БЕСКОНТАКТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ И ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ Советский патент 1971 года по МПК G01B11/10 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к бесконтактному измерению линейных размеров и положения объектов, например горячих заготовок, в процессе их обработки на кузнечных прессах и т. п.

Известен бесконтактный цифровой датчик линейных размеров и положения объектов, например горячих заготовок, содержащий источник монохроматического света, модулятор светового потока, кодирующее устройство, расположенное на пути светового лотока, отраженного от поверхности контролируемого объекта, блок фотоприемников, установленных на выходе кодирующего устройства и электронный блок. Известный датчик работает по способу пространственного цифрового кодирования мгновенного положения светового сечения поверхности контролируемого проката. В известном датчике в качестве кодирующего устройства используется пучок светопроводящих волокон, уложенных в коде Грея и разведенных по фотоэлементам.

Известный датчик работает в реальном масщтабе времени без развертки, что устраняет динамические ощибки, и по эффективности приближается к идеальным, но применение ограничено лишь диапазоном световых волн, который в ряде случаев невозможно использовать из-за тяжелых условий измерения. Кроме того, на результат измерения накладываются инструментальные ошибки из-за разброса световодов по толщине и неточности из-за укладки на входном зрачке кодирующего устройства, а также ощибки из-за дисторсии

объектива, фокусирующего световые лучи в плоскости входного зрачка кодирующего устройства. Еще одним недостатком известного датчика является сложная технология изготовления волоконно-оптических кодирующих

устройств, требующая ручной укладки больщого количества очень тонких стеклянных волокон по заранее заданному коду.

Предлагаемый датчик отличается от известного тем, что, с целью повыщения точности и

расщирения диапазона используемых при измерении световых волн, кодирующее устройство выполнено в виде пластины с голограммой, представляющей суперпозицию интерферограмм кодов чисел, равных номерам элементов квантования зоны измерения. Пластина с голограммой выполнена отрал ательной, а между пластиной и блоком фотоприемников установлено устройство выделения действительно восстановленного изобрал ения кода

числа, равного результату измерения, выполненное, например, в виде параболических отражателей и пучка волноводов.

действительного изображения кода числа, равного результату измерения ири облучении голограммы световыми волнами, отраженными от объекта, а в качестве устройства выделения этого изображения применена маска с отверстиями, установленная перед блоком фотоприемников.

На фиг. 1 изобралсена принципиальная схема датчика с кодирующим устройством, в виде голограммы; на фиг. 2-схема градуировки датчика.

Предлагаемый датчик (см. фиг. 1) содержит источник монохроматического света 1, модулятор 2, кодирующее устройство 5, выполненное в виде голограммы, устройство выделения действительного изображения кода числа, выполнеииое, например, в виде параболитических отражателей 4 тл 5 и пучка волноводов 6, блок фотоприемников 7, электронный блок с электрическими фильтрами 8, настроенными на частоту модуляции пучка-света. Р1ндексом 9 обозначен измеряемый объект, 10-опорный пучок а и б-область мнимого изображения кодовой маски, восстанавливаемого с помощью голограммы; а и б-пятна действительного восстановленного изображения кода числа, равного результату измерения, сфокусированные с помощью параболических отражателей на входных зрачках волноводов.

В процессе градуировки датчика на голограмму наносится суперпозиция иитерферограмм кодов чисел, равных номерам элементов квантования зоны измерения. Эта схема содержит лазерный осветитель 11, зеркала 12, кодовую маску 13 с диффузно рассеивающей стеклянной подложкой 14, создающую кодовый набор сигнальных пучков 15, интерферирующих с опорным пучком 16 на фотопластинке 17 с накопительной средой, рассеивающие 18 и коллиматорную 19 линзы.

При градуировке датчика голограмму записывают на одной пластинке с накопительной средой, чувствительной к излучению, например на фотопластинке, в виде суперпозиции N отдельных интерферограмм по числу элементов квантования зоны измерения. Каждая из этих интерферограмм соответствует одному из номеров элементов квантования, представленных, например, в коде Грея в виде отверстий на кодовых масках. Такая голограмма записывается при освещении кодовой маски пучком когерентного излучения, сфокусированным с помощью рассеивающей и коллиматорной линз. При освещеНИИ кодовой маски с диффузнорассеивающей подложкой возникает кодовый набор сигнальных пучков 15, интерферирующих с опорным пучком 16 на фотопластинке 17, на которую они падают с противоположных Сторон.

вания. Для диапазонов ультразвуковых и радиоволи подобная голограмма может быть выполнена в виде отралсательной пластинки с суперпозицией интерферограмм, заранее рассчитанных иа электронной вычислительной машине и нанесенных каким-либо способом, например, гравировкой травлеиием иа пластинку с поглощающим материалом.

Измерение линейных размеров и положения объектов с помощью предлагаемого датчика осуществляют следующим образом.

Объект измерения 9, например горячий прокат, перемещающийся в зоне измерения, облучается пучком Когерентных волн, идущих от источника света / через модулятор 2, модулирующим этот пучок по интенсивности с частотой F, и отражается от поверхности в точке ее сечения модулированным пучком. Эта точка или вернее пятно сечения отражающей поверхности по сути дела является набором большого числа точечных излучателей, образующих суммарную монохроматическую волну, составленную из большого количества сферических волн и имеющую сложный волновой фронт. Эта отраженная монохроматическая волна и используется в качестве опорного пучка 10 при восстановлении изображения кода в процессе измерения. При облучении отражательной пластины с голограммой 5 опорным пучком волн, отраженных от поверхности контролируемого объекта, в результате дифракции этих воли на элементах голограммы, в области «аб за голограммой восстанавливается мнимое изображение кодовой маски. Восстановление этого изображения в процессе происходит в плоскости «аб за голограммой, причем положение этого изображения зависит от угла падения пучка отраженных волн от отражателей 4 и -5 на голограмму, и следовательно и от положения объекта в зоне измерения. Параболические отражатели фокусируют расходящиеся пучки дифрагирующих на голограмме волн в плоскости входных зрачков волноводов 6, по которым сфокусированное излучение проходит к блоку фотоприемников 7. При этом на линию входных зрачков попадает лишь изображение кода числа, равного результату измерения. Электрические сигналы, вырабатываемые блоком фотоприемников и лромодулированные по амплитуде с частотой модуляции секущего пучка волн, проходят к пересчетному устройству через электрические фильтры 8, настроенные на частоту модуляции. При этом собственное излучение горячей полосы проката селективно (по длине волны), отражающееся от пластинки с голограммой, не создает каких-либо помех на входе пересчетного устройства, так как сигналы этого излучения не модулированы и не проходят через фильтры 8.

Аналогичным образом осуществляется измерение и с помощью датчика с расчетной голограммой.