Фотоэлектрический автоколлиматор

 

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОКОЛЛИМАТОР , содержащий осветительную часть, марку, объектив, отражатель в виде прямоугольной призмы, расположенные между объективом и отражателем два поляризатора с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации , модулятор, фотопрйемную и измерительную части, о т л и ч а юц и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введено светоделительное зеркало, которое установлено между поляризаторами и призмой с наклоном на угол к плоскости входного зрачка объектива в плоскости, перпендикулярной главному сечению призпы, при этом if определяется двойным неравенством 11|:. + 2пе-2в, где - удаление центра марки от оптической оси объектива в плоскости наклона зеркала, выраженное,в угловой мере; Ч - удаление оси врсщения модулятора от оптической оси объектива в плоскости наклона зеркала, ш фаженное в угло- I вой мере; (Л cf - угловой размер марки в плоскости наклона зеркала; И - показатель преломления материала призмы; - пирамидальность призмы; . (Л - угол наклона гипотенузной грани призмы относительно ел плоскости входного зрачка - ел объектива в плоскости, перпендикулярной ее главному с ченпо. . . СП

С903 СОВЕТСНИХ

С °

РЕСПУБЛИН (! 9) (И) а@1) С

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

>2пЕ-, ) а(, где ЬГОСУДФ СТВЕННЫЙ НОМНТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ И306РЕТЕНИЙ И ОТНИФТИМ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:;(21) 3645319/24-10 (22) 22.09.83 (46) 23.05.85. Бюл. и 19 (72) Ю.В Елисеев, Ю.П. Контиевский и Б.Г. Шарипов (53) 535.885.5(088.8) (56) 1. Патент США В 3.031.919, кл. 356-115, опублик. 1962.

2. Авторское свидетельство СССР

1 561925, кл. G 02 В 27/30, 1977. (54)(57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОКОЛЛИИАТОР, содержащий осветительную часть, марку, объектив, отражатель в виде прямоугольной призмь1, расположенные между объективом и отражателем два поляризатора с взаимно перпендикулярными плоскостями поляри. зации, модулятор, фотопрИемную и измерительную части, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введено светоделительное зеркало, которое. установлено между поляризаторами и призмой с наклоном на угол f к плоскости входного зрачка объектива в плоскости, перпендикулярной главному сечению призмы, при этом определяется двойным неравенством

2и -Л К - - — —.

2 2. удаление центра марки от оптической оси объектива в плоскости наклона зеркала,. выраженное,в угловой мере; . удаление оси вращения модулятора от оптической оси объектива в плоскости наклона зеркала, выраженное в угловой мере; угловой размер марки в плоскости наклона зеркала; показатель преломления материала призмы; пирамидальность дрнзиы; . угол наклона гипотенуэной грани призмы относительно плоскости входного зрачка объектива в плоскости, перпендикулярной ее главному сечению.

1 11575

Изобретение относится к контроль. но-измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения ошибок изготовления прямых углов призм. S

Известен фотоэлектрический автоколлнматор, содержащий источник поляризованного света с вращающейся плоскостью поляризации, марку, светоделитель, объектив, отражатель,, 14 неподвижный анализатор, составлен(ный из двух поляризаторов, плоскости поляризации которых перпендикулярны, фотоприемную и измерительную части № и

Однако этот автоколлиматор не поз воляет измерять прямые углы прямоугольных призм.

Известен также фотоэлектрический автоколлиматор, содерЖащий освети" тельную часть, марку, объектив, отражатель в виде прямоугольной призмы, расположенные между объективом и отражателем два поляризатора с взаимно перпендикулярными плоскостями д поляризации, модулятор, фотоприемную и измерительную части (23 .

Недостатками известного устройства являются невысокая точность и низкая производительность изиерений, обусловленные соответственно однократным прохождением светового пучка через контролируемую призму и последовательным измерением (в два приема) положения каждого из двух автоколлнмационных иэображений.

Целью изобретения является повышение точности измерения..

Указанная цель достигается тем, что в фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий осветительную часть, 10 марку, объектив, отражатель в виде прямоугольной призмы, расположенные между объективом и отражателем два поляризатора с взаимно ерпендику4S ,пярными плоскостями поляризации, моь улятор, фотоприемную и измерительную части, дополнительно введено светоделительное зеркало, которое установлено между поляризаторами и призмой с наклоном на угол g к плосS0 кости входного зрачка объектива в плоскости, перпендикулярной главному сечению призмы, при этом определяется двойным неравенством

P+g-$ ац»о

2 2 Я-2ю с g4 + In 2ы

15 где p — удаление центра марки ооптической оси объектива в плоскости наклона зеркала, выраженное в угловой мере;

Ч вЂ” удаление оси вращения модулятора от оптической осн объек. тива в плоскости наклона зеркала, выраженное в угловой мере;

4 — угловой размер марки в плос кости наклона зеркала;

И вЂ” показатель преломления мате" риала призмы;

Я - пирамидальность призмы;. — угол наклона гипотенузной грани призмы относительно плоскости входного зрачка объектива в плоскости, перпендикулярной ее главному сечению.

На фиг. 1 показана схема фотоэлектрического: автоколлиматора в плоскости наклона светоделительного эер кала; на фиг.2 — то же, в плоскости главного сечения призмы-отражателя; на фиг.З вЂ” ход осевых лучей в элементах автоколлиматора, установленных перед его объективом, в плоскости наклона светоделительного зеркала; на фиг.4 — ход осевых лучей в тех же элементах в плоскости главного сечения призмы.

Автоколлнматор включает осветительную часть, состоящую иэ источника 1 света, конденсора 2 и отклоняющей призмы 3, и внеосевую марку 4, установленную между конденсором 2 и призмой 3 в фокальной плоскости объектива 5 и выполненную, например, в виде круглого отверстия. Удаление центра марки 4 от оптической оси объектива 5, выраженное в угловой мере, обозначим Р а угловой размер марки — 8 . Перед объективом 5 размещены два поляризатора 6 и 7 с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, светоделительное зер-. кало 8 и контролируемая прямоугольная призма 9 с отражающими гранями

10 и 1 1, Плоскость поляризации одного иэ поляризаторов (поляризатора 7) параллельна плоскости, проходящей через центр марки 4 и ребро прямого угла призмы 9, которое наклон".но к плоскости входного зрачка объектива за счет установки призмы 9 на специальном поддерживающем мостике (не показан) перед автоколлииатором.

1157515

В фокальной плоскости объектива 5 расположен модулятор 12, составленный из двух поляризаторов 13 и 14,. плоскости поляризации которых перпендикулярны. Линия раздела поляриза.торов 13 и !4 пересекается с осью вращения модулятора, угловое положение которой относительно оптической оси объектива определяется из условия исключения взаимного наложе- 1О ния марки и ее автоколлимационного изображения и возможного смещения последнего относительно линии раздела поляризаторов 13 и 14 в пределах его углового размера 8, т.е. P+ < = 1$

1,5Д и V P-1,58 . При 4 =- О ось вращения модулятора 12 совмещена с оптической осью объектива 5.

Плоскости поляризации поляризаторов 13 и 14 модулятора 12 параллель- 2О ны плоскостям поляризации поляризаторов 6 и 7 при параллельности их линий раздела.

Светоделительное зеркало 8 установлено между поляризаторами 6 и 7 2$ и призмой 9 с наклоном под углом к плоскости входного зрачка объектива 5 в плоскости, перпендикулярной главному сечению призмы, или в плоскости ребра прямого угла призмы.

Для контроля призм с различными характеристиками светоделительное ! зеркало 8 снабжается механизмом для изменения его углового положения в плоскости, перпендикулярной глав-. ному сечению призмы.

Фотоприемная и .измерительная части автоколлиматора включают конденсор

15, фотоприемник 16, усилитель 17 рабочих сигналов, опорную ветвь, сосЮ тоящую из источника 18 света; неподвижного поляризатора 19 с плоскостью поляризации, параллельной плоскости поляризации одного из поляризаторов

6(7), установленных перед объективом, фотоприемника 20 и усилителя 21 опорных сигналов. Выходы усилителей

17 и 21 соединены с синхронным детек -тором 22, к которому подключен индикатор 23.

Для настройки и проверки положения автоколлимационных изображений относительно линии раздела поляризаторов 13 и 14 модулятора автоколлиматор имеет откидное зеркало 24 и оку- $$ ляр 25.

Устройство работает следующим обраs0H °

Контролируемую призму 9 устанавливают на мостик. Включают источник

1 света и вводят в ход лучей откидное зеркало 24, наблюдая в окуляр

25. Свет от источника 1 с помощью конденсора 2 освещает внеосевую марку 4. Главный луч, исходящий из центра марки 4, пройдя отклоняющую призму

3, образует с оптической осью объектива 5 угол Р (фиг.3). Пройдя далее объектив 5, поляризаторы 6 и 7, светоделительное зеркало 8, луч падает на гипотенуэную грань призмы 9 под углом +, а на ребро ее прямого угла — под углом (Pts()fn -E если призма правильно установлена перед автоколлиматором, т.е. вершина пирамиды призмы расположена по другую сторону оптической оси относительно внеосевой марки 4.

Свет, прошедший через поляризаторы 6 и 7, соответственно поляризуется, и часть его, отраженная от наклонного светоделительного зеркала 8, не попадает в фотоприемную часть автоколлиматора. Часть света, отраженная от гипотенузной грани призмы 9, при неправильной ее установке может попасть в фотоприемную часть. В этом случае, вращая мостик с призмой, наблюдают в окуляр 25 за бликами в поле . зрения и устанавливают призму в правильное положение.

Осевой луч света, прошедший призму

9 в первый раз, выходит as нее под, Углом/<2o(-2nE к оптической оси объектива. Встретив и отразившись от светоделительного зеркала 8, луч повторно проходит призму и выходит из нее в направлении линии раздела поляризаторов 13 и 14 модулятора 12,,когда та расположена в плоскости, параллельной плоскости главного сечения призмы 9. Если автоколлимационное изображение марки не попадает на указанную линию раздела поляризаторов 13 и 14, наклон светоделительного зеркала изменяют, наводя автоколлимационное изображение на эту линию. В этом случае угол, образованный падающим на зеркало лучом после прохождения призмы первый раэ и отраженным от него лучом, равен P

В плоскости главного сечения призмы 9.(фиг.4) осевые лучи 1 и 1) све1157515 ф(E)fФ та, пройдя поляризаторы 6.и 7 и светодвлительное зеркало 8, проходят призму 9 в противоположных направлениях, отражаясь от катетных граней

10 и 11 в прямой и обратной последовательности. Пройдя призму 9 с ошибкой упрямого угла первый раэ, каждый луч отклоняется от своего первоначального направления на угол

gnQc6S((y+g)jp )Встретив и отразив- ( шись от светоделительиого зеркала 8 под таким же углом, каждый луч снова иадает на призму 9. Часть света от лучей 1 и A проходит светоделительное зеркало, 8 и гасится, поскольку плоскости поляризации этих лучей перпендикулярны плоскостям поляризации встретившихся на ых пути поляризаторов 6 и 7.

Каждый отраженный зеркалом 8 луч

1 и 11, пройдя призму ваорой раз, дополнительно отклоняется на угол

2 и со cod)(g-et)! q+E),а угол 1 между М расходящимися лучами 7 и If, прошедшими призму дважды и идущими в автоколлиматор, в общем виде равен

f.

f= en»! (»os (— -E) ca»(+ е) ), В фюкальной плоскости объектива автоколлиматора, где находится модулятор 12, зти лучи образуют два 33 автоколлимационные иэображения марки Э, линейное расстояние В между которыми равно

/ (= lhld С05 -Е +с05 1Я где f — фокусное расстЬяние объектива.

При 9 0 приведенные ранее выражения упрощаются.

После настройки автоколлнматора откидное зеркало 24 выводят иэ хода .лучей и включают в работу модулятор

12 и фотоприемную и измерительную. чвсти»

Конденсор 15 концентрирует свет, идут.ий от обоих автоколлимационных изображений марки, на фотоприемнике 16.

При отсутствии ошибки <Д прямого

° угла призмы оба иэображения совмещены и расположены на линии раздела поляризаторов 13 и 14 модулятора

12, когда та расположена в плоскости, перпендикулярной главному сечению призмы 9. В этом случае при вращении модулятора 12 в любом его положении на фотоприемник 16 проходит равное количество света и на.выходе фотоприемника нет переменного сигнала.

При наличии ошибки сопрямого угла призмы автоколлимационные иэображения марки взаимно смещены на величину

Ф В этом случае через модулятор 12 в различных его положениях при вращении от ка.дого автоколлимационного изображения марки 3 на фотоприемник .

16 проходит разное количество света и на выходе фотоприемника образуется переменный сигнал. Поскольку плоскости поляризации автоколлнмационных изображений марки, как н плоскости поляризации поляризаторов 13 и 14 модулятора 12, взаимно перпендикулярны, то переменные .сигналы от обоих иэображений марки 3 имеют одинаковую Фазу ив фотоприемнике 16 суммируются, Амплитуда общего переменного сигнала пропорциональна величине взаимного линейного смещения 1 автоколлимационных изображений нли величине ошибки d прямого угла призмы, а фаза по отношению к опорному сигналу указывает направления смещения иэображений марки 3 или знак ошибки С0 прямого угла призмы.

Рабочий сигнал с фотоприемника 16 и сигнал . с фотоприемника 20 опорной ветви после усиления соответственно в усилителях 17 и. 21 подаются на синхронный детектор 22, а с него — иа индикатор 23, который указывает величину и знак взаимного линейного смещения 1 автоколлимационных изображений марки или величину и знак ошибки cD прямого угла призмы.

Ошибка сй прямого угла призмы при этом определяется из выражения

Таким образом, предлагаемый фотоэлектрический автоколлиматор позволяет нзмерятьошибку прямого угла призмы с большей точностью., чем известный.

1157515 2 гаС

Е дщщд 1 Заказ 3366/46 Тицаж 526 По щисное

Филмай ИПП Патент, r.ужгород,. ул.Проектная, 4

3М

ЖаКаь(-ф

МАМ - )е сдз (- -б)3