Автокаллиматор для измерения углов Советский патент 1977 года по МПК G01B11/26 

(54) АВТОКОЛЛИМАТОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ

Изобретение относится к области контрольноизмерительной техники, в частности к приборам для измерения малых углов, и может быть применено для измерения взаимного расположения поверхностей деталей, параметров оптических деталей, при проведении точных метрологических работ.

Наиболее близким устройством по своей технической сущности и решаемой задачи является автоколлиматор для измерения углов, содержащий последовательно расположенные источник света, конденсатор, марку, полупрозрачное зеркало, объектив и зеркало, последовательно расположенные анализатор и фотоприемпик, соешменный с фазочувствительным детектором и генератором, поляризатор, модулятор и клиновой компенсатор последовательно установленные между полупрозрачным зеркалом и анализатором 1 .

Недостатком известного автоколлиматора является больщая погрещность измере шя, возникающая из-за наличия механической связи .ля неремеще1шя компенсатора, состоящего из двух клиньев, а также из-за влияния внешних световых помех, например фоновых засветок. Влияние послед1шх проявляется в том, что световые лучи

помех, приникая через объектив, проходят поляризатор и попадают на фотоприемник промодулированHbiMti модулятором с частотой генератора, что делает . невозможным разделение сигнала и помех. К недостаткам известного автоколлиматора относился также большое потребление электрической мощности модулятором от генератора, что приводит к разогреву оптического материала модулятора, а следовательно к появлению зависимости погрешности измерений от температуры. Все эти недостатки снижают точность измерения.

Недостатками являются также малое быстродействие, ограншшвающее область применения.

Предлагаемый автоколлиматор отличается от известного тем, что в качестве анализатора использован полутеневой анализатор, поляризатор расположен между маркой и полупрозрачным зеркалом, а модулятор - между полупрозрачным зеркалом и объективом. Это повышает прочность измерения и быстродействия анализатора.

На чертеже дана нрнншншальная схема нрсплагаемого автокоплиматора.

Она содержит источник 1 света, конденсатор 2, марку 3, 1юлупроз()ачное зеркало 4, оГ ъектин 5, в фокальной 1ШОКОСТИ которого расположена марка 3, зеркало 6, поляризатор 7, модулятор 8, полу1енввойанализатор9, выполненный из даух поляроидов А и Б и размещенный в фокальной плоскости объектива 5, фотоприемник 10, соединенный с фазочувствителъным детектором 11 и генератором 12. Модулятор 8 соединен с фазочувствительным детектором 11 и генератором 12.

Работает предлагаемый автоколлиматор следующим образом. Вследствие того, что равномерно о.;вещаемая источником света и конденсором 2 марка 3 расположена в фокальной плоскости объектива 5, автоколлимационное изображение ее проектируется в плоскости полутеневого анализатора 9. Световой пучок от равномерно освещенной марки 3 проходит поляризато р 7, плоскость поляризации которого перпендикулярна к линии раздела полутеневого анализатора 9. Отразившись от полупрозрачного зеркала 4, линейно-поляризованный световой пучок проходит модулятор 8, в котором плоскость поляризащш совершает колебания с частотой задающего-генератора 12, и падает на зеркало 6. Отразившись от зеркала, световой пучок повторно проходит модулятор 8, в результате чего амплитуда колебаний плоскости поляризации увеличивается в два раза, проходит полутеневой анализатор 9 и падает на фотоприемник 10.

При симметричном расположении автоколлимащюнного изображения марки 3 относительно линии раздела полутеневого анализатора 9 световые потоки, падающие на обе половины анализатора, одинаковы. Следовательно, в этом случае на выходе фотоприемника 10 составляющая сигнала с частотой генератора 12 отсутствует.

Если изображение марки 3 смещается относительно линии раздела анализатора 9, то в сигнале на выходе фотоприемиика 10 появляется переменная, составляющая с частотой генератора 12, причем фаза ее зависит от направления смещения автоколлимадионного изображения марки, а амплитуда - от величины смещения. Сигнал с фотоприемш1ка 10 подается на фазочувствительпый детектор 11. Вследствие того, что опорным напряжением фазочувствительного детектора 11 является напряжение retfepaTOpa 12, то он преобразует сигнал в постоян, ное напряжение, пропорциональное велишне смещения автоколлимационного изображения марки. Постоянное напряжение с фазочувствительного детектора 11 подается на модулятор 8. В результате протекания через модулятор постоянного тока происходит поворот плоскости поляризации относительно плоскости, заданной поляризатором 7 так, чтобы переменная составляющая сигнала с частотой генератора 12с выхода фотоприемника 10 отсутствовала.

Постоянная составляющая с модулятора 8, характеризует углы наклона зеркала 6.

Из работы предлагаемого автоколлиматора видно, что высокая точность измерения достигается полным подавлением внешних световых помех, отсутствием механических связей, а также снижением потребления электрической мощности модулятором в два раза.

Быстродействие автоколлиматоря определяется

практически индуктивностью модулятора и может

быть легко получено , что на 2-3 порядка

выще, чем у современных автоколлйматоров. Это

значительно распшряет область его применения.

Формула изобретения

Автоколлиматор для измерения углов, содержащий последовательно расположенные источник

света, конденсатор, марку, полупрозрачное зеркало, объектив и зеркало, поляризатор, модулятор и последовательно расположенные анализатор и фотоприемник, соединенный с фазочувстаительным детектором и генератором, о т л и ч а ю щ и и с я тем,

что, с целью повыщения точности измерения и быстродействия автоколлиматора, в качестве анализатора использован полутеневой анализатор, поляризатор расположен между маркой и полупрозрачным зеркалом, а модулятор - между полупрозрачным зеркалом и объективом.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе:

1. Oптикo-мexa шчecкaя промышленность № 5, 1970, С.58, статья Голубовского Ю.М. Фотозлектрические автоколлиматоры (прототип).