Устройство для измерения перемещений Советский патент 1982 года по МПК G01B11/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля перемещения, положения и размеров поверхностей и деталей, например, в процессе производства проката,

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для из-, мерения перемещений, содержащее осве- татель, узел сканирования с дефлектором, проекционную оптическую систему, оптическая ось которой лежит в плоскости падения светового луча и пересекается с линией сканирования, фотопоиемник с диафрагмой, установленный в плоскости изображений проекционной оптической системы, и электронный вычислительный блок, подключенный к выходу фотоприемника 1.

Недостаток известного устройства заключается в низкой точности измере- 2о НИИ, обусловленной непостоянством скорости сканирования, смещениями линии сканирования относительно линии наблюдения и т, д.

Цель изобретения - повьпиение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным осветителем, фокусирующей оптической системой, вторым фотоприемником с установленным перед ним щелевым piacipoM, оптически связанным с дополнительным осветителем через фокусирующую оптическую систему и цефлектор узла сканирования, светоделителем, установленным за дефлектором по ходу излучения, дополнительной проекционной оптической системой и третьик фотоприемником с диафрагмой, установленной в плоскости изображений дополнительной проекционной оптической системы, а выходы фотоприемников поцключены ко вхоаам электронного вычислительного блока,

На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы (с( - .функции развертки относительно щелевого растра; б - опорных импульсов ; б - импульса-отметки} t v контрольного импульса). Устройство содержит осветитель 1, сканирующий дефлектор в виде колеблющегося двустороннего зеркала 2, посылающий пучок излучения на контролируемую поверхность 3, осветитель 4, формирующий световую метку на зеркале 2, фокусирующую оптическую систему 5, в фокальной плоскости которой перед фотоприемником 6 установлен щелевой растр с шагом Р и щириной интервала P , светоделитель 8, отклоняющий часть све тового пучка на светоотражающий экран расположенный в поле зрения проекнионной оптической системы 10, в плоскости изображения которой установлен фотоприг емник 11 с ограничивакнцёй диафрагмой 12,и проекционная оптическая система 13,в плоскости изображения которой ус тановлен фотоприемник 14 с ограничивающей диафрагмой 15, ось которых, образующая линию 16 наблюдения, лежит в плоскости падения светового пучка на поверхность 3 и пересекается с линией сканирования на ней в области контролируемых перемещений ii . Фотоприемники 6, 11 и 14 подключень к входам ййектронного; вычислительного блока 17. Устройство работает следующим образом. Двустороннее зеркало 2 совершает колебателыаде движения в соответствии . с функцией развертки, изображенной на фиг. 2 а. В результате образуются две линии сканирования: одна линия пучком от осветителя 1 на поверхности 3 в диа пазоне ее перемещений 1l ограничена ося ми 18 и 19, другая - сфокусированной меткой от осветителя 4 на щелевом растре 7 с интервалом Pj и шагом Рд (фиг. 2 а) ограничена осями 2О и 21, соответствующими осям 18 и 19. В процессе сканирования, при пересечении линии 16 наблюдения пучком с осью 22 на выходе фотоприемника 14 возникает импульс-отметка , середина которого соответствует точке пересечения этих осей, а длительность определяется радиусом светового пятна по поверхности, скоростью его сканирования и углом поля зрения проекционной оптической систе мы 13, определяемого размерами диафрагмы 15. Одновременно на выходе фотоприемника 6 появляется пачка опорных импульсов UQ, , каждый из которых cooi-ветствует дискретным значениям углов падения осей световых пучков от дополнительного осветителя 4 на шеЛевой; растр 7 и от осветителя 1 на линию 16 наблюдения. Положение поверхности 3 может быть определено, как ртрезок 1ix от известного ее дискретного положения, например первого со стороны засветки, до пересечения оси наблюдения с ней. Точке пересечения поверхности 3 слинией 16 наблюдений соответствует пучок с. осью 22, а на щелевом растре - с осью 23. Таким образом, отрезку U , ограниченному 18 и 22, соответствует отрезок Ьуд на щелевом растре 7 (фиг. 1 и 2 а), ограниченный осями 21 и 23, По числу импульсов, снимаемых с фотоприемника 6, и с учетом сигнала, снимаемого с фотоприемника 14, элекгронный блок 17 вычисляет положение поверхности 3. На пути падающего на поверхность 3 светового пучка установлен светоделитель 8, который отклоняет часть светЪвой энергии на светоотражающий экран 9, который находится в поле зрения проекционной оптической системы 1О, образутощей с помощью ограничивающей диафрагмы 12 дополнительную линию 24 наблюдения. При пересечении световым пятном на экране 9 дополнительной линии 24 наблюдения на выходе фотоприемника 11, расположенного за ограничивающей диафрагмой 12, возникает контрольный импульс и 1 , который соответствует одному из заданных дискретных положений поверхности. В электронном вычислительном блоке 17, на вход которого поступает контрольный импульс, производится анализ его совпадения с соответствующим спорным и, в случае отсутствия совпадения, производится коррекция положения опорных импульсов, т. е. достигается соответствие положения опорных импулъ сов заданным дискретным положением поверхности. Отсчет углов падения пучка на поверхность 3 с помощью щелевого растра 7, сканируемого световой меткой, например в виде тонкого штриха, сформированного при помощи дополнительного осветителя 4, обеспечивает получение опорных импульсов стабильной формы, а наличие контрольного импульса - соответствие их положения заданным дискретным положениям поверхности 3. Изобретение позволяет производить контроль в широком диапазоне без перестроек устройства с высокой точностью и быстродействием.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее осветитель, узел сканирования с дефлектором, проекционную оптическую систему, оптическая ось которой лежит в плоскости падения светового луча и пересекается с линией сканирования, фотоприемник с диафрагмой, устансжленный в плоскости изображений проекционной оптической системы, и элек ронный вычислительный блок, подключенный к выходу фотоприемника, о т л и чающееся тем, что, с целью повьпиения точности измерений, оно сяабжено дополнительным осветителем, фокусирующей оптической системой, вторым фотоприемником с установленным перед

ним щелевым растром, оптически связанным с допол1штельным осветителем через фокусирующую оптическую систему и дефлектор узла скашфшзания. светоделителем, установленным за дефлектором по ходу нзлучення, дополнительной проекционной оптической системой н третьим фотоприемником с диафрагмой, установленной в плоскоогвизображений дополивтелыюй проекционной оптической системы а выходы фотощшемииков подключеиы ко входам электровного вычислительного блока.

Источники информашга, принятые во внимание при экспертизе 1. Экспресс-информация ВИНИТИ. Сер. Контрольно-взмерителы1€1Я техника 1973, № 17, с. 5 - 9 (прототип).