Автоколлиматор Советский патент 1979 года по МПК G01B11/26 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной тех1;ике и может быть использовано, Б частности, для измерения угловых или лииейиых перемещений но несколькнм координатам при определении взаимного расположения поверхностей деталей и при проведении метрологических работ.

По авт. св. № 527590 известен автоколлиматор, содержащи оптическую часть, на входе которой установлена электронно-лучевая трубка, выполняющая функции осветителя и сЕгабженная схемой круговой развертки.

Экран трубки раеположеи в фокальной плоскости объектива оптической системы, а пара отклоняющих нластин связана с выходом схемы круговой развертки и е соответствующими фазочувствительиыми детекторами, включеиными в два идентичных канала нреобразоваиия перемещений но осям X и Y, лежащим в плоскости, перпендикулярно к оитической оси устройства. Вторая пара отклоняющих иластин трубки связана с выходами обоих каиалов. На выходе оптической систе-мы установлен анализатор с круглым отверстием и фотоириемник.

При работе устройства в плоскости аиализатора образуется изображение окружности, создаваемой на экране электроинолучевой трубки е иомощью системы круговой развертки.

Положение этой окружности зависит от величииы линейного или углового перемещения объекта. О величине углового иеремещения объекта или о величине его линейного перемещения по осям X и Y в илоскости, периендикулярной к оптической оси устройства, судят по величинам наиряжеНИИ, формируемых на выходе каналов х и у и подаваемых на отклоняющие пластины трубки. Под действием этих нанряжений происходит смещение окрул ности по экрану трубки до тех пор, пока центр ее изображения не совместится с центром отверстия анализатора.

Недостатком известного автоколлиматора является наличие погрещности измереиия, обусловлениой изменением линейного увеличения оитической системы за счет изменеиия ее положения, а также изменением чувствительности электронно-лучевой трубки из-за нестабильности ее источника питания. Кроме того, автоколлиматор не позволяет производить измерение линейных иеремещений в нанравлении, совиадающем с оптической осью устройства.

С целью уменьщения погрещности измерения и расщирения функциональных возможностеи, предлагаемый автоколлиматор снабжен каналом преобразования линейных перемещений вдоль совпадающей с оптической осью устройства оси z декартовой системы координат, который выполнен в виде последовательно соединенных фазочувствительного детектора и усилителя и подключен между выходом фазочувствительного детектора одного из каналов преобразования перемещений в плоскости, перпендикулярной к оптической оси, например , и ускоряющим анодом электронно-лучевой трубки, генератором калиброванного напряжения н сумматором, выход генератора подключен к второму входу фазочувствительного детектора канала z и к одному из входов сумматора, другой вход которого связан с выходом усилителя канала у, а выход - с отклоняющей пластиной трубки, анализатор снабжен вторым отверстием, смещенным относительно первого вдоль оси У.

В таком выполнении автоколлиматор позволяет измерить линейные перемещения но третьей координатной оси Z, совпадающей с оптической осью устройства, а таклсе уменьшить погрешность преобразования перемещений в плоскости, нернендикулярной к оптической оси, т. е. по осям X и У.

На фиг. 1 представлена блок-схема автоколлиматора; на фиг. 2 - эпюры над шжений при перемещепиях объекта но различным координатным осям.

Автоколлиматор содержит оптическую систему 1, связанную с измеряемым объектом. На входе оптической системы установлена электронно-лучевая трубка 2, а на выходе - анализатор 3 с двумя круглыми отверстиями, которые разнесены на определенное расстояние вдоль, например, оси У.

Позади анализатора размещен фотоприемник 4. Экран трубки 2 и анализатор 3 расположены относительно оптнческой системы так, что в нлоскости анализатора создается изображение экрана. К выходу фотонриемника 4 нрисоединены два идентичных канала преобразования перемещений по координатам У и К, каждый из которых содерх :ит последовательно соединенные фазочувствительпые детекторы 5 и 6 и усилители 7 и 8. Одна пара отклоняющих нластин 9 и 10 трубки соединена с соответствующими входами о азочувствительных детекторов 5 и 6 и через схему круговой развертки И - с генератором 12 развертки. Другая пара отклоняющих пластин 13 и 14 трубки связана с выходами каналов х. н у, причем первая из пластин 13 связапа непосредственно, а вторая 14 - через сумматор 15.

Канал преобразования линейных перемещений вдоль совнадающей с оптической осью устройства оси Z декартовой системы координат выполнен идентично нервым двум каналам в виде последовательно соединенных фазочувствнтельного детектора 16 и усилителя 17. Этот канал подключен между выходом фазочувствнтельного детектора 5 канала у и ускоряющим анодом 18 трубки. В качестве онорного генератора фазочувствительного детектора 16 используется генератор 19 прямоугольного калиброванного напряжения, имеющий частоту F. Выход этого генератора нодсоединен также

к второму выходу сумматора 15.

Работает авто коллиматор следующим образом.

Схема круговой развертки И создает два синусоидальных нанряжения, смещенных

одно относительно другого но фазе на угол я/2. При нодаче этих напряжений на отклоняющие пластины 9 н 10 электронно-лучевой трубки 2 световое нятно на экране трубки начинает двигаться но окрул ности

с частотой, равной частоте f генератора 12 развертки. Напряжение IJ-a. на выходе этого генератора показано на фиг. 2а. Вследствие того что экран электронно-лучевой трубки 2 н анализатор 3 располол :ены но

отнощению к онтической системе 1 так, что в нлоскостн анализатора создается изображение экрана, светящаяся окружность проенируется в плоскость анализатора 3. Одновременно светящаяся окружность поочередно занимает два положения, отстоящие одно от другого на расстоянии L с частотой F, соответствующей частоте генератора 19. Напряжение, которое перебрасывает светящуюся окружность, нрнкладывается к

отклоняющей пластине 14 через сумматор 15. Напряжение на выходе генератора 1.9 показано на фиг. 26.

Если центры двух изображений окружностей поочередно совпадают с центрами

отверстий анализатора, т. е. Дл; О, Ai/ О и Az О, то на выходе фотоприемника отсутствует составляющая сигнала с частотой генератора 12.

Перемещение онтической системы 1 вдоль

координат х и г/ приводит к смещению центров изображения окружности относительно центров анализатора 3. При наличии такого неремещения вдоль оси (см. фиг. Зв) или вдоль оси У (см. фиг. Зг) в

сигнале фотоприемника ноявляется составляющая с частотой / генератора 12, причем ее фаза зависит от направления смещения центров изображений окружности, а амплитуда - от величииы этого смещения.

Сигнал с фотоприемннка подается на фазочувствительные детекторы 5 и 6. Поскольку онорными напряжениями этих детекторов являются нанряжения, сдвинутые но фазе на л,/2, подаваемые с выхода схемы круговой развертки И, то они преобразуют входные сигналы в постоянные напряжения, нронорцнональные величине смещения центров изображений относительно центров отверстий анализатора 3, по двум взаимно

перпендикулярным координатам, лежащим

в плоскости, перпендикулярной к оптической оси устройства.

Постоянные напряжения на выходе детекторов 5 и 6 усиливаются в усилителях 7 и 8 соответственно и подаются на соответствующие отклоняющие пластины трубки 2, что приводит к смещению окружностей по экрану и совмещению их центров с центрами отверстий анализатора.

По величине указанных напряжений судят о величине перемещения объекта но осям X и Y.

Перемещение оптической системы 1 вдоль координаты 2 приводит к пропорциональному изменению размеров изображения и изменению расстояния LI между центрами изображения окружностей. В случае неравенства расстояния LI между центрами изображения окружностей и расстояния L между центрами отверстий анализатора (при на фиг. Зд) в сигнале фотоприемника также появляется составляющая с частотой / генератора 12, амплитуда которой соответствует величине возникающего при этом смещения Дг/ по координате у, а фаза изменяется на противоположную с частотой F генератора 19. В результате этого на выходе фазочувствительного детектора 5 канала у появляется папряжение, изменяющееся с частотой /. Фаза этого напрялсенин характеризует, какое из расстояний L или LI больше, а амплитуда - на сколько больше. Фазочувствительный детектор 16 канала z преобразует это напрялсение в постоянное, которое через усилитель 17 подается на ускоряющий анод трубки и на выход автоколлиматора.

Полоса пропускания усилителей 7, 8 и 17 выбирается такой, что частота F не проходит на выход устройства.

Величина напряжения постоянного тока, подаваемого на ускоряющий анод трубки, соответствует величине перемещения объекта вдоль координаты г.

Поскольку чувствительность трубки, т. е. отношение величины перемещения к напрялсепию, поданному на отклоняющие пластины и вызвавшему это неремещение, обратно пропорционально напрялсению на ускоряющем аноде, то под действием напряжения, поступающего на ускоряющий анод, изменяется чувствительность электроннолучевой трубки. В результате этого расстояние LI между центрами изображений становится равным расстоянию L между центрами отверстий анализатора.

Благодаря тому что канал z всегда поддерживает расстояние LI постоянным и равным L чувствительность по координатам X и У остается постоянной и практически не зависит ни от изменения линейного увеличения оптической системы, ни от изменения чувствительности электронно-лучевой трубки. Это уменьшает погрешность преобразования по координатам X т Y.

Таким образом, введение канала г, управляющего размером изображения, позволяет не только произвести преобразование

перемещения по третьей координате, но и уменьшит погрешность преобразования по первым двум координатам.

Формула изобретения

Автоколлиматор по авторскому свидетельству N° 527590, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения погрешности измерения, он снабжен каналом преобразования линейных перемещений вдоль совпадающей с оптической осью устройства оси Z декартовой системы координат, который выполпен в виде последовательно соединенных фазочувстпительного детектора и

усилителя и подключен между выходом фазочувствительного детектора одного из каналов преобразования перемещений в плоскости, перпендикулярной к оптической оси, например Y, и ускоряющим анодом электронно-лучевой трубки, генератором калиброванного на1фяжения и сумматором, выход генератора подключен к второму входу фазочувствительного детектора канала г и к одному из входов сумматора, другой вход

которого связан с выходом усилителя канала у, а выход - с отклоняющей пластиной трубки, а анализатор снабжен вторым отверстием, смещенным относительно иервого вдоль оси Y.