Способ контроля углового положения объектов Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться в машиностроении, строительстве, астрономии и др. отраслях науки и техники как для непрерывного, так и дискретного определения угла между заданными осями и направлениями на объект.

Известен интерференционный способ углоизмерений путем визуальной фиксации интерференционной картины, зависящей от разности хода двух интерферируемых пучков света. Разность хода лучей появляется при возникновении угла падения у одного из пучков света на контролируемый объект. Угловое положение объекта определяют по величине разности хода двух интерферируемых пучков света или по величине смещения интерференционных полос в фиксируемой интерференционной картине.

Известны оптические устройства, предназначенные для визуального измерения углов, например угломеры с призмой Кестера, коллиматоры. Спектральная область рабочих длин волн таких устройств находится в интервале 0,4-1,2 мкм (в основном, видимая). Диапазон углоизмерений 10-401.

Недостатками способа интерференционных углоизмерений являются малые диапазоны измеряемых углов и рабочих длин волн, а также градиент показателя преломления по объему светоделителя (например, призмы), что искажает интерференционную

VJ v| Ч) Ю

Л

картину, а следовательно, увеличивает погрешность измерений и ограничение входного зрачка измерительного прибора габаритными размерами входной грани призмы.

Цель изобретения - расширение диала- зона контролируемых углов и повышение точности контроля.

Указанная цель достигается тем, что в оптическом способе контроля углового положения объектов устанавливают соосно друг другу и оптической оси два узкополосных инфракрасных интерференционных светофильтра, один из которых скрепляют с объектом, второй ориентируют перпендикулярно к падающему излучению, п качестве которого используют инфракрасное излучение, а угловое положение объекта опреде- ляют по величине пропускания, прошедшего оба светофильтра одновременно.

Заявляемый способ соответствует критерию изобретения новизна, поскольку, в отличие от известных в литературе интерференционных способов, с помощью которых визуально наблюдается интерференционная картина, и по сдвигу ее полос или по величине разности хода интерферируемых пучков соета определяются лишь небольшие углы, предлагаемый способ углоиэме- рений основан на совершено ином/, явлении - на явлении полосы пропускания узкополосных интерференционных фильтров (УИФ) при изменении угла падения света на них. Кроме того, известные способы углоизмерений в своих схемах реализации не содержат УИФ. Новый способ значительно проще, работоспособен во всех спектральных областях, в которых имеются УИФ. Его рабочей мерой является пропускание, регистрируемое после прохождения излучения через оба соосно расположенные светофильтра одновременно. Таким образом, сравнение методов реализации известных интерференционных способов углоизмерений с заявляемым способом свидетельствует .об отсутствии прототипа.

При изучении других технических решений, известных в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое изобретение, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия.

На чертеже показана схема реализации способа в спектральной области 1,2-20 мкм. Она содержит расположенные на одной оптической оси источник ИК-излучеиия, элементы 2 формирования светового луча.

например обьективы, диафрагмы, два однотипных ИК-светофильтра 3 и 4. При этом светофильтр 3 скреплен с контролируемым объектом. Соосно светофильтру 3 и перпендикулярно к падающему излучению установлен светофильтр 4. Излучение, прошедшее светофильтр 3, фокусируют элементами 2 на приемник излучения 5. Сигнал о величине пропускания излучения, прошедшего оба светофильтра одновременно, поступает в систему 6 регистрации и обработки информации. Максимальное пропускание обоих светофильтров одновременно наблюдается при их перпендикулярном положении к оптической оси и падающему на них излучению. При изменении углового положения светофильтра 3 его полоса пропускания смещается в коротковолновом направлении, а величина пропускания излучения, прошедшего оба светофильтра одновременно, уменьшается. Если угол наклона светофильтра 3 достигает 90, то пропуска- ние излучения обоими светофильтрами одновременно равно нулю. Местоположение

светофильтра 4 в схеме измерения не влияет на величину регистрируемого сигнала.

Применение в схеме измерения углового положения объекта ИК П-образных узкополосных высококонтрастных светофильтров с

оптической толщиной соединительных слоев, равной (1,01-1,10) Я/4, где А- рабочая длина волны светофильтров 3 и 4, имеющих в интервале углов падения на светофильтр 30-50° линейную зависимость пропускания

излучения через оба светофильтра одновременно от угла падения излучения на свето- фильтр 3, повышает точность контроля до 10. При углах падения света 70-90° точность углоизмерений составляет 20-30. У светофильтров с четвертьволновыми толщинами всех слоев имеется нелинейная зависи-1 мость пропускания от угла падения на один из светофильтров, что уменьшает точность измерений свыше 1 и 2° в спектральных

областях 0,2-1,2 и 1.2-50 мкм соответственно. Дополнительное повышение точности контроля дает высокоточная система регистрации и обработки информации совмест-. но с- высокочувствительным приемником

ИК-излучения.

Использование предлагаемого способа контроля углового положения объектов путем измерения пропускания двух соосно расположенных светофильтров позволяет

5 проводить измерения в области спектра 0.2- 50 мкм как с применением лазерных, так и малогабаритных полупроводниковых ИК- излучателей, упростить и автоматизировать контрольуглового положения объектов и направлений к ним, производить углоизмерительные приборы более простых конструкций, например, по сравнению со схемой Майкельсона, с диапазоном определяемых углов 0-90°.

Формула изобретения Способ контроля углового положения объектов, заключающийся в том, что направляют излучения на объект и определяют угол поворота объекта, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона контролируемых углов и повышения точно0

сти контроля, устанавливают соосно друг с другом и оптической осью два узкополосных инфракрасных интерференционных светофильтра, один из которых скрепляют с объектом, второй ориентируют перпендикулярно к падающему излучению, в качестве которого используют инфракрасное излучение, а угловое положение объекта определяют по величине пропускания излучения, прошедшего оба светофильтра одновременно.

Изобретение относится к ИК-оптическо- му приборостроению, и может использоваться в машиностроении, строительстве, астрономии и других областях науки и техники для контроля пространственного положения и ориентации объектов, сооружений, конструкций, оптико-электронных следящих систем как для непрерывного, так и дискретного определения угла. Цель изобретения - расширение спектрального и углового диапазона измерений. ИК-оптиче- ское устройство контроля углового положения объектов, реализующее способ, содержит излучатель, приемник излучения, элементы формирования светового луча, систему регистрации и обработки информации. Новым в устройстве является введение двух инфракрасных контрастных узкополосных светофильтров с близкими параметрами, один из которых установлен на контролируемом объекте под углом 0-70° к оптической оси системы,« а измеряемый угол определяют по величине интегрального пропускания обоих светофильтров одновременно. 1 ил. в Ё

JI