Оптико-электронный измеритель вибраций Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться для измерения параметров вибраций различных объектов и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 1460608.

Известны оптико-электронные измерители многомерной вибрации, содержащие лазер в качестве источника света, с разнесенными фотоприемниками Недостатком этих устройств является низкая производительность измерений из-за большой трудоемкости их юстировки перед измерением. Поясним сущность этого недостатка более подробно.

С выхода фотоприемника (ФП) получают сигнал, пропорциональный амплитуде смещения светового пятна на плоскости ФП (фиг.1):

Хфп Хл + Ху Ав28та + Ltg2 А у ,(1)

где АВ-амплитуда линейного перемещения объекта;

а - угол падения отражения луча; L - расстояние от ФП до отражателя на объекте;

А у - угловое перемещение объекта.

Из выражения (1) видна зависимость точности измерений от выдерживания расстояния L и угла а . На практике для выдерживания двух параметров L и а приходится осуществлять многократные поступательные и вращательные движения элементов измерителя, которые желательно сократить и упростить. Кроме того, юстировка осложняется еще несколькими обстоятельствами. Во-первых, каждый раз необходимо обеспечить перпендикулярность плоскости измерений, образуемой падающим и отраженным лучами к плоскости отражателя на объекте, иначе отраженный луч выйдет из заданной плоскости измерений и не попадет на ФП. Во-вторых, необходимо обеспечить перпендикулярность ФП к оси отраженного луча для исключения погрешности измерений из-за эллипсностй пятна на ФП. Все это требует дополнительных регулировок по углам.

Измеритель на рассматриваемом физическом принципе различает угловую составляющую вибраций только в плоскости измерений, как и линейную составляющую - только с определенного направления. На практике необходимы измерения составлясо

с

vj XI Јь

CS

сл

ющих вибраций в различных плоскостях и с различных направлений. Поэтому было бы удобно поворачивать плоскость измерений измерителя, не сбивая каждый раз его настройки.

Цель изобретения - повышение производительности измерений за счет использо- вания предлагаемого юстировочного механизма.

Поставленная цель достигается введением в устройство по авт.св. № 1460608 юстировочного механизма, позволяющего легко обеспечить необходимую взаимную ориентацию отражателя на объекте и измерителя относительно друг друга и с минимальным числом регулировок обеспечить фиксированные L и а при измерениях. В прототипе (авт,св. № 1460608) подразумевалась свободная расстановка элементов измерителя, и вопрос юстировки не рассмотрен. Использование для юстировки нашего измерителя известных из литературы котировочных механизмов, представляющих собой комбинации кареток линейного перемещения по различным осям и узлов поворота вокруг осей, не устраняет двух существенных недостатков процесса юстировки:

1) сложность попадания зондирующего луча на произвольно, в общем случае, установленный маленький отражатель на объекте и во много раз сложнее - улавливание отраженного луча ФП измерителя;

2} большое число взаимосвязанных регулировок по осям и вокруг осей при операциях юстировки, которые желательно сократить и упростить.

Поясним, почему с введением предложенного юстировочного механизма ускоряется юстировка.

В предложенном устройстве величины L, а , а также ориентация плоскости ФП нормально к оси отраженного луча не регулируются в процессе измерений, а выдерживаются конструктивно с заданной точностью (фиг.2). На фиг.2 обозначены: 1 - лазер; 2 - отражатель; 3 - блок светоделителя с ФП. Задача юстировки перед измерением решается всего в два приема: 1) выдерживание расстояния h (тем самым и L) с помощью мерного штыря; 2) обеспечение необходимой взаимной ориентации отражателя и измерителя (перпендикулярность заданной плоскости измерений к плоскости отражателя) предварительно (грубо) с помощью нормальной к оси мерного штыря ориентирующей площадки на его конце и окончательно (точно) - с помощью двух кареток с криволинейными направляющими

во взаимно перпендикулярных плоскостях.

На фиг.З изображена кинематическая

схема устройства, а на фиг.4 и 5 приведены

схемы, поясняющие принцип юстировки с помощью предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения, отражатель 2, блок 3 светоделителя с ФП, штангу 4 с шарниром 5 и телескопиче0 ски убирающимся мерным штырем 6, две роликовые каретки 7 и 8 с криволинейными направляющими 9 и 10, винтовые передачи 11 и 12, ползуны 13 и 14, штатив 15.

Источник 1 излучения и блек 3 светоде5 лителя с ФП, образующие прямым и отраженным лучами плоскость измерений, закреплены на концах штанги 4 таким образом, чтобы получился угол 2 а между прямым и отраженным лучами, а биссектриса

0 этого угла была перпендикулярна к оси штанги. Штанга 4 в средней части закреплена с помощью шарнира 5, позволяющего, при необходимости, поворачивать штангу вокруг направления биссектрисы угла 2 а.

5 на каретке 7. Каретка 7 имеет криволинейную направляющую 9 в плоскости, перпен- дикулярной к плоскости измерений. Направляющая 9,в свою очередь, расположена на другой каретке 8, имеющей криво0 линейную направляющую 10 в плоскости, взаимно перпендикулярной к плоскости направляющей первой каретки. Направляющая 10 крепится с помощью шарнира к штативу 15. Каретки могут перемещаться

5 винтовыми передачами ,11 и 12 через ползуны 13 и 14 таким образом, что концы штанги все время находятся на сферической поверхности с R L Центр этой сферической поверхности есть точка падения - отраж е0 ния луча на отражателе 2, закрепляемом на объекте. Для установки всей системы на заданном расстоянии h Lcos a or отражателя 2 до штанги 4 и предварительного обеспечения перпендикулярности плоско5 сти отражателя к плоскости измерений на штанге по направлению биссектрисы угла 2 а установлен телескопически убирающийся мерный штырь 6, имеющий нормальную к его оси площадку на конце для контакти0 рования с отражателем 2.

Юстировку измерителя осуществляют следующим образом. Перед измерениями обе каретки и штанга в шарнире ставят в нулевое положение и выдвигают медный

5 штырь, Штатив с измерительным устройством подводят к объекту и по ориентирующей площадке на конце штыря к объекту приклеивают зеркальный отражатель, а штатив фиксируют, Затем мерный штырь

отводят для разрыва механического контакта с объектом и окончательно корректируют измеритель последовательным перемещением кареток, добиваясь максимума сигнала с ФП, причем схема обработки сигнала при этом переключается в режим юстировки. Схема на фиг.4 иллюстрирует коррекцию для попадания луча на ФП путем поворота отражателя в плоскости измерений на угол Д 1, а схема на фиг.5 - путем поворота отражателя на угол А у 2 в плоскости, перпендикулярной к плоскости измерений.

Требования поточности к юстировочно- му механизму можно обосновать, получив оценки погрешности измерений из-за ошибок угла «±А« и расстояния L ±A L.

Из выражения (1) при отсутствии угловых вибраций, т.е. А у 0

Хфп Хл 2Aesin a

Отсюда относительная погрешность измерения амплитуды линейного перемещения Ав, обусловленная ошибкой а ± Да

фП

&А,

Xq

Zs.noi. 2sim((ii6i)(.)I 6m«6

.оо 4-- |- |.«,о%

tec

25 тл

Sin(o6iiot)

Из выражения (1) при отсутствии линейных перемещений, т.е. Ав О

Xon Xy -Ltg2 Ay - L.2 Ay . так как Ay- малые.

Добавочное смещение луча на плоскости ФП из-за A L

А Хфп A Ltg 2 А) A L. 2 Ау

Тогда относительная погрешность измерения углового перемещения из-за ошибки ±А L

Ai--r -i°°% 3)

Суммарная относительная погрешность измерений

/

+$

(4)

5

0

5

Например, при а 45° и L 0,5 М из выражений (2) и (3) следует, что для обеспечения весьма малой относительной погрешности измерений р 1-1,5% необходимо выдерживать угол а с точностью А а 35-53, а расстояние L - с точностью A L 5-7,5 мм, что нетрудно осуществить.

Использование данного устройства позволяет упростить юстировку перед измере- нием и повысить производительность измерений. Кроме того, устройство позволяет легко поворачивать плоскость измерений, не сбивая настройки, путем поворота штанги с размещенными на ней источником излучения и ФП и шарнирного крепления ее к первой каретке в направлении вокруг нормали к плоскости отражателя.

Формула изобретения

Оптико-электронный измеритель вибраций по авт.св. N 1460608, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности измерений, он снабжен котировочным механизмом, выполнен

30

35

40

45

ным в виде штанги, один конец которой жестко связан со светоделителями, а второй конец жестко связан с источником светового излучения, двух кареток с двумя взаимно перпендикулярными направляющими, центры кривизны которых совпадают с точкой пересечения оптических осей источника светового излучения и первого светоделителя, штанга в средней части закреплена на первой каретке шарнирно с возможностью поворота вокруг направления биссектрисы угла между оптическими осями источника светового излучения и первого светоделителя, направляющая первой каретки жестко связана с второй кареткой, и телескопического мерного штыря, один конец которого жестко связан со штангой, а второй конец выполнен с площадкой, перпендикулярной оси штыря и предназначенной для контактирования с отражателем.

f

v N

Cw

-4

.b.

У

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - повышение производительности. Поставленная цель достигается введением в устройство юстировочного механизма в виде штанги с шарниром и телескопическим мерным штырем и двух кареток. 5 ил

ФиЈ, 3

Фцё. 4

У

Фиг. Ј

)