Устройство для измерения угловых отклонений объекта Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения углового отклонения объекта и может быть применено при эксплуатации, сборке и монтаже различных изделий.

Известно устройство для измерения трех угловых координат, содержащее осветитель, отражатель, закрепленный на объекте, прерыватель света, призму с боковыми зеркальными гранями, решетку, светочувствительный преобразователь, синхрогенера- тор и привод вращения призмы.

Недостатком данного устройства является сложность его конструкции и низкая точность, обусловленная использованием в нем вращающейся призмы.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к изобретению является устройство, содержащее основание с размещенным на нем коллиматором, выполненным в виде объектива, и светящейся марки, расположенной в его фокальной плоскости, и приемник, устанавливаемый на объекте и выполненный в виде объектива и позиционно-чувствительного регистрирующего блокз, размещенного в его фокальной плоскости, при этом отношение поперечного размера светящейся марки к разности размеров выходного зрачка объектива коллиматора и входного зрачка объектива приемника равно отношению фокусного расстояния объектива коллима ч|

4 4 Ј СЛ

тора к максимальной дальности работы устройства.

Измерение углов в устройстве осуществляется путем измерения смещения изобра- жениямаркиспомощью

позиционно-чувствительного регистрирующего блока приемника.

Недостатком данного устройства является то, что оно позволяет измерять только два угловых отклонения обьекта (коллимационные углы), что ограничивает область его возможных применений.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения третьей угловой координаты (угла скручивания), что расширяет номенклатуру контролируемых параметров.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве объектив коллиматора выполнен в виде двух обьективов, пространственно разнесенных относительно оптической оси объектива приемника на равные расстояния, ориентированных так, что их оптические оси проходят через центр входного зрачка приемника и двух светящихся марок, каждая из которых установлена в фокальной плоскости перед соответствующим объективом. Оптический блок выполнен в виде трех прямоугольных призм, жестко скрепленных друг с другом таким образом, что две из них с равными гипотенузными гранями скреплены с соответствующими катетными гранями третьей призмы и образуют плоскопараллельную пластину, и с тремя отличными друг от друга показателями преломления материала. Оптический блок ориентирован таким образом, что гипотенузная грань третьей призмы перпендикулярна оптической оси объектива приемника и ребро, образованное катетными гранями, перпендикулярно плоскости, в которой расположены оптические оси объективов коллиматора, при этом величины смещений I центров выходных зрачков объективов коллиматора, расстояния L между коллиматором и приемником и коэффициенты преломления щ, П2 двух призм с равными гипотенузными гранями и пз, коэффициент преломления третьей призмы связаны соотношением

arctg 7- arcsin

пз

П2

sin(45°-arcsin- sin45°)

П1ПЗ

0)

При указанном выполнении устройства появляется возможность измерения третьей угловой координаты (угла скручивания), что расширяет номенклатуру контролируемых параметров.

На фиг.1 приведена принципиальная оптическая схема устройства; на фиг.2 -схема призмеиного блока; на фиг.3-5 - схемы, поясняющие принцип действия устройства.

Устройство включает (фиг.1) светящиеся

марки 1 и 2, расположенные в фокальных плоскостях объективов 3 и 4 коллиматора, размещенной на основании (на чертеже не показано), призменный блок 5, установленный перед объективом приемника, состоящий из двух симметричных прямоугольных призм 7 и 8, склеенных гипотенузными гранями с катетными гранями прямоугольной призмы 9 и образующих плоскопараллельную пластину, причем призмы 7-9 выполнены из оптических материалов с различными показателями преломления щ. П2 и пз, соответственно. При этом квадратная гипотенузная грань призмы 9 перпендикулярна оптической оси объектива 10 приемника, ребро, образованное кзтетными гранями, перпендикулярно плоскости, проходящей через оптические оси объективов коллиматора 3,4.

В фокальной плоскости объектива приемника 10 размещен позиционно-чувствительный регистрирующий блок 11. Центры входных зрачков обьективов 3,4 коллиматора смещены нэ одинаковые величины относительно оптической оси объектива 10 приемника, в плоскости главного сечения

призменного блока 5 (фиг.1), который совместно с объективом приемника 10 и позици- онно-чувствительным регистрирующим блоком 11 размещаются на объекте, положение которого контролируется (на чертеже

не показан).

Объект имеет возможность поворота вокруг осей x.y.z на углы рх , ру , (pz. соответственно.

Устройство работает следующим образом,

Объективы коллиматора 3,4 формируют параллельные пучки лучей от светящихся марок 1 и 2, излучают последовательность импульсов, сдвинутых по фазе на 180°, и

направляют их через призменный блок 5 на объектив приемника 10. На позиционно-чув- ствительном регистрирующем блоке 11 строятся изображения 12 и 13 (совмещенные в исходном положении) марок 1 и 2.

Изображения 14 и 15 при работе не используются.

Центры изображенияй марок при угловом повороте (pz (угол скручивания) приемника (фиг.2, фиг.З) смешаются относительно

нулевого положения в противоположные стороны на расстояние

Y Yi + Y2(2)

где Yi и Y2 - текущие смещения центров изображений 11 и 12 марок 1 и 2 (фиг.1), соответственно, при угле повороте pz по часовой стрелке; Y1 - текущее суммарное расстояние между центрами изображений марок.

С выходов позиционно-чувствительно- го регистрирующего блока снимаются сигналы, пропорциональные смещениям YI и Y2, причем сигналы снимаются в порядке, согласованном последовательностью излучаемых импульсов светящимися марками 1 и 2, т.е. вначале YI и Y2 .

Измеряемый угол поворота pz может быть вычислен согласно зависимости:

Yi + Y2Y

± да arcsin-2f arcsin , (3)

где I - величина смещений центров выходных зрачков объективов коллиматора 3,4.

Коллимационный угол поворота (рх (фиг.4) вычисляется следующим образом:

± x arctg 2,(4)

где f2 - фокусное расстояние объектива приемника (фиг.5).

Коллимационный угол поворота ру (фиг.4) вычисляется следующим образом:

± ру arctg X, +Х2

2f2

где Xi и Х2 смещения изображения марок 1 и 2, при этом сигналы им пропорциональные снимаются с выходов позиционно-чув- ствительного регистрирующего блока аналогичным образом и в этой же последовательности, как и при вычислении угла поворота pz, т е. вначале XL затем Х2.

Для малых угловых отклонений объекта формулы 3,4,5 можно упростить

-ь

р/

YI-YZ

2f2

i

w. J.

Расчетные показатели зависимостей (6,7,8) угловых отклонений объекта справедливы при построении схемы устройства со следующими соотношениями параметров (фиг.5)

Di -D2

L

(9)

где L - максимальная дальность работы устройства;

DI, 02-диаметры выходных и входных зрачков объективов коллиматора и приемника, соответственно; 2 ft- максимальное угловое поле объективов коллиматора.

2 а 2arctg j-,

(Ю)

20

21 - расстояние между центрами выходных зрачков объективов, коллиматора 3,4;

fi - фокусное расстояние идентичных объективов коллиматора; 10«-угол отклонения пучков лучей после

прохождения призменного блока (фиг.26).

a arctg т-- arcsin - sin(45°-arsin - sin45°), а Lm vпз

15 Простота построения схемы при однозначности вычислений трех угловых координат, причем с одного информативного поля, выгодно отличает это устройство с позиции надежности построения схемы и простоты алгоритма вычисления по сравнению с известными устройствами, предназначенными для измерения трех угловых отклонений. Формула изобретения Устройство для измерения угловых от25 клонений объекта, содержащее последовательно расположенные основание с размещенным на нем коллиматором, и приемник, выполненный в виде последовательно установленных объектива и

30 позиционно-чувствительного блока, отличающееся тем, что, с целью расширения номенклатуры контролируемых параметров за счет измерения также и угла скручивания, коллиматор выполнен в виде двух объекти35 BOB, пространство разнесенных относительно оптической оси объектива приемника на равные расстояния, ориентированных так, что их оптические оси проходят через центр входного зрачка приемника и двух светя40 щихся марок, каждая из которых установлена в фокальной плоскости перед соответствующим объективом, оптический блок выполнен в виде трех прямоугольных призм, жестко скрепленных друг с другом

45 таким образом, что две из них с равными гипотенузными гранями скреплены с соответствующими катетными гранями третьей призмы и образуют плоскопараллельную пластину, и с тремя отличными друг от друга

50 показателями преломления материалов, оптически блок ориентирован таким образом, что гипотенузная грань третьей призмы перпендикулярна оптической оси объекта приемника и ребро, образованное катетными

55 гранями, перпендикулярно плоскости, в которой расположены оптические оси объектов коллиматора, а расстояние 21 между

центрами входных зрачков объективов коллиматора определяют из соотношения

arctg у- arcsin -sin(45° - arsln - sin45°) ления Двух призм с равными гипотенузами LП1пзгранями; пз - коэффициент преломления

где L - расстояние между коллиматором и приемником; т, П2- коэффициенты прелом5 третьей призмы.

где L - расстояние между коллиматором и приемником; т, П2- коэффициенты прелом ления Двух призм гранями; пз - ко

5 третьей призмы.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения углового отклонения объекта. Целью изобретения является расширение номенклатуры контролируемых параметров за счет измерения также и угла скручивания. Объективы коллиматора формируют параллельные пучки лучей от светящихся марок 1 и 2, излучают последовательность импульсов, сдвинутых по фазе на 180°, и направляют их через призменный блок 5 на объектив приемника 6. На регистрирующем блоке 11 строятся изображения 12 и 13, совмещенные в исходном положении марок. Изображения 14 и 15 при работе не используются, с выходов регистрирующего блока 11 снимаются сигналы, пропорциональные смещениям, причем сигналы снимаются в порядке, согласованном с последовательностью излучаемых импульсов, светящимися марками 1 и 2. 5 ил. (Л С

П

/

/

Щи г 2

teJ

п

РжА

.4

Фиг.$