Устройство для измерения углового положения объекта Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

ш

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля углового положения объекта с помощью лазерных измерителей.

Известно устройство для измерения углового положения объекта, содержащее автоколлимационный датчик, два излучателя, дефлектор, объектив, светоделительный кубик, анализатор (диафрагма), конденсатор, фотоприемник и усилитель.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии углового поворота объекта изображения излучателей проектируются на края анализатора так, что на фотоприемник приходятся два равных сигнала в противофазе, суммирование которых на частоте модулятора дает постоянное напряжение, равное нулю. При повороте объекта происходит смещение изображений излучателей, на выходе фотоприемника возникает сигнал, фаза которого определяет знак рассогласования, а амплитуда - величину углового перемещения.

Недостатком этого устройства является сравнительно низкая точность при измерении углового положения объекта из-за влияния нестабильности пространственного положения диафрагмы направленности излучателей и влияния воздушного тракта, по которому распространяется световой поток излучателей.

Известно устройство для измерения углового положения объекта, содержащее источник коллимированного излучения, два отсчетных узла, предназначенных для скрепления с объектом, светоделительный призменный блок, выполненный в виде призмы типа БС-0° со светоделительным покрытием на второй по ходу пучка лучей грани и прямоугольной призмы, склеенной своей гипотенузной гранью с второй гранью призмы БС-0°, и угловой отражатель, скрепленный со светоделительным блоком так, что входная грань призмы БС-0° оптически связана с источником коллимированного излучения, и вычислитель, входы которого подключены к выходам отсчетных узлов.

Однако данное устройство вносит методическую погрешность измерения, так как центр светочувствительности поверхности одного из отчетных узлов и вершина уголкового отражателя разнесены в пространстве. Это приводит к эффекту параллакса, приводящего к тому, что в процессе изменений углового положения объекта линейные перемещения центра светочувствительной поверхности и вершины уголкового отражателя будут различны. Разность этих линейных перемещения приводит к погрешности

измерений. Величина погрешности зависит от разности радиусов вращения центра отсчетно- го узла и вершины уголкового отражателя и может достигать десятков микрон разности линейных перемещений и соответственно десятков секунд уголковых перемещений.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что

0 устройство для измерения углового положения объекта, содержащее источник коллимированного излучения, два отсчетных узла, предназначенных для скрепления с объектом, светоделительный призменный

5 блок, выполненный в виде призмы типа БС-0° со светоделительным покрытием на второй по ходу пучка лучей грани и прямоугольной призмы, склеенной своей гипотенузной гранью с второй гранью призмы

0 типа БС-0°, и уголковый отражатель, скрепленный со светоделительным блоком так, что входная грань призмы БС-0° оптически связана с источником коллимированного излучения, и вычислитель, входы которого

5 подключены к выходам отсчетных узлов, снабжено второй призмой типа БС-0°, связанной со светоделительным призменным блоком через уголковый отражатель так, что выходная грань блока связана с входной

0 гранью призмы типа БС-0° и установленной между одним из ртсчетных узлов и уголковым отражателем, а уголковый отражатель выполнен усеченным и второй отсчетный узел установлен так, что его чувствительная

5 поверхность совмещена с мнимой вершиной отражателя.

В предлагаемом устройстве точность измерений повышается за счет того, что линейные перемещения центра светочувстви0 тельной поверхности отсчетного угла и вершины уголкового отражателя одинаковы, что устраняет погрешности, связанные с эффектом параллакса.

На чертеже изображена схема устрой5 ства для измерения углового положения объекта.

Устройство содержит основание 1 и установленные на нем источник 2 коллимированного излучения, закрепленные на

0 объекте 3 измерения два отсчетных узла 4 и 5, уголковый отражатель 6, оптически связанный с вторым отсчет ым узлом 5, мнимая вершина отражателя лежит в одной плоскости со светочувствительной поверх5 ностью отсчетного узла 4, светоделительный блок, состоящий из призмы 7 типа БС-0° и прямоугольной призмы 8, склеенной гипотенузной гранью с призмой 7, дополнительную призму 9 типа БС-0°, установленную между вторым отсчетным

узлом 4 и уголковым отражателем б так, что центр отсчетного узла 4 совмещен с мнимой вершиной уголкового отражателя

6отсчетного электронного регистрирующего звена, состоящего из усилителей 10 и 11, сумматора 12 и регистратора 13, электрически связанного с обоими отсчетными узлами 4 и 5.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии пучок лучей источника 2 коллимированного излучения направляется параллельно основанию 1 в сторону объекта 3 контроля, формируя базу отсчета, делится светоделительной гранью

7типа БС-0° и призмы 6 на два пучка лучей. Один из этих пучков лучей после выходной грани призмы 7 попадает на входную грань дополнительной призмы 9 типа БС-0°, установленной между вторым и отсчетным узлом и уголковым отражателем так, что выходная грань этой призмы направляет световой пучок в центр второго отсчетного узла 4, который совмещен с мнимой вершиной углового отражателя и предназначен для измерения изменения положения координаты YOI его энергетического центра. Второй световой пучок лучей проходит через прямоугольную призму 8 и, отразившись от боковых граней уголкового отражателя 6, попадает на чувствительную площадку первого отсчетного узла 5, который предназначен для измерения изменения положения координаты Yoa его энергетического центра. Отсчетный узел 5 устанавливают на таком расстоянии от углового отражателя, чтобы длины оптического пути от источника 2 коллимированного из лучения до отсчетных узлов 4 и 5 были одинаковыми.

Сигналы с выходов отсчетных узлов 4 и 5 усиливаются электронными блоками 10 и 11 и подаются на вход вычислителя 12, при этом компенсируется погрешность параллакса и одновременно погрешность, обусловленная нестабильностью коллимированного излучения 2, а выходной сигнал вычислителя 12, пропорциональный углу на- 5 клона объекта 3, регистрируется устройством 13.

Аналогично происходит измерение угла наклона объекта в горизонтальной плоскости.

0 Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет обеспечить повышение точности измерения угловых положений объекта с помощью лазерных измерителей.

5 Формула изобретения

Устройство для измерения углового положения объекта, содержащее источник коллимированного излучения, два отсчетных узла, предназначенных для скрепле0 ния с объектом, светоделительный призменный блок, выполненный в виде призмы типа БС-0° со светоделительным покрытием на второй по ходу пучка лучей грани и прямоугольной призмы, скреплен5 ной своей гипотенузной гранью с второй гранью призмы типа БС-0°, уголковый отражатель, скрепленный со светоделительным блоком так, что входная грань призмы БС-0° оптически связана с источником коллимиро0 ванного излучения, и вычислитель, входы которого подключены к выходам отсчетных узлов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено второй призмой типа БС-0°. связанной

5 со светоделительным призменным блоком через уголковый отражатель так, что выходная грань блока связана с входной гранью призмы типа БС-0° и установленной между одним из отсчетных узлов и

0 уголковым отражателем, а уголковый отражатель выполнен усеченным и второй от- счетный узел установлен так, что его чувствительная поверхность совмещена с мнимой вершиной этого отражателя.