Фотоэлектрическое устройство контроля положения объекта Советский патент 1975 года по МПК G01B9/00 

Известны фотоэлектрические устройства контроля положения объекта, содержащие осветитель, щелевую диафрагму, сканирующий элемент, нолунрозрачное зеркало, объектив, штриховую сетку, связанную с объектом, фотоприемники с установленной иеред ними маской и электронную схему преобразования электрического сигнала в цифровой код.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что на щелевой диафрагме вдоль каждой координатной оси нанесена дополнительная группа опорных щелей с щагом, равным щагу щтриховой сетки, и па пути светового потока, отраженного полупрозрачным зеркалом в прямом ходе лучей от осветителя, дополнительно установлены объектив с увеличением, предпочтительно, Р и фотоприемник с маской.

Такое выполнение повышает точность контроля положения объекта в плоскости.

На фиг. 1 приведена оптическая схема устройства; на фиг. 2 - многощелевая полевая диафрагма (а), опорная маска (б) и анализирующая маска (е) - темными участками показаны прозрачные щели; сетка щтрихов на ориентируемом объекте (г) - темными линиями обозначены неотражающие участки щтриховой сетки; на фиг. 3 - выходные сигналы с фотоприемных устройств (а - основной, б - опорный); на фиг. 4 - блок-схема обработки сигнала.

Устройство содержит осветительную лампу 1, конденсатор 2, многощелевую диафрагму 3; имеющую две серии щелей - основнук и опорную (щаг штрихов опорной серии в п раз меньше шага штрихов основной серии п равен шагу сетки штрихов на ориентируемой пластине 7), сканирующую стеклянную пластину 4, полупрозрачное зеркало 5, объектив с увеличением /г 6, пластину с сеткой щтрихов 7, анализирующую маску 8, объектив с увеличением I 9, опорпую маску 10 и фотоприемпик 11.

Устройство работает следующим образом.

Осветительной лампой 1 с помощью конденсатора 2 освещается диафрагма 3. Пучок света проходит через сканирующее устройство 4, полупрозрачное зеркало 5 и попадает в объектив 6, который с уменьшением проецирует изображение диафрагмы 5 в плоскость сетки штрихов ориентируемой пластины 7. Изображение освещенных участков строится в обратном ходе объектива 6 и отводится 5 полупрозрачным зеркалом 5 в плоскость анализирующей маски 8 (фиг. 2,6), через которую попадает на фотоприемное устройство //.

Часть светового потока, идущего из диафрагмы 3, отводится полупрозрачным зеркалом 5 в сторону объектива 9, который с увеЛНчением 1 строит изображение области диафрагмы 3 с опорной серией штрихов (ограниченная штриховым контуром на фиг. 2, а) в плоскости опорной маски 10. Световой поток, проходящий через оиориую маску, попадает на фотоприемиое устройство //. При враш,еиии плоскоиараллельной стеклянной пластипы, сканирование осундествляется по двум координатам по закону

А А cos со/ и ф Л sin to/,

где Л - амплитуда скапнроваиия; / - время сканн1зова11ня; со - угловая частота сканирования.

Получение сигналов по одиой координате рассмотрено на фиг. 3; на фнт. 3,а изображены /С-тый и {К+1)-ьм штрихи штриховой сетки, связанной с подвижным объектом, т. е. координатная еисте.ма ОХ является подвижной относительно оси сканирующего элемента. На фиг. 3,6 изображены опорные н;ели многощелевой диафрагмы, координатная система которых А неподвижна.

Начало неподвижной координатной системы можно привязать к опорной щели /. Тогда первый импульс серии (пачки) опорных импульсов (фиг. 1,в) будет задавать начальную или опорную фазу в каждом периоде сканнрования. Начало подвижной координатной системы ОХ при строго периодической щтриховой сетке можно связать с любым из ее щтрихов (так называемый относительный отсчет); если же на щтр.иховую сетку нанести какуЕолибо нерегулярность, начало системы ОХ может быть связано с конкретным штрихом (абсолютный отсчет). Соответствующий электрический сигнал в виде серий импульсов (основной сигнал) с непостоянной фазой внутри периода сканирования показан на фиг. 3, г. Сосчитав количество совнадений импульса основного сигнала с первым имнульсом опорного сигнала, получают относительную или абсолютную координату иоложения штриховой сетки с дискретностью, равной щагу X щтриховой сетки. Фиксируя номер опорного импульса, с которым произошло совпадение основного импульса, определяют положение объектива внутри шага штриховой сетки с дискретностью Х/п.

Ошибки в определении положения объекта, связанные с нелинейностью закона сканирования, устраняются тем, что основной и интерполяционный сигналы вырабатываются одним и тем же элементом.

Изображение опорных щелей, получепное дополнительным объективом в плоскости маски фотоприемииков в масштабе 1 : 1 пеоиодически смещается относительно маски на величину 2А. Маска представляет собой две щели, расположенные одна перпендикулярно к другой с ЩИриной, равной или меньшей ширины опорной щели. В процессе сканпровапия свет от изображения каждой опорной ще.ти поочередно поступает на фотоприемники, которые и формируют интерполяционный сигнал

по двум ортогональным координатам. Фор.ма щелей этой маски может иметь любой вид в том смысле, что две ее прямоугольные щели могут составлять любую конфигурацию при условии обеспечения перпендикулярности между ними и возможности разделеиия света на два фотоприемника, формирующие опорные сигналы по X и Y. То же самое относится к форме маски в основном канале. Устройство может исиользоваться для получения информации о положении объекта на нлоскости по двум коордиг)атам X, Y и углу разворота в плоскости. Как известно, положение нлоскости по X, Y к Ц) полиостью определяется тремя точками или зонами. Пример расположения анализируемых зон на щтрнховой сетке в ноле зрения объектива показан на фиг. 2,г.

По зонам I и И вырабатывается инс}зормация о положении объекта по оси К, а в зоне III - по осн X. При Y Yy угол 9 О, при У У2 . Для получення такой информации основиые сигналы по Y от зон I и П сравниваются по фазе с одним и тем же опорным сигналом по Y, поэтому для получения информации о трех координатах в опорном сигнале достаточно две координаты X н Y.

Схема содержит фотонриемник 12 основного канала, с|:)ормирователь 13 прямоугольных импульсов и схему 14 выделения середины импульсов, соответствеппо 15, 16 i 17 - те же элементы, но для онооного канала, реверсивный счетчик шагов 18, который отечитывает количество совпадений импульсов основного канала с первым импульсом опорного канала, счетчик интерполяции 19, показывающий номер опорного импульса, с которым произошло совпадение основного импульса. Для синхронизации работы схемы служит синхронизатор 20, который из осиовного сигнала выделяет сигналы прямого и обратного хода сканирования.

В процессе прямого хода производится измерение, а обратный ход используется для записи состояния в буферные регистры 21 и установления счетчиков в исходное состояние. Запись в счетчик шагов производится переключением триггера 22 из нулевого состояния в единичное, которое производится схемой совпадения 23 по совпадению во времени импульса основного канала, разрешения синхронизатора «прямой ход и первого опорного имнульса, который выделяется из серии (пачки) опорных импульсов дискриминатором 24 первого имнульса. Запись в счетчик интерполяции производится схемами совпадения 25 и 26 и триггером 27. Схема совпадения 25 устанавливает триггер 27 в единичное состояиие по совпадению сигналов «прямой ход, сигнала Основного канала с выхода схомы М и любого импульса опорного канала, кроме первого, что обеспечивается запретом НЕ 28. Пока совпадения нет, импульсы опорного канала поступают через схему совпадения 26 Прямой « код Обратный ход

J Запись