Фотоэлектрическое устройство для измерения перемещений объектов Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Ё

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - упрощение конструкции устройства и повышение точности измерений за счет использования одного компенсатора. Устройство содержит оптически связанный объектив 1, компенсатор 2, анализатор 3 изображения и N опорных каналов, каждый из которых выполнен в виде излучателя 9 и приемника 10 излучения. Оптическая связь компенсатора 2 со всеми приемниками 10 позволяет увеличить точность измерения. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

VJ

ю

00

О

ел чэ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при высокоточном измерении и контроле угловых и линейных перемещений объектов.

Известны различные растровые фотоэлектрические устройства с амплитудными, фазовыми, импульсными и частотными анализаторами изображения.

Недостатком этих устройств является ухудшение точности измерения перемещений, обусловленное погрешностями растра анализатора изображения, например ради- ально-векторного, и полевыми аберрациями объектива.

Известно фазовое фотоэлектрическое устройство с объективом, анализатором изображения, фотоприемником, фазометром, маркированным по своему положению опорными точечными излучателями, установленными вдоль поверхности анализатора изображения, выполненными со следящими приводами для их перемещения в направлении измерения, дополнительными фотоприемниками, оптически сопряженными с соответствующими точечными излучателями, коммутатором, подключенным к дополнительным фотоприемникам и фазометру, и блоком управления, вход которого подключен к коммутатору и фазометру, а выход- к ел едящим приводам, коммутатору и датчикам поворота компенсаторов. На точность этого фазового устройства практически не влияют погрешности растра анализатора изображения и аберрации объектива, так как отсчет измеряемых перемещений объектов производится относительно маркированных точечных излучателей с помощью компенсаторов, смещающих изображения точечных опорных излучателей в плоскости растра, работающих в небольшом диапазоне перемещений.

Недостатком известного устройства является сложность его конструкции и юстировки, необходимой для сопряжения отдельных опорных каналов, образуемых точечными излучателями. Неточная юстировка приводит к ухудшению точности измерений.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается за счет установки одного компенсатора по ходу лучей между объективом и анализатором изображения вместо нескольких компенсаторов, установленных в опорных каналах, а также выполнения анализатора изображения с равновеликими чередующимися рабочими секторами и непрозрачными секторами прерывания, при этом в рабочих секторах чередуются равновеликие

прозрачные и непрозрачные штрихи, а число прозрачных штрихов равно числу опорных каналов.

На фиг. 1 изображена функциональная

схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - анализатор изображения.

Устройство содержит объектив 1, компенсатор 2 в виде наклоняющейся плоскопараллельной пластинки,

0 радиально-секторный анализатор 3 изображения, конденсор 4, фотоприемник 5, подключенный к нему усилитель 6, фазометр 7, коммутатор 8, N опорных каналов, выполненных в виде точечных излучателей 9, при5 емников 10 излучения опорных каналов, электронные ключи 11 - 13, двигатель 14, датчик грубого отсчета перемещений в виде цифрового индикатора 15 и потен циометри- ческий датчик 16 поворота компенсатора.

0 Анализатор 3 изображения установлен в фокальной плоскости объектива 1, Он имеет равновеликие чередующиеся рабочие сектора и непрозрачные сектора прерывания (фиг, 2). Рабочие сектора выполнены в

5 виде чередующихся равновеликих прозрачных и непрозрачных радиальных штрихов, причем число прозрачных штрихов растра в каждом рабочем секторе равно числу N опорных каналов. По обе стороны от повер0 хности радиально-секторного анализатора 3 установлены точечные излучатели 9 и принимающие их излучение приемники 10 излучения на расстоянии, равном периоду растра. Выходы приемников 10 излучения

5 подключены к коммутатору 8 и через него - к фазометру 7 и к обмотке возбуждения асинхронного двигателя 14, а через ключ 11 - к цифровому индикатору 15. Один выход усилителя 6 через электронный ключ 12 под0 ключей к обмотке управления двигателя 14, а другой выход - к фазометру 7, Электронный ключ 13 включает коммутатор 8 и выключает его.

В качестве анализатора изображения

5 можно использовать и другие анализаторы, имеющие растры, аналогичные рассмотренному, например барабанный. Вместо плоскопараллельной пластинки можно использовать и другие компенсаторы.

0 Устройство работает следующим образом.

Поток излучения от объекта фокусируется объективом 1 в плоскости растра анализатора 3 изображения, модулируется им и

5 через конденсор 4 попадает на фотоприемник 5. Потоки от точечных излучателей 9 тоже модулируются анализатором 3 изображения и попадают на соответствующие приемники 10 излучения опорных каналов. При нулевом угле рассогласования а 0 сдвиг

фазы сигнала на выходе усилителя 6 относительно фазы сигнала центрального опорного канала, оптическая ось которого находится в горизонтальной плоскости, проходящей через центр анализатора изо- бражения, равен нулю. Сдвиги фазы сигнала на выходе усилителя 6 относительно фаз сигналов других опорных каналов, расположенных выше и ниже горизонтальной плоскости, равны Ар ± 360°п, где п - номер опорного канала, п ±1, ±2...

При смещении изображения объекта в плоскости растра анализатора 3 изображения возникают сдвиги фазы сигнала на выходе усилителя 6 относительно фаз сигналов в опорных каналах. Оператор через коммутатор 8 поочередно включает опорные каналы, начиная с центрального, на вход фазометра 7 до тех пор, пока он не обнаружит с помощью фазометра опорный канал, для которого будет иметь место наименьший сдвиг фазы сигнала с выхода усилителя 6. После этого оператор с помощью электронного ключа 13 останавливает коммутатор 8 в неизменном положении, элект- ронным ключом 11 включает сигнал от искомого опорного канала на вход цифрового индикатора 15 и в обмотку возбуждения двигателя 14, а электронным ключом 12 - сигнал от усилителя 6 в обмотку управления двигателя 14. В результате плоскопараллельная пластинка (ППП) 2, кинематически связанная с двигателем 14, будет наклоняться до тех пор, пока указанный сдвиг фазы станет равным нулю. При этом изобра- жение объекта совместится с радиальной прямой, проходящей через точку пересечения растра анализатора изображения с оптической осью ближайшего опорного канала. Величина объекта определяется по сумме показаний цифрового индикатора 15, регистрирующего координату соответствующего точечного излучателя, и потенцио- метрического датчика 15.

Предлагаемое устройство значительно проще по конструкции, чем известное, таккак в него включен только один компенсатор в виде ППП. Вследствие этого у него не требуется взаимное сопряжение отдельных ППП по угловому полю, снижающее точность измерений. Кроме тогоЛПП предлагаемого устройства наклоняется на небольшой угол, соответствующий перемещению изображения объекта на один шаг растра. Ее аберрации при небольших наклонах практически не изменяются. Поэтому за счет увеличения числа опорных каналов можно значительно увеличить угловой диапазон измерений при сохранении погрешности измерения, т. е. увеличить точность измерений.

Формула изобретения

Линия расположения точечных излучателей

Фиг. 2