Отражательная система оптико-электронного устройства для измерения угла скручивания Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Фиг.З

VI

ю

00

о сл со

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенным для контроля углов поворота объекта вокруг заданной оси (скручивания) и использующим для измерения явление анаморфозы.

Известна отражательная система, состоящая из трипель-призменного отражателя с прямыми 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.

Недостатком данной системы является вызываемое клином отклонение выходящего из отражателя пучка лучей по отношению к падающему, что ограничивает дистанцию между базовым и контролируемым объектами и диапазон измеряемых углов, поскольку при изменении дистанции выходящий пучок лучей виньетируется оправой объектива приемной части. Кроме того, конструкция предполагает использование двух фотоприемников в составе автоколлиматора, что усложняет схему фотоприемного устройства. Кроме того, мерой угла скручиванию является величина смещения энергетического центра изображения марки по позиционно- чувствительному фотоприемнику, что определяет значительную погрешность измерения вследствие неоднородности чувствительности по площади приемника и нестабильности параметров фотоприемника во времени.

Известна отражательная система автоколлимационного устройства, представляющая собой 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, скрепленную с отражателем, 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 прелом- ляющей гранью второго клина определяются выражением

(9 arcsln v А„

(

п -: 012 aresin(n.sin© Arr -1

.где п - показатель преломления стекла клиньев:

10

15

20

А - коэффициент анаморфозы системы клиньев.

Недостатком известной системы является малая для большинства практических задач точность измерения угла скручивания. Для данной системы она определяется величиной коэффициента А, которая как показывает анализ литературных источников, не превосходит 1,8-2, что недостаточно для построения высокоточной углоизмеритель- ной системы.

Цель изобретения - увеличение точности измерения угла скручивания за счет увеличения чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что на второй половине исходного зрачка световозвращателя установлено скрепленное с ним двугранное зеркало с прямым углом между отражающими плоскостями таким образом, что ребро двугранного зеркала составляет угол ас главным сечением оптическихклиньев,составляющих телескопическую анаморфозную систему.

На фиг. 1 показан вид диафрагмы марки 25 а и вид изображения марки б, в; на фиг.2 - графики зависимостей ) для предлагаемой отражательной системы и прототипа; на фиг.З - схема отражательной системы.

Эффект увеличения чувствительности, а следовательно, и точности измерения путем установки перед, световозвращателем двугранного зеркала наблюдается при любых значениях угла а, кроме а т -90, где m - 0,1,2.. Если предположить, что ребро двугранного зеркала совпадает с плоскостью действия анаморфозы системы клиньев или перпендикулярно ей, то уменьшенное (или увеличенное) в А раз изображение марки, образующееся после прохождения пучком анаморфозной системы в прямом ходе, не претерпевает изменений в пространстве после отражения зеркалом и после прохождения в обратном ходе анаморфозной системы, увеличившись (или уменьшившись) в 45 А раз, приобретает вид исходной марки. В этом случае отсутствует изменение формы изображения и устройство непригодно для определения угла скручивания р . При любых других значениях а изображение марки, получившееся после двукратного прохождения анаморфозной системы, не имеет исходный вид. Полученное изменение формы изображения позволяет измерить угол поворота (р. При (фиг.1б,в), изображение марки, полученное после прохождения анаморфозной системы, поворачивается зеркалом при отражении на 90°, благодаря чему достигается максимальное искажение формы изображения марки,

30

35

40

50

55

Рассмотрим схему предлагаемой отражательной системы (фиг.З), которая включает в себя световозвращатель 1, установленную перед ним на половине его входного зрачка телескопическую анамор- фозную систему 2 и перекрывающее вторую половину входного зрачка световозвращателя двугранное зеркало 3, ребро которого образует угол ас плоскостью действия анаморфозы системы 2..

Отражательная система работает следующим образом.

Параллельный пучок лучей, сформированный обьекти.вом автоколлиматора (не показан), проходит анаморфозную систему 2, установленную на половине входного зрачка световозвращателя - стеклянного тетраэдра 1. При этом пучок изменяет угол расходимости в плоскости действия анаморфозы, совпадающей с плоскостью главного сечения клиньев анаморфозной системы. После отражения от световозвращателя пучок отражается прямым двугранным зеркалом 3, установленным на второй половине входного зрачка световозвращателя.

Наибольший трансформирующий эффект достигается, когда ребро зеркала составляет угол 45° с плоскостью дейстйия анаморфозы, при этом плоскость пучка с измененным углом расходимости повернется на 90° (ортогонально плоскости действия анаморфозы). Затем пучок повторно отражается от световозвращателя и вновь проходит анаморфозную систему, При этом также меняется угол расходимости пумка в плоскости действия анаморфозы. Однако вследствие отражения от двугранного зеркала второе изменение угла расходимости пучка происходит в плоскости, ортогональной плоскости изменения расходимости после первого прохождения анаморфозной системы.

В результате пучок претерпевает существенное трансформирование, что определяет увеличение суммарного коэффициента анаморфозы. Это определяет высокую чувствительность к углу скручивания углоиз- мерительной системы, использующей рассмотренную отражательную систему.

Для интервала 26,5; 63,5° статистическая характеристика угломера, использующего рассмотренную систему близка к линейной и определяется выражением

(р 0,5 arccos --2 ./ Y-X,

I Т /л

где X и Y - размеры изображения марки по осям ОХ и OY соответственно (фиг. 1 в);

А - коэффициент анаморфозы призмен- 5 ной анаморфозной системы.

Зависимость t} - f((p) при А 2 для разработанной отражательной системы приведена на фиг.2 (график 1).

Чувствительность для участка ,5, 0 63,5° определяется выражением-,

...г,.

Чувствительность прототипа при использовании в качестве информативного параметра значения

r Y-xf(A- 1 -cos2 p определяется выражением

||-2-(A-1)sln2p.

5

0

d p

Сравнивая эти выражения, имеют увеличение чувствительности при использовании предлагаемого отражателя в

-г-ултт раз. Например, при А 2 чувстви5 А (Л - 1J

тельность повышается в 2,5 раза (фиг.2).

Таким образом, предлагаемая отражательная система обладает более высокой чувствительностью и, Следовательно, точноо стью по сравнению с прототипом. При этом сохраняется возможность ее использования при изменении дистанции до контролируемого объекта.

Формула изобретения

5 Отражательная система оптико-электронного устройства для измерения угла скручивания объекта, содержащая призмен- ный световозвращатель в виде стеклянного тетраэдра и скрепленную с ним телескопиQ ческую анаморфозную систему в виде двух последовательно расположенных оптических клиньев, ориентированных в противоположные стороны, один из которых ориентирован к оптической оси, установ5 ленную на одной половине входного зрачка призменного световозвращателя, о т л и ч а- ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности, она снабжена двугранным зеркалом с прямым углом между отражающими

0 плоскостями, установленным во второй половине входного зрачка призменного свето- возвращателя и ориентированным относительно главного сечения телескопи- . ческой анаморфозной системы так, что ре5 бро двугранного зеркала составляет угол а m 90°, где m 0,1,2 и т.д., с ним.

Фиг.1

Фиг. I

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенных для контроля углов поворота объекта вокруг заданной оси. Цель изобретения - повышение точности. Параллельный пучок лучей, сформированный объективом автоколлиматора (на чертеже не показан) проходит ана- морфозную систему 2, установленную на половине входного зрачка световозвращателя - стеклянного тетраэдра 1. При этом пучок изменяет угол расходимости в плоскости действия анаморфозы, совпадающей с плоскостью главного сечения клиньев ана- морфозной системы. После отражения от световозвращателя пучок отражается прямым двугранным зеркалом 3, установленным на второй половине входного зрачка световозвращателя. 3 ил. сл с