Способ измерения расстояния до поверхностей и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01B11/14 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике, предназначено для измерения расстояния до поверхностей и может быть использовано преимущественно в производстве, занятом изготовлением листовых материалов, например в целлюлозно-бумаж-. ной промышленности.

Известен способ измерения расстояния до поверхностей, заключгиощийся в .том, что направляют на поверхность под углом к ней телецентрический пучок излучения, регистрируют угловое распределение интенсивности отраженного поверхностьн излучения путем сканирования отраженного пучка в плоскости. регистрации и определяют контролируемый параметр ij.

Недостатком этого способа является низкая точность измерения расстояния до движущихся диффузно-отражающих поверхностей, обусловленная необходимостью сканирования изменяющегося во времени светового распределения в плоскости регистрации, а также пятнистым характером указанного распределения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения расстояния до повёрхностей, заключающийся в том, что формируют гомоцентрический пучок когерентного излучения, направляют его на поверхность, модулируют отраженное от поверхности излучение, регистрируют его и определяют расстояние от центра гомоцентрического пучка до поверхности 2.

10

Недостатком извебтного способа является сравнительно низкая точность измерения расстояния до движущихся диффузно-отражающих поверхностей, обусловленная случайньм ха15рактером распределения энергии в отраженном поверхностью излучения, а также изменением этого распределения при движении поверхности.

Известно устройство для измерения

20 расстояния до поверхностей, содержащее источник излучения и установленный за ним формирователь гомоцентрического пучка, фотоэлектрический регистратор, выполненный в виде

25 расположенных один за другим пространственного фильтра и фотоприемника и устанавливаемый на пути отражаемого поверхностью излучения, и электронный блок обработки сигналов,

30 один из входов которого подключен к выходу фотоэлектрического регистратора 2 , Недостатком известного устройств является сравнительно низкая точность измерения расстояния до движу 1ДИХСЯ диффузно-отражающих поверхностей. Целью изобретения является повышение точности измерения расстояния до движущихся диффузно-отражающих поверхностей. Указанная цель достигается тем, что регистрируют дифракционную пятнистую картину, образованную отражаемым поверхностью излучением, измеряют скорость движения поверхности и скорость движения дифракционно картины, а расстояние г определяют по формуле . -V/Vo - 2 где С - расстояние от центра гомоцентрического пучка до плоскости регистрации; V, УО - скорости движения дифракционной картины в плоскости регистрации и поверхности соответственно, знак + соответствует расположению центра гомоцентрического пучка между поверхностью и плоскостью . регистрации. Устройство для осуществления способа снабжено измерителем скорос ти движения поверхности, электричес кий выход которого подключен к второму входу электронного блока обработки сигналов. Измеритель скорости движения поверхности может быть выполнен в виде фотоэлектрического регистратора, идентичного первому и размещенного на пути отражаемого поверхностью излучения так, что его npocT ранственный фильтр лежит в плоскости, проходящей-через центр гомоцентрического пучка параллельно поверхности. Кроме того, измеритель скорости движения поверхности может быть выполнен в виде формирователя телецентрического пучка, установленного в ходе Лучей от источника, и фотоэлектрического регистратора, идентичного первому, размещаемого на пу ти отражаемых поверхностью лучей телецентрического пучка. На чертеже представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа. Устройство содержит источник 1 излучения, формирователь 2 гомоцентрического пучка, фотоэлектрический регистратор 3 в виде располо женных один за другим пространствен ного фильтра 4 и фотоприемника 5, электронный блок 6 обработки сигналов и измеритель 7 скорости движения поверхности 8, выполненный, например, в виде формирователя 9 телецентрического пучка, установленного в ходе лучей, от источника 1, и фотоэлектрического регистратора 10, идентичного регистратору 3. . В случае освещения поверхности 8 расходящимся гомоцентрическим пучком измеритель 7 скорости движения поверхности 8 может быть выполнен в виде фотоэлектрического регистратора 11 (показан пунктиром), идентичного регистратору 3 и устанавливаемого на пути отражаемых поверхностью 8 лучей гомоцентрического пучка так, что пространственный фильтр регистратора 11 лежит в плоскости, проходящей через центр гомоцентрического пучка (точка Ф) параллельно поверхности .8. Фотоэлектрический регистратор 3 устанавливается на пути отражаемых поверхностью 8 лучей гомоцентрического пучка на расстоянии, отличном от расстояния от точки Ф до поверхности 8. Фотоэлектрический регистратор 10 устанавливается на- произвольном расстоянии от поверхности 8 в ходе отражаемых ею лучей телецентрического пучка. Каждый из фотоэлектрических регистров 3, 10 и 11 ориентируется так, что он регистрирует излучение, отражаемое поверхностью 8 в направлении, близком к ее нормали, а расстояние от пространственного фильтра каждого из указанных регистраторов 3, 10 и 11 до поверхности В значительно больше размеров освещенной площадки на этой поверхности. Один из входов электронного блока 6 обработки сигналов подключен к выходу фотоэлектрического регистратора 3, а другой - к выходу измерителя 7 скорости движения поверхности 8. На третий вход электронного блока б подан постоянный электрический сигнал, пропорциональный расстоянию С от точки Т до пространственного фильтра 4 фотоэлектрического регистратора 3, Пространственные фильтры фотоэлектрических регистраторов 3, 10 и И могут быть выполнены в виде амплитудных дифракционных решеток, В качестве источника 1 излучения может быть использован оптический квантовый генератор. В этом случае формирователь 2 гомоцентрического пучка может быть выполнен в виде объектива, а формирователь 9 телецентрического пучка - в виде телескопической системь. Способ осуществляется следующим образом. Формирователь 2 преобразует излучение источника 1 в гомоцентрический пучок с центром в точке Ф , падающий на движущуюся со скоростью Vfl диффуэно-отражающую поверхность 8. Отражаемые поверхностью 8 лучи гомоцентрического пучка поступают в фотоэлектрический регистратор 8 и образуют в плоскости его пространственного фильтра 4 (в плоскости регистрации) перемещающуюся дифракционную картину, скорость V пере мещения которой зависит как от скорости Vj, перемещения поверхности 8, так и от расстояния rj, от этой по1верхности до пространственного фильтра 4 указанного регистратора 3 и оцисывается уравнением V Vo(l + ), (1) где г - расстояние от точки Ф до поверхности 8(знак + соответствует освещению поверхности 8 расходящимся пучком, знак - - освеще нию поверхности 8 сходящимся пучком Пространственный фильтр 4 фотоэлектрического регистратора 3 модулирует перемещающуюся дифракционную : картину, в результате чего с выхода регистратора 3 на соответствующий вход электронного блока б поступает электрический сигнал/ пропорциональ ный скорости V перемещения дифракционной картины в плоскости, отстоя щей от поверхности 8 на расстоянии Измеритель 7 измеряет скорость VP движения поверхности 8, в резуль тате чего с его выхода -на соответст вующий вход электронного блока 6 поступает электрический сигнал, про порциональный скорости Vo движения поверхности 8. .Расстояние г связано с расстоянием & и расстоянием г следующими зависимостями: г г„ - с для случая освещения поверхности 8 расходящимся пучком и расположения точки Ф между поверхност1зю 8 и плос костью регистрации (пространственны фильтр 4) фотоэлектрического регист ратора 3; . г С - Гп(3) для случая освещения поверхности 8 сходящимся пучком; г Tf, + С для случая освещения поверхности 8 расходящимся пучком и расположения плоскости регистрации фотоэлектрического регистратора 3 между точкой Ф и поверхностью 8. Совместное решение уравнений (1)-(4) дает, формулу для вычисления расстояния.г -V/vi . где знак соответствует распо- I ложению центра гомоцентрического пучка (точкаФ) между поверхностью 8 и плоскостью регистрации (пространственный фильтр 4) фотоэлектрического регистратора 3. Электронный блок 6 обработки сигналов осуществляет преобразование поступающих на его входы сигналов в соответствии с формулой (5) и фррмирует на своем выходе сигнал, пропорциональный измеряе юму расстоянию г. В случае выполнения измерителя 7 скорости движения поверхности 8 в виде регистратора 11, скорость перемещения дифракционной картины в плоскости его пространственного фильтра равна удвоенной скорости движения поверхности 8, благодаря чему регистратор 11 формирует на своем выходе электрический сигнал, пропорциональный скорости Vg движения поверхности 8. Достоинством данного варианта выполнения измерителя 7 является его простота. Однако он может быть использован лишь в случае освещения поверхности 8 расходящимся пучком, а точность измерения скорости ее движения зависит от точности ориентации регистратора 11 относительно центра кривизны гомоцентрического пучка. Наиболее оптимальным вариантом, свободным от указанных недостатков является выполнение измерителя 7 в виде формирователя 9 телеЦентри4tecKoro пучка и фотоэлектрического регистратора 10. В этом случае скорость перемещения дифракционной картины, образованной отраженными от движущейся поверхности В лучами телецентрического пучка, в плогкости пространственного фильтра регистратора 10 равна скорости движения поверхности 8, благодаря чему регистратор 10 формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный скорости Уд движения поверхности 8. } Повышение точности измерения расстояния до движущихся диффузноотражающих поверхностей при использовании изобретения достигается за счет измерения скоростей движения пов.ерхности и диффракционной картины образо.ванной отраженным от поверхности излучением, а также за счет снабжения устройства для измерения расстояния до поверхностей измерителем скорости движения поверхности. Формула изобретения 1. Способ измерения расстояния до поверхностей, заключающийся в том, что формируют гомоцентрический,

пучок излучения, направляют его на поверхность, модулируют отраженное от поверхности излучение, регистрируют его и определяют расстояние от центра гомоцентрического пучка до поверхности, отличающийс я тем, что, с целью повышения тоности измерения расстояния до движущихся диффузно-отражающих поверхностей, регистрируют дифракционную пятнистую картину, образованную отражаемым поверхностью излучением измеряют скорость движения поверхности и скорость движения дифракционной картины, а расстояние определяют по формуле

где С - расстояние от центра гомоцентрического пучка до плоскости регистрации; V ,7,5 - скорости движения дифракционной картины в плоскости регистрации и поверхности, соответственно, знак + соответствует расположению центра гомоцентрического пучка между йоверхностью и плоскостью регистрации. 2. Устройство для измерения расстояния до поверхностей, содержащее источник излучения и установленный за ним формирователь гомоцентрического пучка, фотоэлектрический регисратор, выполненный в виде расположенных один за другим пространст.венного фильтра и фотоприемника и

устанавливаемый на пути отражаемого поверхностью излучения, и электронный блок обработки сигналов, один из входов которого подключен к выходу фотоэлектрического регистратора,

5 отличающееся тем, что оно снабжено измерителем скорости движения поверхности, электрический выход которого подключен к. второму входу электронного блока обработки

0 сигналов.

3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что измеритель скорости движения поверхности выполнен в виде фотоэлектрического

5 регистратора, идентичного, первому и размещенного на пути отражаемого поверхностью излучения так, что его пространственный фильтр лежит в плоскости, проходящей через центр

0 гомоцентрического пучка параллельно поверхности.

4.Устройство по п. 2, о т л ичающееся тем, что измеритель скорости движения поверхности

5 выполнен в виде формирователя телецентрического пучка, установленного в ходе лучей от источника, и фотоэлектрического регистратора, идентичного первому, размещаемого на пути отражаемых поверхностью лучей

телецентрического пучка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Заявка ФРГ № 2650422, кл. G 01 В 11/14, 1977.

2.Заявка ФРГ № 2058597,

кл. G 01 В 11/14, 1972 (прототип).