Способ измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно йерпендикул5фных плоскостях, заключающийся в том, что формируют два автоколлимационных изображения двух протяженных взаимно перпендикулярных пересекающихся марок в двух плоскостях анализа и анализируют положение изображений марок относительно фотоприемников, ус-тановле1шых в плоскостях анализа, отличающийся тем, что, с целью повыщенИя быстродействия, марки формируют поочередно и анализируют их положение поочередно с помощью линейных позиционно чувствительных фотоприемников , каждый из которых устанавливают в одной из плоскостей анализа перпент (Л Дикулярно изображению соответствующей марки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) 3ц11 G 01 В 11/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н ДВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ъ . l „ Я

Ф

«» «««.«««„

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3362587/18-28 (22) 09. 12. 81 (46) 23.10.83, Бюл. М 39о (72) Т. N. Айсин, Е. П. Викентьев, Е. Д. Грошев, А. Д. Заболотский, А. В. Подобрянский, В. Ф. Ф едчук и Ф. П. Хлебников (53) 621. 717: 531.717 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 551502, кл. G 01 В 11/26, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 457958, кл. С 01 В 17/30, 1973 (прототип) .

„ 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ

ПЕРЕМЕКЕНИЙ ОБЪЕКТА В ДВУХ

ВЗАИМНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫХ ПЛОСКОСТЯХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУШЕСТВЛЕНИ Я. ° (57) 1. Способ измерения угловых перемешений объекта в двух взаимнойерпендикулярных плоскостях, заключающийся в том, что формируют два автоколлимационных изображения двух протяженных взаимно перпендикулярных пересекаюшихся марок в двух плоскостях анализа и анализируют положение иэображений марок относительно фотоприемников, установленных в плоскостях анализа, о т— личаюшийс я тем, что, с целью повышения быстродействия, марки формируют поочередно и анализируют их положение поочередно с помощью линейных позиционно чувствительных фотоприемников, каждый из которых устанавливают

Ф в одной из плоскостей анализа перпен дикулярно иэображению соответствующей марки.

1049735

2, Устройство для измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, содержащее оптически связанные источник света, две шелевых диафрагмы, два светоделительных элемента, холлимирующий объектив, два фотоприемника, блок обработки информационных сигналов, входы которого цодхлюченъ к выходам фотоприемников, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено третьим светоделительным

Изобретение относится к измеритель-

1 ной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений объектов, например зеркал в двух взаим но перпендикулярных плоскостях. S

Известен способ измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, заключающийся в том, что формируют автоколлимационное изображение марки в плоскости анализа, преобразуют распределение яркости в иэображении марки в амплитудно модулированные электрические сигналы.

Амцлитудно модулированные электрические сигналы преобразуют в сигналы управления, перемещающие автоколлима.ционное изображение марки в положение, при:котором величина сигналов управления близка к нулю, а по величине перемещения автоколлимационного изображе- 20 ния марки судят об угловом перемещении объекта (1 J.

Способ осуществляется устройством, содержащим оптически связанные источник света, светоделительный элемент, коллимируюший объектив, позиционночувствительный фотоприемник, блок обработки информационных сигналов, входы которого подключены к выходам фотоприемника. 30

Устройство также содержит два компенсатора, установленных между светоделительным элементом и коллимируюшим объективом, связанных с выходами блока обработки информационных сигналов (11.

Недостатком способа и устройства

;является малое быстродействие

/ элементом, оптическим модулятором, блоком считывания фазы модуляции, связанным с оптическим модулятором, фогопрйемники выполнены на основе приборов с зарядовой связью, блок обработки информационных сигналов снабжен управляющим входом, подключенным к выходу блока считывания фазы модуляции, и двумя управляющими выходами, соединенными с управляющими входами фотоприемников, а шелевые диафрагмы оптически разнесены, Наиб ее б изким техщиким решением к изобретению является способ измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, заключающийся в том, что формируют. два автоколлимационных иэображения двух протяженных взаимно перпендикулярных пересекающихся марок в двух плоскостях анализа, анализируют положение иэображений марок относительно фотоприемников, установленных в плоскостях анализа Г2 3 ..

Способ осуществляется устройством измерения угловых перемещений объекта в двуХ, взаимно перпендикулярных плоокостях, содержащем. оптически связанные источник света, две щелевые диафрагмы, два светоделительных элемента, коллимируюший объектив, два фотоприемника, блок обработки информационных сигналов, входы которого подключены к выходам фотоприемников (2 Q .

Недостатком способа .и устройства также является низкое быстродействие, Устройство также содержит сложную электромеханическую систему перемещейия компенсаторов.

Целью изобретения является повышение быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения угловых перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, заключающему ся в том, что формируют два автоколлик мационных изображения двух протяженных взаимно перпендикулярных пересекаюшихся марок в двух плоскостях анализа, анализируют положение изображений ма-, 1049735 рок относительно фотоприемников, уста-, новленных в плоскостях анализа, марки., формируют поочередно и анализируют их положение поочередно с помошью линейных позиционно чувствительных фотоприемников,5 каждый из которых устанавливают в одной из плоскостей анализа перпендикуляр; но иэображению соответствуюшей марки..

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для измере ния угловых перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, содержащее оптически связанные источник света, две шелевые диафрагмы, два светоделительных элемента, коллимирующий объектив, два фотоприемника, блок .обработки информационных сигналов, входы которого подключены к вь1ходам фотоприемников, снабжено третьим светоделительным элементом, оптичео.- 20 ким .модулятором, блоком считывания фазы модуляцйи, связанным с оптическим модулятором, фотоприемйики выполнены на основе приборов с зарядовой связью, блок обработки информационных сигналов ?5 снабжен управляющим входом, подклю-. ченным к выходу блока считывания фазы модуляции, и двумя управляющими выходами, соединенными с управляющими входами фотоприемников, а шелевые 30 диафрагмы оптически разнесены.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, осушествляюшего способ на фиг. 2 - возможные положения иэображений двух шелевых диафрагм, от- З5 носительно одного иэ фотоприемников, где х, -9 - смещение изображений марок . по координатам К и У; на фиг..3 - временные диаграммы работы основных блоков устройства. 40

Устройство содержит источник 1 света, световоды 2 - 5, модулятор 6, состоящий, например, из диска 7 с оптически прозрачными и непрозрачными участками и привода 8, блок 9 считы- . 45 вания фазы модуляции, состояший, например, из лампы 10 и вспомогательного фотоприемника ll, шелевые диафрагмы 12 и 13, светоделительные элементы 14, 15, 16, коллимируюший объектив 17, 50 фотоприемники 18 и 19, выполненные,, на основе приборов с заряцовой связью, блок 20 обработки информационных сигналов, состояший из усилителей дискриминаторов 21 и 22, блоков 23 и 24 фор- 55 мирования временных интервалов, счетчиков 25 и 26, блока 27 индикации, блока 28 управления, блока 29 уставок.

Устройство работает следуюшим обра ° зом.

Источник 1 света посредством световодов 2 — 5 освешает шелевые диафрагмы 12 и 13, расположенные в фокаюп ной плоскости коллимируюшего объектива 17. Суммирование световых потоков от шелевых диафрагм 12 и 13 осу шествляется полупрозрачным элементом 14.

Автоколлимационное изображение шелевых диафрагм 12 и 13, полученное при отражении от объекта 30, с помощью светоделительных элементов 15 и 16 строится в плоскостях установки фото- приемников 18 и 19, которые оптичеоки сопряжены с плоскостями установки шелевых диафрагм 12.и 13.

Модулягор 6 осушествляет яркостную модуляцию световых потоков, направляемых на шелевые диафрагмы 12 и 13 с помощью диска 7, вращаемого приво-. дом 8. Световоды 2 — 5 расположены таким образом относительно диска 7, что модуляция световых потоков осушеств ляется в противофазе, Фаза модуляции считывается блоком 9 с помощью лампы 10 и вспомогательного фотоприемника 11. На фотоприемниках 18, 19 попеременно (фиг. 3, Е 12, E13) стройся изображения шелевых диафрагм 12 и 13, причем одно из изображений шелевых диафрагм 12 и 13 для каждого фотоприемника является информационным, другоенеинформационным.

Изображения шелевых диафрагм 12 и 13 взаимно перпендикулярны., При угловом перемешении объекта 30 происходит смешение иэображейий шелевых диафрагм 12 и 13 относительно фотоприемников 18 и 19, протяженные светочувствительные области которых расположены перпендикулярно изображени ям шелевых диафрагм 12 и 13.

Величина смещения иэображений диафрагм 12 и 13 относительно геометричео, кого центра протяженных светочувствитель/ ных областей фотоприемников 18 и 19 ы угловым перемешением объекта 30 связа

4 на зависимостью о(, = — ct r c t —., ВХ

-2 4 где oL — угловое перемещение объекта; д Х вЂ” в елин ина смешения иэображения

Ъ геометрического центра протя1049735.3 женной светочувствительной об ласти фотоприемника 18;

Е - фокусное расстояние коллимирую щего объектива.

Для малых углов поворота объекта величина смешения изображения диафрагмы пропорциональна углу поворота объекта.

В случае необходимости поправка на результат измерения может быть внесена в блоке 27 индикации или учтена при тарировке устройства.

Изображение щелевой диафрагмы 12 преобразуется в пространственно распределительные заряды в фотоприемнике 18, которые при поступлении сигнала считывания, поступающего из блока 28 управления, н в последовательность электрических сигналов, амплитуда которых пропорциональна распределению освещенности по протяженной светочувствительной области фотоприемника 18, а также времени накопления зарядов в фотоприемнике.

Последовательность электрических сигналов с выхода фотоприемника 18 поступает на вход усилителя-дискриминатора 21, на выходе которого формируется сигнал при превышении амплитуды сигналов, поступающих на его вход определенного уровня, например, уровня пере-З0 гиба огибающей. Усилитель-дискриминатор 21 может быть выполнен, например, на основе усилителя и компаратора или технически известного компаратора со следящим уровнем компанирования. 35

Сигнал с выхода усилителя-дискримин натора 21 поступает на вход блока 23 формирования временных интервалов, на второй вход которого поступает сигнал с блока.28 управления. 40

При поступлении сигнала с блока 28 управления блок 23 формирования временного интервала формирует электрический сигнал, поступающий на разрешающий вход счетчика 25. 45

Конец временного интервала определяется сигналом, поступающим с усилителя-дискриминатора 21.

На счетный вход счетчика 25 поступают тактирующие импульсы с блока 28 управления.

В счетчике 25 накапливается резуль. тат, пропорциональный временному интервалу, сформированному блоком 23 формирования временных интервалов.

Из фиг, 2б видно, что при угловом перемещении объекта по координате (,,равном или близком к нулю, изображение щелевой диафрагмы 13 засвечивает протяженную область фотоприемника 18,, что вызьюает при считывании формирование паразитного сигнала засветки, амплитуда которого изменяется в зависимости от величины смещения по координате Y.

Модулятор 6 осуществляет амплитудную модуляцию световых потоков, формирующих изображения щелевых диафрагм 12 и 13, вследствие чего на каж дый из фотоприемников 18 и 19 последовательно проецируется изображение шелевых диафрагм 12 и 13, т.е. изображения щелевых диафрагм 12 и 13 не проецируется одновременно на поверхности фотоприемников 18 и 19 (фиг.3, El2 Е13), При проецировании иэображения щелевой диафрагмы 12 на поверхность фотоприемника 18 в фотоприемнике накопляются эаояды, характеризующие распределение освещенности вдоль светочувствительной области фотоприемника при проецировании изображения шелевой диафрагмы 13, При засветке фотоприемника 18 изображением шелевой диафрагмы 12 бльк 9 считывания фазы модуляции формирует сигнал,, поступающий в блок 28 управления, который формирует первый сит нал считывания, поступающий на фотоприемник 18.

При этом электрические сигналы с выхода фотоприемника 18 поступают на усилит,эль-дискриминатор 21., на выходе которого, в зависимости от величины засветки, полученной от изображе- ния щелевой диафрагмы 13, могут формироваться или не формироваться сигналы, характеризующие окончание временного интервала.

При этом тактирующие импульсы на счетчик 25 не поступают. После окончания первого считывания на вход блока 23, который может быть выполнен в виде триггерных схем, поступает . импульс сброса, приводящий блок 23 в исходное состояние.

Таким образом после формирования первого сигнала считывания, связанного по времени с формированием изображе-. ния щелевой диафрагмы 12, информация в фотоприемнике 18 обнуляется, но в счетчике не записывается число, пропорциональное информационному временному интервалу.

7 1049735 8

И8

U2f игл! !!

Фиг.2

ВНИИПИ Заказ 8400 37 Тираж 602 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4

После временной выдержки, дос гаточной для накопления зарядов в фотоприемнике 18, блок 28 формирует второй сигнал считывания, по которому в счетчике 23 записывается число, пропорциональное информационному временному и М тервалу. о

После окончания процесса считывания, блок 28 управления формирует сигнал, по которому происходит перепись информации записанной в счетчике 25 в блок 27 индикации.

После записи информации в блок 27 индикации, счетчик 25 сбрасывается. .Первый и второй сигналы считывания формируются в течение времени формирования изображения щелевой диафрагмы 12.

Работа устройства по координате аналогична описанной.

При этом сигналы снимаются с фотоприемника 19, обрабатываются блоками 22 и 24, счетчиком 26, а результат записывается в блок 27 индикации. Работа канала измерения координаты ( также синхронизирована с работой модуля25 тора 6.

Для получения по обеим, координатам отсчета с нулем по середине, исполу зуется блок 29 уставок, который записы,вает числа, соответствующие середине изображений щелевых диафрагм 12 и 13 относительно середины протяженных светочувствительных площадок фотоприемников 12 и 13.

Данные числа вычитаются, в блоке 27 индикации из чисел считываемых из счетчиков 25 и 26.

Таким образом, в блоке 27 индикации фиксируется результат, пропорциональный количеству импульсов, накопленных в счетчиках 25 и 26, количество которых пропорционально временным интервалам, сформированным блоками 24 формирования временных интервалов, а временные интервалы пропорционально связаны с пространственным положением изображений шелевых диафрагм 12 и 13. т.е. с угловыми перемещениями объекта 30 в двух координатах.

Тарировка устройства и определение масштабных коэффипиентов может быть произведена, например, с помощью гониометра.

В устройстве обеспечивается исключение взаимного влияния изображений марок на результат измерения.

Использование данного технического решения позволяет на его основе проектировать приборы для измерения и контроля угловых перемещений объектов в двух координатах, например контроля углов призм, обладающие высоким быстро— действием, за счет электронного:.канирования и высокой надежностью, за счет исключения электромеханической следящей системы, что позволит иопользовать их в условиях серийного и массового производства.