Оптико-электронный однокоординатный автоколлиматор Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для прецизионных измерений в гравиметрии и навигационных устройствах.

Известен фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий осветитель, диафрагму с точечным отверстием и протяженные фотоприемники.

Недостатком такого автоколлиматора является недостаточная точность и быстродействие.

Наиболее близким устройством является фотоэлектрический автоколлиматор, который содержит оптически связанные осветитель, объектив, диафрагму с точечным отверстием и расположенные вокруг не, о крестообразно четыре протяженные фотоприемника. Диафрагма помещена в фокальной плоскости объектива. Перед объективом находится вращающийся оптический клин с приводом вращения. В оптический тракт входит также плоское зеркало на объекте измерений. С фотоприемником связан электронный блок обработки импульсных сигналов, содержащий усилители, компараторы, триггеры и фильтр нижних частот для выделения сигнала, пропорционального углу наклона зеркала. Пары фотоприемников, расположенных вдоль прямых линий креста, соответствуют двум угловым координатам положения объекта.

К недостатком его относятся технологические трудности, связанные с балансировкой круглого оптического клина, для чего на него надевается неравнотолщин- ный металлический ободок. Остаточная динамическая несбалансированность не позволяет добиться высокой скорости его

4 vj со ел ю :о

i.мнения (свыше 200 Гц), что ограничивает 1 H,ir т родействие датчика. Кроме того, вибрации при вращении снижают точность измерения прибора.

На чертеже показана схема оптического тракта автоколлиматора.

В корпусе 1 находится диафрагма 2 с малым отверстием 3, освещаемым источником 4 света (светодиодом). Оптический клин 5, приводимый во вращение двигателем 6, расположен вблизи объектива 7, в фокальной плоскости которого находится диафрагма 2. Лучи света, прошедшие через клин 5 и обьектив 7, отражаются от зеркала 8 на объекте измерений и образуют оптическое изо- бражение 9 отверстия диафрагмы. Оптическая ось объектива пересекают одну из половин диска клина. Фотоприемники 9 в виде узких полосок расположены под углом 90° друг к другу, причем биссектриса этого угла пересекает ось вращения клина. Отверстие диафрагмы 3 расположено в вершине угла 90°.

Устройство работает следующим образом.

Лучи от-источника 4, пройдя через одну из половин клина 5 и отразившись от зеркала 8, образуют изображение 9, которое в результате вращения клина движется по траектории в виде полуокружности в одном направлении, так как с приходом второй половины клина в зону видимости обьекти- ва предыдущее движение повторяется. Это значит, что сканирование происходит с частотой, в два раза большей чем частота вращения клина. В течение каждого полупериода вращения световое пятно 9 дважды пересекает фотодиоды 10. В последних возникают импульсы с промежутком времени между ними т. Остальные участки полуокружности (начальный и конечный) пятно 9 проходит за суммарное время 12 -к- 1 . Если га ri, то сигнал с

выхода триггера имеет вид меандра, т.е. зеркало на объективе находится в нулевом положении. Если зеркало 8 наклонится так. что пятно 9 переместится по оси чувствительности X, то интервалы тч &г, и в сигнале с фильтра нижних частот (после триггера) появится постоянная составляю- .щая, пропорциональная наклону зеркала

8Выходной сигнал можно получить и в цифровом виде путем измерения интервалов п и Т2 (или Т). Решая соответствующую геометрическую задачу, получим, что угол а наклона зеркала равен

a vT a0s|n-g-(). (1)

где «о - амплитуда сканирования (угловой радиус траектории сканирования).

Можно также доказать, что при a О смещение светового пятна, т.е. полуокружности сканирования по оси, не оказывает влияния надлительностиГ ИТ2. В линейном приближении формула (1) примет вид

Q (

- 0,5).

(2)

Положительный эффект изобретения заключается в том, что введение в оптический тракт автоколлиматора клина с одинаковыми углами преломления каждой его половины дает технологический выигрыш,

присущий симметричной конструкции, т.е. существенное упрощение балансировки, снижение вибраций, возможность увеличения скорости вращения сканатора и удвоение частоты сканирования. Благодаря этим

факторам уменьшаются вибрации и угловые биения оси вращения клина, что обеспечивает повышение точности автоколлиматора, а также увеличение быстродействия, ибо минимальное время измерения равно одному периоду сканирования, равному Т/2.

Формула изобретения Оптико-электронный однокоординат- ный автоколлиматор, содержащий источник

света и оптически связанные точечную диафрагму, оптический клин с приводом, объектив, зеркало, предназначенное для скрепления с объектом, два протяженных фотоприемника, длина которых больше их

ширины, расположенных в ходе лучей, отраженных от зеркала, на расстоянии от объектива, равном фокусному, и блок обработки сигналов в виде двух ветвей, каждая из которых включает усилитель, компаратор,

вход которого связан с выходом усилителя, триггер, вход которого связан с выходом компаратора, и интегратор, вход которого подключен к выходу триггера, выходы фотоприемников связаны с входами блока обработки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оптический клин выполнен в виде круглого диска с плоским основанием, обращенным к диафрагме, и с двумя плоскими наклонными

гранями с противоположной стороны и с линией раздела, проходящей через центр диска, и установлен со смещением относительно оптической оси, а фотоприемники ориентированы под углом 90° друг к другу.

/0

Оптико-электронный однокоординат- ный автоколлиматор может быть использован для прецизионных измерений в гравиметрии и навигационных устройствах, приборостроении. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Автоколлиматор содержит источник света, диафрагму с точечным отверстием, скана- тор, объектив, зеркало на объекте измерений, фотоприе чики и электронный блок преобразования сигналов. Новым является выполнение сканатора в виде круглого двугранного клина с одинаковыми углами наклона граней к плоскому основанию. Оптическая ось объектива пересекает одну из половин диска. Два фотоприемника с входными окнами в виде узких полосок, расположенных под прямым углом друг к другу, размещены на диафрагме так, что биссектриса этого угла пересекается с осью вращения клина. 1 ил. (Л С

SS5$5W§WN

А-А