Датчик угла скручивания Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к оптическому приборостроению.

Известны оптические приборы, позволяющие измерять угловые смещения объекта, например устройство, описанное в авт.св. СССР N5 1420361, G 01 В 11/26, 1987} и содержащее осветитель, светоделитель, щелевые диафрагмы, отражательное зеркало, установленное на квазикерамический биморф, коллимирующий объектив, второй светоделитель и второй отражатель. Пучки лучей от осветителя через светоделитель посредством оптических элементов по- падают на приемники излучения. По сигналу с генератора импульсов, электрически соединенного с блоком обработки сигналов, биморф с первым отражателем совершает колебательные движения, вызывая смещение двух автоколлимационных изображений первой щели по диафрагме. Посредством электронного блока вычисляют угловые смещения объекта.

Недостатками такого устройства являются невозможность измерения угла скручивания, фон высокоточных колебаний только мешает контролю углов смещения равных углу колебаний зеркала, низкая точность измерения угла смещения, большая зависимость от материала биморфа, от влияния электрического тела, разбросанность в показаниях.

Наиболее близким решением является конструкция датчика угла скручивания, указанная в журнале Приборостроение № 4, 1975, с. 106-109 и содержащая осветитель с маркой, светоделительный элемент, коллимирующий объектив, уголковый отражатель, установленный на объекте, окуляр. Уголковый отражатель - триппельпризма выполнена так, что третий двугранный угол, равный 90°. выполнен с отступлением от прямого угла на величину 5. Такой элемент обладает свойством раздваивать после отражения падающий на его входную грань параллельный пучок лучей. При повороте уголкового отражателя вместе с объектом на угол скручивания изображения марки в

фокальной плоскости коллимирующего объектива будет перемещаться. Посредством окуляра оценивают смещение этого угла. Недостатками данного технического решения являются низкая точность (10), отсутствие автоматического сервиса и оптико-электронной обработки.

Целью изобретения является повышение точности.

Эта цель достигается тем, что датчик

угла скручивания, содержащий оптический блок в виде осветителя и оптически связанных коллиматора, отражателя, предназначенного для скрепления с объектом, и

приемника излучения, снабжен вторым оптическим блоком, выполненным в виде осветителя и коллиматора, между которыми в обоих блоках расположены две прямоугольные призмы, ориентированные гипотенузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, две входные щелевые диафрагмы, расположенные на взаимно перпендикулярных катетных гранях соответствующих призм, отражатель, выполненный в виде третьей прямоугольной призмы и ориентированный гипотенузной гранью перпендикулярно подающим пучкам обоих блоков, плоским зеркалом, сопряженным с отражателем и установленным за

коллиматорными объективами обоих оптических блоков параллельно гипотенузной грани отражателя, четвертой и пятой прямоугольными призмами, на катетных гранях которых размещены выходные третья ичетвертая щелевые диафрагмы, двумя проекционными объективами, каждым в своем блоке, последовательно за ними шестой и седьмой прямоугольными призмами, ориентированными гипотенузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, между которыми разположена восьмая суммирующая прямоугольная призма, гипотенузная грань которой перпендикулярна плоскому зеркалу, а катетные грани

направлены к приемнику излучения, при этом датчик снабжен блоком электронной обработки информации, вход которого связан с выходом приемника излучения и механизмом управления поворота отражателя, вход которого связан с выходом блока обработки.

Датчик угла скручивания показан на чертеже.

Датчик угла скручивания содержит два оптических блока, в каждом из которых расположены осветитель 1, отражательные прямоугольные призмы 2,3, на входных гра- нях которых расположены щелевые диафрагмы А, отражатель 5, выполненный в виде третьзй прямоугольной призмы и ориентированный гипотенузной гранью перпендикулярно падающим пучкам обоих оптических блоков, коллиматорных объективов 6, плоское зеркало 7, сопряженное с отражателем 5 и установленное за последними обоих оптических блоков параллельно гипотенузной грани отражателя, четвертую и пятую прямоугольные призмы, на входных патентных гранях которых размещены выходные третья и четвертая щелевые диафрагмы. Далее в каждом оптическом блоке последовательно за четвертой и пятой приз- мами 8 установлены проекционные объективы 9, отражательные прямоугольные пятая и шестая призмы 10, ориентированные гипотенузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, между которыми расположена восьмая суммирующая прямоугольная поизма 11, гипо- тенузная грань которой перпендикулярна плоскому зеркалу 7, в катетные грани направлены к приемнику излучения 12, выход которого электрически связан с входом блока электронной обработки информации 13, выход последнего связан с входом механизма 14 управления поворота отражателя 5. Отражатель 5 установлен нз объекте 15 Все остальные элементы размещены на неподвижном основании 16.

Световые пучки от источников в осветителях 1 освещают входные щелевые диафрагмы 4, нанесенные на входных гранях прямоугольных призм 2 v, 3. После этих призм световой поток каждого блока падает на общую прямоугольную призму 5, пройдя гипотенузную грань, отражается от одной катетной ее грани второй грани и попадают на два коллиматорных объектива 6. Диафрагмы 4 расположены в фокальной плоскости коллиматорных объектива 6, в результате чего из последних выходят параллельные пучки света. Эти пучки отража- ются от плоского зеркала 7 и вновь попадают на объективы 6. призму 5, призмы 2, 3 и осве ртель 1. Если объект 15 скручивается, го призма 5 вместе с объективом поворачивается. Тогда световые пучки, отразившись от плоского зеркала 7, пройдя коллиматоры 6, гипотенузную грань смещенной призмы 5. отразившись от одной ее катетной грани и второй, попадают на призмы 8, освещая выходные (третью и четвертую) щелевые диафрагмы, размещенные на выходных гранях отражательных призм 8. Изображения этих щелевых диафрагм переносятся проекционными объективами 9 с помощью прямоугольных призм 10 и общей суммирующей прямоугольной призмы 11 на фотоприемник 12.

Щелевые диафрагмы 4 относительно оси скручивания расположены симметрично на расстоянии L одна от другой. Принцип действия датчика основан на свойстве прямоугольного углового отражателя поворачивать отраженное от него изображение предмета на двойной угол.

При развороте коллимирующего объекта на линейный ПЗС приемник 12 попадают два изображения щелевых диафрагм и отстоящих друг от друга на расстоянии I.

Призма 5 вместе с объектом 15 вокруг оси скручивания разворачивается на угол а и в результате двойного отражения света от катетных граней призмы 5 изображения щелевых диафрагм на приемнике будут смещаться от первоначального положения в противоположные стороны. Величина перемещения сигналов Асвязана с углом разворота а зависимостью

ЬГоб,

где Г - увеличение объективов;

К - коэффициент, учитывающий разворот изображений диафрагм 4 в зависимости от числа отражений от призмы 5. При двойном отражении от катетных граней призмы 5 коэффициент К 4, тогда a-L Т0б.

При чувствительности ПЗС приемника к смещению светового сигнала 1 мкм, L 60 мм, Гоб. 40х точность определения угла скручивания будет равна 0,02 угл.с. По сравнению с прототипом точность повышается в 500 раз. С устройством, в котором имеется один оптический блок чисто теоретически, точность повышается в 4 раза.

Электрические сигналы, снимаемые с ПЗС приемника 12, обрабатываются в блоке электронной обработки 13 и выдаются команды в механизм управления согласования объектом 15, поворачивая последний в исходное положение.

Датчик угла скручивания позволяет быстро и точно фиксировать отклонения объекта от температурных деформаций, магнитных, силовых, вибрация высокой частоты. Устройство опробовано на макете, прошло испытания, показало расчетные технические характеристики.

Формула изобретения Датчик угла скручивания, содержащий оптический блок в виде ответителя и оптически связанных коллиматора, отражателя, предназначенного для скрепления с объектом, и приемника излучения, отличающийся тем, что. с целью повышения точности, он снабжен вторым оптическим блоком, выполненным в виде осветителя и оптически связанных коллиматора, двух прямоугольных призм, ориентированных гипотенуэными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, двух щелевых диафрагм, расположенных на взаимно перпендикулярных катетных гранях соответствующих призм, объектива, третьей прямоугольной призмы, ориентированной гипотенузной гранью перпендикулярно падающему пучку, и четвертой прямоугольной призмы, установленной в общем для двух оптических блоков пучке, плоским зеркалом, выполненным общим

для двух оптических блоков и сопряженным с отражателем, выполненным в виде прямоугольной призмы и ориентированным гипотенузой гранью параллельно поверхности

зеркала, двумя объективами, установленными между отражателями и плоским зеркалом, каждый из которых сопряжен с соответствующим оптическим блоком, пятой и шестой прямоугольными призмами,

расположенными в первом оптическом блоке и ориентированными гипотенузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, третьей и четвертой щелевыми диафрагмами, расположенными

на взаимно перпендикулярных катетных гранях соответственно пятой и шестой призм, седьмой прямоугольной призмой, ориентированной гипотенузной гранью перпендикулярно падающему потоку и расположенной в первом блоке, а датчик снабжен блоком электронной отработки информации, вход которого связан с выходом приемника излучения, и механизм управления поворотом отражателя, вход которого связан с выходом блока обработки.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит осветитель 1, три пары прямоугольных отражательных призм (ПОП) 2, 3,8,10 коллимирующие объективы 6, плоское зеркало 7 и общую прямоугольную отражательную призму 5, входная грань которой параллельна зеркалу 7, а ребро прямого угла перпендикулярно оптическим осям каналов. Осветители 1 оптических каналов сопряжены с одним приемником излучения 12 посредством двух проекционных обьективов 9, третьей пары ПОП 10 и общей суммирующей отражательной призмы 11. На входных гранях первой пары ПОП 2 и 3 расположены щелевые диафрагмы 4, а изображения их - на выходных гранях второй пары ПОП 8.