Отражатель для оптико-электронного углоизмерительного устройства Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенным для контроля углов поворота объекта (скручивания) вокруг Заданной оси и использующим для измерения явления анаморфозы, и может быть использовано в качестве контрольного элемента автоколлиматора.

Известен отражатель, состоящий из триппель-призменного отражателя с прямы ми двугранными углами между отражающими гранями, возвращающего отраженный пучок в направлении, противоположном и параллельном направлению падающего пучка и оптического клина, расположенного перед отражателем, перекрывающего половину рабочей апертуры.отражателя.

Однако наличие перед отражающим элементом клина вызывает отклонение выходящего из отражателя пучка лучей по отношению к падающему. Это ограничивает дистанцию между базовым и контрольным объектами измерения и диапазон измеряемых углов, поскольку при изменении дистанции выходящий пучок лучей виньетируется оправой объектива приемной части.

Конструкция отражателя предполагает использование двух фотоприемников в составе автоколлиматора, что усложняет схему фотоприемного устройства. Кроме того, мерой угла скручивания является величина смещения энергетического центра изображения марки по позиционно-чувствитель- ному фотоприемнику, что определяет Значительную погрешность измерения вследствие неоднородности чувствительности по площади приемника и нестабильности параметров фотоприемника во времени.

N1О

сл

ю

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к предлагаемому является отражатель автоколлимационного устройства, содержащий световозвращатель, углы между гранями которого равны 90°, и установленную перед ним по ходу луча на половине его входного зрачка телескопическую анаморфозную систему из двух идентичных оптических клиньев, при этом первая по ходу луча преломляющая грань первого клина перпендикулярна оптической оси отражателя, а величина преломляющего угла в каждого клина и угол 01,2 между второй преломляющей гранью первого клина и первой преломляющей гранью второго клина определяется вьи ражениями

0 afcsln ; 01,2 arcsln (n - sin 0j,

Anz.-1

где n - показатель преломления стекла клиньев;

А - коэффициент анаморфозы системы клиньев.

Таким образом, в описываемом отражателе обеспечивается параллельность падающего и отраженного пучков лучей и наличие коэффициента анаморфозы, отличного от А - 1.

При повороте контролируемого объекта совместно с .установленным на нем отражателем на угол скручивания вследствие поворота плоскости действия анаморфозы системы из клиньев изменяется расходимость пучка автоколлиматора, проходящего через отражатель, что приводит к изменению формы и соотношения сторон изображения марки. Величина угла скручивания определяется как фукнция отношения

У Х, где х и у характеризуют максималь- у г х

иые размеры изображения марки по двум ортогональным осям.

Недостатком данного отражателя является сложная конструкция для обеспечения точной взаимной ориентации трех оптических элементов друг относительно друга: первого клина относительно второго и ана- морфозной системы (первый и. второй клинья) относительно отражателя. Это обстоятельство также усложняет юстировку компонентов отражателя.

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Указанная цель достигается за счет того, что в отражателе, содержащем стеклянный тетраэдр с одним из двугранных углов между отражающими гранями 90° и установленную перед ним на половине его входного зрачка анаморфозную систему, выполненную в виде оптического клина, два других двугранных угла между отражающими гранями стеклянного тетраэдра равны 90° -д, ребро двугранного угла между преломляющими гранями оптического клина лежит в плоскости, перпендикулярной преломляющей грани стеклянного тетраэдра и проходящей через ребро двугранного угла

тетраэдрического отражателя, равного 90°. при этом величина коэффициента анаморфозы А, а также угол 01,2 между преломляющей поверхностью тетраэдрического отражателя и первой преломляющей поверхностью

клина определяются из выражений

20

А V 1 -sln42V20) . VI -sJn (ft). 1 - n2sin2() 1 -n2sin2(02)

0

01.2 arcsin(nsln2 (2 )); arcsln(nsln 0z)- 02 arcsin(nsin(2 ))

01,2.

5 где n - показатель преломления материала стеклянного тетраэдра и клина; 02 - преломляющий угол клина. На фиг. 1 изображен предлагаемый отражатель, общий вид; на фиг. 2 - схема хода

Q лучей через компоненты отражателя; на фиг.. 3- схема хода лучей через компоненты эквивалентной оптической схемы отражателя.

Отражатель включает (фиг. 1 и 2) стек5 лянный тетраэдр 1, два двугранных угла между отражающими гранями которого (углы с ребрами 1 и 1) равны 90° -. 5(где д - некоторый угол), а третий двугранный угол (с ребром 1/ ) равен 90°, и оптический

клин 2.

С отражателем связана система координат XYZ, ось ОХ которой параллельна оптической оси объектива автоколлиматора. Отражатель предназначен для использо5 вания в качестве контрольного элемента автоколлиматора для измерения угла поворота относительно оси ОХ (угла скручивания).

Отражатель работает следующим обра0 зом (фиг. 2).

Параллельный пучок лучей, сформированный излучающим каналом автоколлиматора (не показан), падает на входную грань стеклянного тетраэдра. Часть пучка входит

5 в стеклянный тетраэдр 1 через его преломляющую грань, отражается от трех других граней и выходит из стеклянного тетраэдра через клин 2, оставаясь параллельной падающему на отражатель пучку. Вследствие анаморфозных свойств стеклянного тетраэдра и клина угол расходимости пучка увеличивается в плоскости действия анаморфозы, параллельной главному сечению клина 2, что приводит к увеличению в А раз (растяжению) изображения марки авто- коллиматора в плоскости анализа автоколлиматора. При повороте контролируемого объекта совместно с установленным на нем отражателем на угол скручивания плоскость действия анаморфозы также поворачивает- ся, в результате искажается форма изображения марки. Это приводит к изменению величин параметров х и у, характеризующих максимальные размеры марки по двум ортогональным осям, которое регистрируется приемной частью автоколлиматора (не показана). По полученным величинам х и у определяется угол скручивания у.

Ф о р м у л а, и з о б р е т е н и я

Отражатель для оптико-электронного углоизмерительного устройства, содержащий световозвращатель и установленную перед ним по ходу лучей анаморфозную систему, отличающийся тем. что, с целью упрощения конструкции, световозвращатель выполнен в виде стеклянного тетраэдра с одним углом между отражающими

гранями, равным 90°. и двумя другими двугранными углами, равными 90° - д. где д - величина отклонения значений углов от 90°, анаморфозная система установлена на половине входного зрачка световозвращателя и выполнена в виде оптического клина, ориентированного так, что ребро двугранного угла между преломляющими гранями оптического клина находится в плоскости, перпендикулярной преломляющей грани световозвращателя, тетраэдр и клин образуют телескопическую систему, а коэффициент анаморфозы А и угол между преломляющей поверхностью стеклянного тетраэдра и первой со стороны падающих лучей преломляющей поверхностью клина Qt,2 определяют из зависимостей

л V 1 - slr((5). П - sin2 Д. 1 () 1 - n2sln2($)

01,2 arcsin(nsin(2 v/Td)); arcsin(nsin ft) - 92. arcsin(nsln(2 VTd)).

где п - показатель преломления материала стеклянного тетраэдра;

ft - преломляющий угол клина.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенным для контроля углов поворота объекта (скручивания) вокруг заданной оси. Цель изобретения -упрощение конструкции отражателя. На входную грань тетраэдра падает параллельный пучок лучей, сформированный излучающим каналом автоколлиматора. Часть пучка входит в тетраэдр через его преломляющую поверхность, отражается от трех других граней и выходит из тетраэдра через клин. Вследствие анаморфозных свойств тетраэдра и клина угол расходимости пучка увеличивается в плоскости, параллельной главному сечению клина, что приводит к растяжению изображения марки автколлиматора в плоскости анализа автоколлиматора. 3 ил.

qpRi отражённого

опмичвскля ось лшд. сБштба

O&mOKMJIUMJL-лл лп м Т

пюратмШ- I ,

Т.-vptoMW..

.Фи.г.1

Пррломлтцая грань

Фиг

Выходной. Дичок

ОШПШШОЯ ОСЬ

-Ј. --

А±Ја

ооштийх affmfl/m/Miuiamopa &

fej