Оптико-электронное устройство измерения линейных размеров

 

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ , содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения фо мирователь интерференционных полос оптический Фурье-преобразователь и светоделитель, формируюпдай два световых пучка, два фотоприемника, каждый из которых установлен в одном из световых пучков, и блок обработки , электрически связанный с фотоприемниками, отличающе с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено амплитудным фильтром, установленным в одном из двух световых пучков между светоделителем и фотоприемником , двумя усилителями, один из которых имеет регулируемый козф-фициент усиления, и дифференциальным усилителем, каждый из двух входов которого электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей, выход дифференциального усилителя подключен к входу блока обработки, а вход каждого из усилителей - к выходу соответственно однО го из фотоприемников.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

l(5}) G 01 В ll/02 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3319598/25-28 (22) 23 . 07. 81 (46) 30 ° 09.83. Бюл. 9 36 (72) Ю.Н.Дубнищев и В.К.Павлов (71) Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения АН СССР (53) 531.715(088.8) (56) 1. Патент США 9 3806251.

2. Е.Н.Богомолов и др. Оптикоэлектронная система измерения размеров движущихся объектов на основе рассеяния световых волн.-"Автометрия", 1981, Р 1, с, 55, (54)(57) ОПТИК -ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения формирователь интерференционных полос, „.Я1у„„н}ящик А и светоделитель, формирующий два световых пучка, два фотоприемника, каждый из которых установлен в одном из световых пучков, и блок об-. работки, электрически связанный с фотоприемниками, о т л и ч а ю щ е-е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено амплитудным фильтром, установленным в одном из двух световых пучКоВ между светоделителем и фотоприемником, двумя усилителями, один из которых имеет регулируемый коэф-фициент усиления, и дифференциальным усилителем, каждый иэ двух входов которого электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей, выход дифференциального усилителя подключен к входу блока обработки, а вход каждого из усилителей — к выходу соответственно одно" С ., 1044968

Изобретение относится к электронно-измерительной. технике и может быть использовано для контроля и измерения размеров объектов в маши" ностроении, приборостроении и других отраслях.

Известно устройство для измерения линейных размеров, содержащее коr е-рентный источник излучения, двухканапьный осветительный блок, эталонный объект, фотоприемный блок, f0 фаэочувствительный детектор и сервопривод 1).

Однако устройство характеризуется недостаточно высокой точностью измерения иэ-за погрешности, воэ- )5 никающей вследствие взаимных смещений контролируемого и измеряемого объектов.

Наиболее близким к предлагаемому является оптико-электронное устройство измерения линейных размеров, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения формирователь интерференционных полос„ оптический Фурье-преобразователь и светоделитель, формирующий два световых пучка, два фотоприемника, каждый иэ которых установлен в одном иэ световых пучков, и блок обработки, электрически связанный с фотоприемниками 2

Недостатком известного устройства является пониженная точность измерения вследствие погрешностей, возникающих иэ-за дифракционного раз- 35 мытии изображения объекта и конечяого размера входной диафрагмы, а также из-.эа фазовых сбоев, причиной которых является наложение сигналов от передней и задней границ объекта. 4{) Цель изобретения — повышение точ-ности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что оптико-электронное устройство измерения линейных размеров, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения формирователь интерференционных полос, оптический

Фурье-преобразователь и светоделитель, формирующий два световых пучка, два фотоприемника, каждый из которых установлен в одном иэ световых пучков, и блок обработки, элект. рически связанный с фотоприемниками, снабжено амплитудным фильтром, установленным в одном иэ двух световых пучков между светоделителем и фотоприемником, двумя усилителями, один иэ которых имеет регулируемый коэф- бО фициент усиления, и дифференциальным усилителем, каждый из двух вхо" дов которого электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей, выход дифференциального усилителя подключен ко входу блока обработки, а вход каждого из усилителей - к выходу соответственно одного из фотоприемников.

На чертеже представлена схема оптико-электронного устройства измерения линейных размеров.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения формирователь 2 интерференционных полос, оптический Фурьепреобразователь 3 и светоделитель 4, формирующий два световых пучка, два фотоприемника 5 и б, каждый из которых установлен в одном из световых пучков, амплитудный фильтр 7, установленный в одном из двух световых пучков между светоделителем 4 и фотоприемником б, два усилителя 8 и 9, один из которых имеет регулируемый коэффициент усиления, дифференциальный усилитель 10, каждый из двух входов которого электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей 8 и 9, и блок 11 обработки, электрически ! связанный с фотоприемниками, выход дифференциального усилителя 10 подключен к входу блока 11 обработки, а вход каждого из усилителей 8 и 9 к выходу соответственно одного из фотоприемников 5 и б. Контролируемый

1 объект 12 помещается в интерференционном поле между формирователем 2 и Фурье-преобразователем 3.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 когерентного излучения и формирователь 2 формируют зондирующее интерференционное поле прямоугольной формы с известными размерами и пространственно-временной структурой, образуемой движущимися с известной скоростью интерференционными полосами. Скорость движения интерференционных полос пропорциональна заданной разности частот Я интерференцирующих пучков:

ЛQ. где 6 - период интерференционных полос.

В зондирующем поле в направлении, ортогональном направлению интерференционных полос, движется со скоростью

Ч измеряемый объект 12 размером Ь

В пространственно-частотной плоскости Фурье-преобразователя 3 формируется пространственно-частотный спектр поля, рассеянного измеряемым объектом 12. Это поле представляет собой суперпоэицию световых волн,,рассеянных передней и задней кромками объекта 12. Интенсивность ре1044968

Ь= Хе-vò-. Л 6 Р

Составитель В.Потапов

Редактор Н.Стащишина ТехредА.Бабинец Корректор О.Билак

Заказ 7533/38 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Гзультирукхщего интерференционного поля содержит низкочастотный пьедестал и две высокочастотные составляющие, спектр которых лежит в окрестности частотыЙ . Первая иэ них к, называемая некогерентной, представляет собой суперпозицию двух компо» нент, одна из которых образована оптич дким смещением световых пуч-; ков,дифрагированных на передней кромке объекта, а вторая — световыми 10 пучками, дифрагированными на задней кромке. Некогерентная составляющая является обычной для сигнала в дифференциальных схемах лазерных доплеровских анемометров. 35

Вторая составляющая сигнала 1к., называемая когерентиой, образована в результате интерференции световых волн, одновременно рассеянных на кромках объекта 12 от разноименных подающих пучков. В отличие от )„„ составляющая )х имеет периодический характер распределения в плоскости пространственных частот. Пространственный период Л этого распределения 5 определяется углом дифракции А/Ь где А - длина световой волны;

F — фокусное расстояние Фурьепреобразователя 3.

Амплитудный фильтр 7 с периодичес кой функцией пропускания установлен в плоскости пространственных частот перед фотоприемником 6 так, чтобы 35 обеспечить наилучшее выделение когерентной составляющей сигнала. При этом на выходе фотоприемника 6 формируется высокочастотный электрический сигнал, пропорциональный сумме 40 когерентной и некогерентной составляющих. Поскольку перед фотоприемником 5 нет периодического фильтра с em выхода снимается высокочастотный электрический сигнал, пропорцио- 45 нальный только некогерентной составляющей. Коэффициенты усиления одного из высокочастотных усилителей .8 и 9 регулируют с тем, чтобы амплитуды их выходных сигналов, образованных некогерентной составляющей, были равны между собой. Тогда на выходе дифференциального усилителя 10 образуется электрический сигнал, определяемый только когерентной составляющей ° В блоке 11 обработки иэ выходного сигнала усилителя 10 формируется последовательность счетных импульсов. Длина этой последовательности определяется временным интервалом Т, в течение которых передняя и задняя кромки объекта 12 одновременно находятся в пределах зондирующего интерференционного поля:

e-- (r-ь), 4 где 2 Ã вЂ” протяженность интерференционного поля. Размер о контролируемого объекта 12 определяется из этого выражения в виде

Значение ЧТ определяется блоком 11 обработки как произведение периода Л интерференционных полос на длительность Г последовательности счетных импульсов и их частоту f: Т=ЛС f.

В зависимости от соотношения значений периода А амплитудного фильтра 7 и периода $ интерференциониых полос может быть реализован режим измерения или режим допускового контроля.

При использовании в качестве объекта линейной или круговой штриховой .меры устройство позволяет измерить линейное или угловое перемещение объекта.

Таким образом, введение в оптико-электронное устройство измерения линейных размеров амплитудного фильтра, двух усилителей, один из которых имеет регулируемый коэффициент усиления, и дифференциального уси» лителя, установленных описанным образом, позволяет повысить точность измерения.