Устройство для измерения взаимного углового положения объектов Советский патент 1979 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к обпасти контрольноизмерительной техники и может быть использовано, в частност для измерения взаимного углового положения объектов. . Известны углоизмерители, содержащие неподвижный автоколлиматор, включающий осветитель, диафрагму с центральной щелью, трубу с объектив и фотоприемник, и вращающуюся в поле зрения автоколлиматора вокруг ос симметрии многогранную призму 1. Известные углоизмерители используют преобразование информации о взаимном угловом положении плоских отражателей во время - импульсный к Об угле судят по длительности време ного интервала, заключенного между появлением двух импульсов на фотоприемнике автоколлиматора. Недостатком известного углоизмерителя является низкая точность измерения. Наиболее близким по своей технической сущности и решаемой задачи является устройство для измерения взаимного углового положения объектов, содержащее плоские отражатели, связываемые с объектами, неподвижный автоколлиматор, включающий осветитель, диафрагму с центральной цепью, трубу с объективом, у которого оптическая ось совме аена с осью трубы, и фотоприемник; на оптической оси объектива установлено плоское зеркало, размещенное под углом к оси трубы и выполненное с возможностью вращения вокруг упомянутой оси 12. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения , обусловленная угловым объемом наклонного зеркала и опредб ляемая формулой &Ч -800 -g-Cos-J- , где У- угол наклона плоскости зеркала к оси трубы в град; ЛЕ- ргщиальный бой оси врашения наклонного зеркала, вызывающий угловые колебания оси; Е - расстояние между опорами оси вращения. Цель изобретения - повышение точности измерения. Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве труба выполнена с возможностью врашения вокруг своей оси, плоское зеркало жестко закреплено в трубе, объектив установлен так, что его оптическая ось перпендикулярна оси вращения трубы, в диафрагме выполнена щель, параллельная центральной щели, а фотоприемник расположен в поле зрения приемной щели.. , Сущность предлагаемого устройств заключается в обеспечении условий, исключающих влияние поворотов трубы в пределах радигьльного боя опор на точность измерения. Это обеспечивается жесткой фиксацией оптической оси автоколлиматсра относительно центра симметрии центральной и прием ной щелей диафрагмы во все время измерения, т.е. при вращении трубы автоколлиматора и последовательном ви зировании отражателей. На фиг-. 1 изображено предлагаемое устройство, разрез; на фиг. 2 - -трубы автоколлиматора, разрез, вид сверху г на фиг 3 - конфигурация диа фрагмы, закрепленной на трубе автоколлиматора в фокальной плоскости объектива. Устройство (см. фиг. 1) содержит плоские отражатели 1 (связанные с объектами не изображены), автоколлиматор, включёиощий осветитель, образованный источником 2 излучения, конденсорной линзой 3 и поворотной призмой 4, диафрагму 5 (см. фиг. 3) с центральной 6 и,приемной 7 щелями трубу 8 с объективом 9, фотоприемник 10 и наклонное зеркало 11, размещенное под углом 45 к оси трубы ОО. Вращение трубы в подшипниках 12 обеспечивается приводом 13. Тру ба 8 снабжена стеклянным диском 14 нанесенными на нем радиальными штри хами. Диск 14 входит в состав фотоэлектрического датчика 15 угла с ус ройствами считывания информации, со держащими осветители и фотоприемники (на фиг. 1 не показаны). Оси XVZ (фиг. 2) образуют вращаю щуюся систему координат, причем ось ОХ совмещена с осью СО , ось 7 нап.равлена по оптической оси коллимиро ванного пучка, а ось У лежит в пло кости наклонного зеркала 11. На фиг. 2 указано направление вр щения трубы 8 и углы f и Ч,-, обра зованные проекциями нормалей к отра жателям на плоскости, в которой вра щается ось Ol, Центр симметрии центральной щели 6 диа( 5 совмещен с осью X, а удлиненная сторона щели 6 направлена вдоль оси 2. , приемная щель 7 па раллельна центрсшьной. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Лучистый поток источника 2 излучения, сформированный конденсаторно линзой 3, с помощью поворотной приз мы 4 с посеребренной наклонной гранью фокусируется в плоскость диафра мы 5, проходит через центргшьную 14 щель 6 и коллимируется объективом 9. При этом оптическая ось пучка в пределах трубы автоколлиматора на наклонном зеркале 11 претерпевает излом на 90°. При вращении трубы, направление оси Z совпадает с нормалью к поверхности отражателя 1, коллимированный-поток возвращается в автоколлиматор и в плоскости диафрагмы 5 формируется в светящуюся полоску, повторяющую конфигурацию центральной щели 6. При некотором угле между направлением оси Z и нормали к поверхности отражателя 1 отразившаяся часть лучистого потока пройдет через приемную щель 7 и попадает на фотоприемник 10, находящийся в поле зрения щели во все время вращения трубы. Влияние наклонов оси вращения ОО из-за боя в опорах на амплитуду сигнала фотоприемника рассмотрим на . примере двух хгфактерных поворотов: а) поворот оси X (осн вращения ОС ) вокруг оси У г б) повсрот оси X вокруг оси Z . в первом случае светящаяся полоска, образованная отразившимся пучком в плоскости диафрагкы 5 сместится в направлении оси Z , т.е. параллельно приемной щели (см. фиг, 3), что не может изменить амплитуду, сигнала. Во втором случае поворот претерпевает как наклонное зеркало, так и диафрагма. Совместное их движение аналогично неподвижного автоколлиматора вокруг оптической оси, или, что то же, поворот отражателя вокруг его нормали, любые из этих движений не могут изменить ам.плитуду сигнала. Существование некоторого угла между нормгшью отражателя и оптической осью колликированного пучка приводит к ошибке измерения , определяемой формулой пЛ ооа &С где f - фокусное расстояние объектива, мм; а - расстояние между -щелями 6 и 7. Сопоставление двух формул (1) и (2) указывает на существенное (на два-три порядка) уменьшение погрешности измерения, порождаемой угловым боем оси ОО. С целью ослабления требований к стабильности вращения трубы 8 автоколлиматора приводом 13 введен фотоэлектрический датчик 15 угла, формирующий импульсы при повороте трубы на угол, равный шагу радиальных штрихов стеклянного диска 14, Временные интервалы, заключенные в промежутках между импульсами фотоприем.ника 10 ;И следующим за ним импульсом фотоэлектрического датчика угла,.

интерполированием легко выражаются в угловой мере.

Формула изобретения

Устройство для измерения взаимного углового положения объектов, содержащее плоские отражатели, связываемые с объектами, автоколлиматор, включающий осветитель, диафрагму с центральной щелью, трубу с объективом и фотоприемник, и плоское зеркало, размещенное под углом к оси трубы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, труба выполнена с возмож797916

ностыр вращения вокруг своей оси, плоское зеркало жестко закреплено в трубе, объектив установлен так, что его оптическая ось перпендикулярна оси вращения трубы, в диафрагме выполнена приемная щель, пapcLгшeльнaя 5 центральной щели, а фотоприемник расположен в поле зрения приемной щели.

Источники инфсфмации, принятые во внимание ПРИ экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 266236, кл. G 01 В 9/10, 19G8.

2.Акцентованная заявка t 1393:535, Великобритания , G 01 В 27/17 (прототип).