграторов соединены с входами двух схем выборки-хранения соответственно, выход первого квадранта шо тодетектора подключен к ипвергнрую- итм входам первого и второго иптегра- Q торов, выход второго квадранта подключен к неинвертир-ующему входу первого интегратора и к инвертирующему входу второго интегратора, выход третьего квадранта подключен к. неин- 15 вертирующим входам первого и второго интеграторов, а выход четвертого квапраита соединен с инвертирующим входом первого интегратора и неинвертирующим вхг дом второго интегратора, 20 выходы схем выборки-хранения подключены к входам двух преобразователей напряжение - интервал времени и к первым входам двух компараторов соответственно, а вторые входы двух 25 компараторов соединены с общей шиной, выходы преобразователей напряжение - интервал времени соединены с управляющими : ходами первого и второго ключей соответственноS входы перво- 30 го и второго ключей соединены с выходами сумматора, выход первого ключа соединен с входами третьего и четвертого ключей, выход второго ключа соединен с входами пятого и шестого клю- j,j чей, прямой и инверсньп- выходы первого компаратора соединены с управляющими входами четвертого и третьего ключей и первого преобразователя напряже1П1е - интервал времени, а пря- jQ мой и инверсный выходы второго компаратора соединены с управляющими входами пятого и шестого ключей и второго преобразователя напряжение - интервал времени, выходы третьего 45 и пятого ключей соединены с инвертирующими входами первого и второго интеграторов, а выходы четвертого и шестого ключей соединены с неинвер- тирующими входами первого и второго 50. интеграторов соответственно, выход генератора подключен к управляющим входам схем выборки-хранения и входам стробирования преобразователей напряжение - интервал времени, выхо- 55 ДЫ которых являются выходами измерителя, выходаьш измерителя являются также прямые выходы компараторов.

4

и-г J,,, j, t j-ai-. ПО Ь.ян МяЭ

- -Тi (. 1- Л 1 I -fXp«-I

,K-. % iгТI L™

..-Hfc -fiJKTi

...i3iJL,:bjgr-1 . T/5

-iz;

ipu..

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения погрешностей от аналоговой обработки сигналов. В устройстве, содержащем каналы измерения по координатам X и Y, имеется также сумматор, который позволяет компенсировать погрешности от флуктуаций при сопоставлении с сигналами с каждого из каналов. 2 ил.

Wus.2