Фотоэлектрический автоколлиматор Советский патент 1981 года по МПК G02B27/30 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения положения контролируемого объекта, отдельных частей объекта или измерительных систем в процессе их работы, а также при контроле качества изготовления и убтановки деталей. Известны устройства для определения взаимного углового положения дву разнесенных в пространстве объектов содержащие передающую систему, выполненную в виде коллиматора, и прие ную систему, вк.гаочающую объектив, полевую(Диафрагму, и фотоприемник в виде разрезного четырехэлементного фотодиода 13. Точность известного устройства во многих случаях бывает недостаточной. Она зависит от чувствительности устройства к угловым смещениям. и разрешающей способности фотодиода Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фот электрический автоколлиматор,содержащий объектив,окуляр, автоколлим ционную марку с осветителем, сопряженную с фотоприемником, и светОделительные призмы, расположенные между объективом и окуляром |.2. Однако чувствительность этого автоколлщматора к угловым смещениям отражающего зеркала недостаточно велика. Кроме того, наличие в схеме фотоэлектрического автоколлиматора механическогр модулятора усложняет прибор и вызывает вибрацию всего автоколлиматора в процессе измерений, что сказывается на точности. Целью изобретения является повышение точности измерений. Цель достигается тем, что фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий объектив, окуляр, между которыми расположены светоделительные призмы, автоколлимационную марку с осветителем, сопряженную с фотоприемником, снабжен последовательно установленньвди перед объективом компенсатором и призмой двойного изображения, обеспечивающей зеркальное- оборачивание одного изобргикения относительно другого , при этом автоколлимационная марка выполнена в виде двух непрозрачных диаметрально расположенных секторов, площёщь каждого из которых равна четверти поля зрения. На фиг. 1 дана оптическая схема предлагаемого автоколлиматора;на

фиг. 2 - форма марки; на фиг. 3 проекция автоколлимационного изображения марки на светочувствительную поверхность Фотодиода при нормальном положении отражающего зеркала (а ) и при наклонном (б .

Фотоэлектрический автоколлиматор содержит источник света 1, конденсатор 2, автоколлимационную марку 3, расположенную в фокальной плоскости объектива, две светоделительные призмы 4 и 5, полупрозрачные грани которых развернуты одна относительно другой на 90, объектив 6, призму двойного изображения 7, установленную перед объективом трубы на его оптическ1эй оси, компенсатор 8, установленный между призмой двойного изоражения и зеркалом 9 и выполненный, например, в виде пары клиньев, окуля 10 и фотоприемник 11, размещенные после выходных граней разделительной призмы 5,

Автоколлиматор работает следующим образом.

Источник света 1 (см.фиг.1) с помощью конденсатора 2 равномерно освещает автоколлимационную марку 3. Световой поток, -прошедший марку 3, попадает на светоделительную призму 4 и далее проходит объектив 6, призму двойного изображения 7, компенсатор 8 и попадает на отражающее зеркало 9. О-тразившись от зеркала 9, световой пучок в обратном ходе проходит оптические элементы 8,7,6,4 и с помощью-светоделительной призмы 5 делится на две части. Одна часть светового потока участвует в построении автоколлимационного изображения марки 3 с помощью объектива 6 в фокальной плоскости окуляра 10, а другая попадает на светочувствительную поверхность фотодиода 11, где с помощью того же объектива строится автоколлимационное изображение марки 3. Благодаря наличию в схеме автоколлиматора призмы двойного изображения 7 в фокальной плоскости окулятора и на светочувствительной поверхности фотодиода одновременно строятся прямое и зеркальное изображения автоколлимационной марки см.фиг. 3). Если отражающее зеркало перпендикулярно к оптической оси автоколлиматора, то прямое и зеркальное изображение марки на светочувствительной, поверхности фотодиода образуют равные по величине и расположенные одна на продолжении дргой световые щели. Суммарные сигналы, снимаемые с верхних и нижних квадрантов фотодиода (квадранты фотодиода на фиг.3 показаны пунктиром), окажутся равными и разность между ними будет равна нулю (см. фиг. 3 а).

При наклоне зеркала на некоторый yrojs oL , соответствующий линейному смещению изображения в автоколлиматоре одинарного изображения на величину Л , в предлагаемом автоколлиматоре благодаря наличию призмы двойного изображения 7, соответствующие части изображения марок в верхней половине поля зрения в зависимости от направления наклона зеркала сместятся, например, навстречу друг другу, а в нижней части разойдутся в противоположные стороны на величину 2 А , а в разности между нижней и верхней половинами поля зрения углу. oL будет соответствовать смещение, пропорциональное величине 4 Ь. Таким образом, разность сигналов, снимаемых с верхней у нижней частей фотодиода, будет пропорциональна величине 4.А , обеспечивая тем самым повышение чувствительности автоколлиматора к угловым смещениям автоколлимационного изображения марки в четыре раза по сравнению с автоколлиматором одинарного изображения

О величине наклона отражающего зеркала можно судить по разности сигналов 4 А . Однако расположение компенсатора перед объективом трубы обеспечивает выполнение измерений и нулевым методом. В этом случае с помощью компенсатора изменяют направление отраженных от зеркала лучей до тех пор, пока разностный сигнал, снимаемый с фотодиода, не окажется равным нулю.

Величину наклона зеркала определяют по отсчетному устройству ксйипенсатора. Компенсатор-может быть выполнен в виде пары клиньев.

При визуальных наблюдениях расстоние между непроразными секторами марки 3 должно быть принято таким, чтобы его угловое значение с учетом увеличения окуляра не превышало 60 В этом случае глаз наблюдателя может с большой точностью фиксировать равенство световых щелей, расположенных одна на продолжении другой. Измерения в этом случае выполняются нулевым методом.

Для выполнения измерений в другой плоскости вся труба автокрллиматора или призма двойного изображения с компенсатором должна быть повернута вокруг оси трубы на 90.

Использование автоколлиматора позволяет повысить точность измерений в 2-4 раза.

Фотоэлектрический автоколлиматор предназначен для использования его в качертве одного из контрольноизмерительных приборов при работе специальной системы наведения на движущуюся цель. В процессе работы системы возникают ошибки, связанные с угловым смещением друг относительно друга отдельных ее частей.

Указанные угловые смещения могут оыть измерены с помощью автоколлиматjpa установленного на системе, и их

значения, в виде поправок, введены в направление на движущуюся цель.

Формула изобретения

Фотоэлектрический автоколлиматор, .содержащий объектив, окуляр, между которыми расположены светоделительные призмы, автоколлимационную марку с осветителем, сопряженную с фотоПриемником, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен последовательно установленными перед объективом компенсатором и призмой двойного изображения, обеспечивающей зеркальнее оборачивание одного изображения относительно другого, причем автоколлимационная марка выполнена в виде двух непрозрачных дисгметрально расположенных jceKTOpOB, площадь каждого из которых равна четверти поля зрения.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1.Вреенков Г.В. и др. О некоторых схемах датчиков угловых отклонений. Труды ЛИТМО, вып. 81, 1975, с. 77, рис. 2.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 528532, кл. Q02 В 27/30, 18.06.74, прототип .

8 -Фиг. 2

Фиг.З