Фотоэлектрический отсчетный микроскоп Советский патент 1980 года по МПК G01B11/00 

1

Изобретение относится к измеЕИтельной технике и может быть использовано в астрономии, геодезии, метрологии, оптико-механической промышленности.

Известно устройство, предназначенное для измерения расстояний между некоторым нуль-пунктом и ближайшим к нему штрихом отсчитываемой шкалы. Оно содержит собствейно фотоэлектри- О ческий микроскоп/ привод микроскоп а, , измеритель перемещений микроскопа. Микроскоп содержит объектив и узел фотоэлектрического визирования. Визирный узел располагается в плоское- 15 ти изображений штрихов, которые строятся объективом, и содержит целевую диафрагму, светоделительный блок, фотоприемник с линзой фабри и нульиндикатор. Между светоделительным 20 блоком и линзой Фабри установлен модулятор, который поочередно перекры вает разделенные потоки. Нуль-индиKfaTOp сравнивает сигналы и, если штрих делится несимметрично, выдает 25 сигналы рассогласования 1.

Недостатками устройства являются сложность визирующего узла и пониженное быстродействие, что обусловйенно наличием модулятора.30

Наиболее близким по технической Ьущности к изобретению является фотоэлектрический отсчетный микроскоп, а котором наводка на середину штриха производится одноканальным фотоприеМНИКОМ без модулятора при помощи логической обработки сигналов. Устройство содержит узел формирования изображения штрихов, сканирующий узел с фотоприемником и амплитудный дискриминатор, один вход которого соединен с выходом фотоприемника сканирующего узла, блок задания нуль-пункта, измеритель перемещений сканирующего узла, распределитель импульсов, входы которого соединены с.вькодами блока задания нуль-пункта, измерителя пермещений сканирующего узла и амплитудного дискриминатора, и схему регистрации, соединенную с выходом распределителя импульсов 2.

Этот микроскоп имеет недостаток - плавание,относительной J величины уровня дискриминации сигнала со сканирующего фотоприемника. Дискриминация здесь происходит по фиксированному уровню/;а ряд факторов таких, как старение лампы осветителя, неодинаковость амплитуды штрихов и коэффициента отражения на разных участках шкалы, температурные дрейфы фотоприемника и усилителя, приводят к изменению амплитуды сигнала со сканирующего фотоприемника и, следовательно, к изменению относительного уровня дискриминации. При этом возможны потери штрихов, если амплитуда сигнала с фотоприемника меньше уровня дискриминации, или появление ложных импульсов с выхода дискриминатора от пылинок и других помех на шкале при низi oM уровне дискриминации. Кроме того изменение относительного уровня дискриминации от отсчета к отсчету снижа точность измерений,поскольку штрихи шкалы не являются строго симметричными .

Целью настоящего изобретения является повышение точности отсчета.

Указанная цель достигается тем, что микроскоп снабжен блоком автоматической установки уровня дискриминации, включенным между выходом фотоприемника сканирующего узла и вторым входом амплитудного дискриминатора.

Блок автоматической установки уровня дискриминации выполнен в ви.де схем выделения максимального и минимального напряжения, входы которых соединены с выходом фотоприемника сканирующего узла, и резисторного делителя, плечи которого соединены с выходами схем выделения максимального и минимального напряжения а средняя точка - с вторым входом амплитудного дискриминатора.

Измеритель перемещений сканирующего узла выполнен в виде последовательно соединенных растрового преобразователя перемещений и генератора заполняющих.импульсов со схемой автоподстройки частоты.

Схема автоподстройки частоты генератора заполняющих импульсов выполнена в виде фазового .детектора и делителя частоты, вход делителя частоты соединен с выходом генератора заполняющих импульсов, один вход фазового детектора соединен с выходом растрового пр еобразователя перемещений, второй - с выходом делителя частоты, а выход - с управляющим входом генератора заполняющих импульсов.

На,чертеже представлена схема микроскопа.

Фотоэлектрический отсчетный микроскоп содержит объектив 1, сканирующий узел 2 со щелевой диафрагмой 3 и фотоприемником 4, который соединен с одним входом амплитудного дискриминатора 5, выход которого подключен к селектору б импульсов. На селектор поступают также заполняющие импульсы от измерителя 7 перемещений сканирующего узла 2 и импульс от блока 8 заданий нуль-пункта. Импульсы с распределителя поступают в схему 9 счета и регистрации. Реверсивный привод 10 кинематически связан со сканирующим узлом 2. Между выходом фотоприемника 4 сканирующего узла 2 и вторым входом амплитудного дискриминатора 5 включен блок 11 автоматической установки уровня дискриминации, в состав которого входят схема 12 выделения максимального напряжения, схема 13 -выделения минимального напряжения и делитель на резисторах 14 и 15. Назначение этого узла в том, чтобы формировать для дискриминатора 5 пороговое напряжение, равное приблизительно половине амплитуды дискриминируемого импульса, независимо от абсолютного значения этой амплитуды.

Измеритель 7 перемещений сканирующего узла 2 содержит растровый преобразователь 16 перемещений, управляемый генератор 17 импульсов, делитель 18 частоты и фазовый детектор 19. Выход растрового преобразователя

16соединен с одним входом фазового детектора 19, выход которого подключен к управляющему входу генератора

17импульсов. Импульсы с выхода генератора поступают в селектор 6 и на вход делителя 18 частоты. Выход делителя подключен к второму входу фазвого детектора 19..

Устройство работает следующим образом.

При сканировании привод 10 так воздействует на сканирующий узел 2, что изображения штрихов относительно щелевой диафрагмы 3 перемещаются. При совпадении штриха со щелью на выходе фотоприемника 4 возникает всплеск фототока в виде колоколообразного импульса. С помощью амплитудного дискриминатора 5 из этого импульса формируется прямоугольный импульс - аналог штриха. Кроме того, при сканировании измеритель перемещений 7 сканирующего узла 2 выдает заполняющие импульсы, частота следования которых пропорциональна скорости сканирования. Узел 8 задания нульпункта выдает прямоугольный импульс, ширина которого равна ширине сканируемого поля. Селектор 6 импульсов пропускает заполняющие импульсы в счетчик схемы счета и регистрации от переднего фронта импульса нуль-пункта до переднего фронта импульса-аналога штриха с одним знаком и от заднего фронта импульса - аналога штрих до заднего фронта импульса нуль-пункта - с другим знаком. Полученное таким образом число импульсов в счетчике пропорционально расстоянию от середины штриха до середины сканирующего поля, которая и является нульпунктом устройства. Перед измерениями надо разрядить конденсаторы в схемах 12 и 13 и совершить калибровочный ход сканирующей щели. После этого на конденсаторе схемы 12 будет храниться максимальное напряжение сигнала, соответствующее вершине штриха, а в схеме 13 - минимальное. соответствующее его основанию. Со средней точки делителя на резисторах 14 и 15 на второй вход дискрими натора 5 поступит пороговое напряже ние, так что при возвратном перемещении диафрагмы 3 дискриминатором 5 будет сформирован прямоугольный импульс, ширина которого будет равна ширине штриха на уровне половины его амплитуды независимо от ее величшы При движении диафрагмы 3 растровый преобразователь 16 выдает импульсы, частота которых пропорциональна скорости сканирования. Период следовани,я их в фазовом детекторе 19 сравнивается с периодом серии импульсов выдаваемых делителем 18 частоты, и сигнал рассогласования, вырабатываемый фазовым детектором 19, управляет частотой генератора 17 заполняющих импульсов так, что разность периодов сравниваемых -серий импульсов сводится к нулю. Таким образом, фазовый де тектор 19 и делитель 18 частоты образует схему автоподстройки частоты генератора 17 импульсов. Предложенное устройство по сравне нию с известными устройствами подобного типа имеет более высокую точность и помехоустойчивость и сохраняет их в широком интервале температур потому, что относительный уровень дискриминации штриха постоянен не зависит от температурных и времен ных дрейфов фотоприемника,, усилителе осветителя и мало зависит от качества отсчитываемой шкешы. Использование фотоэлектрического микроскопа в астрономии, геодезии, метрологии и оптико-механической промышленности позволит сократить время измерений, повысить точность и надежность результатов. Формула изобретения 1, Фотоэлектрический отсчетный микроскоп, содержащий узел формирования изображения штрихов, сканирующий узел с фотоприемником, амплитудный дискриминатор, один вход которого соединен с выходом фотоприемни ка сканирующего узла, блок задания нуль-пункта, измеритель перемещений сканирующего узла, распределитель импульсов, входы которого соединены с выходами блока задания нуль-пункта, измерителя пермещений.сканирующего узла и амплитудного дискриминатора, и схему р егистрации, соединенную с выходом распределителя импульсов, отличающийс я тем, что с целью повышения точности отсчета, он снабжен блоком автоматической установки уровня дискриминации, включенным между выходом фотоприемника сканирующего узла и вторым входом амплитудного дискриминатора. 2.Микроскоп по п. 1, отличающийся тем,, что блок автоматической установки уровня дискриминации выполнен в виде схем выделения максимального и минимального напряжения, входы которых соединены с выходом фотоприемника сканирующего узла, и резисторного делителя, плечи которого соединены с выходами схем выделения максимального и минимального напряжения, а средняя точка - с вторым входом амплитудного дискриминатора. 3.Микроскоп по п. 1, отличающийс я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения технологичности, измерите)1ь перемещений сканирующего узла выполнен в виде последовательно соединенных растрового преобразователя перемещений и генератора заполняющих импульсов со схемой автоподстройки частоты. 4.Микроскоп поп, 3, отличающи йс я . тем, что схема автоподстройки частоты генератора заполняющих импульсов выполнена в виде фазового детектора и делителя частоты, вход делителя частоты соединен с выходом генератора заполняющих импульсов , один вход фазового детектора соединен с выходом растрового преобразователя пер(емещений, второй - с выходом делителя частоты, а выход с управляющим входом генератора заполняющих импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Новая техника в астрономии, Ленинград, Наука, 1970, с, 133, 2,Акцептованная заявка Великобритании 1301626, кл. G 01 В 9/04, G 01 В 27/00, 1973 (прототип).