Оптико-электронное углоизмерительное устройство
Изобретение относится .к измерительной технике. Целью изобретения является повьшение точности и быстродействия за счет исключения погрешностей от флуктуации и исключения механических частей. Устройство, содержащее два излучателя 3 и 4, запитываемых протнвофазно от блока 17, и опорный 6 и основной 11 фотоприемники, позволяет исключить влияние погрешностей путем сопоставления сигналов с двух идентичных приемников 6 и 11. 2 ил. (Л о СП ел со CD Фиг.1
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (191 (Н):
Л04 С 01 В 21 22
1 «Д
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3878041/24-28 (22) 03.04.85 (46) 23.04.87. Бюл. 9 15 (72) А.Б.Камелии, В.ФЛайстренко и И.М.Пасько (53) 53 1.7 (088.8) (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УГЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится,к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и быстро. действия за счет исключения погрешностей от флуктуаций и исключения механических частей. Устройство, содержащее два излучателя 3 и 4, запитываемых противофазно от блока 17, и опорный 6 и основной 11 фотоприемники, позволяет исключить влияние погрешностей путем сопоставления сигналов с двух идентичных приемников 6 и 11.
2 ил.
130553
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к автоматическим углоизмерительным приборам и может применяться в станкостроении, в приборостроении, в строительстве, 5 при монтаже оборудования, в геодезии.
Цель изобретения — повышение точности и быстродействия за счет исключения погрешностей от флуктуаций и исключения механических частей.
На фиг.1 приведена схема устройства при регистрации в падающем луче; на фиг.2 — то же, при регистрации в переотраженном луче. 15
Устройство содержит объектив 1, разделительную призму 2, излучатели
3 и 4, например светодиоды, светоделительный элемент 5, опорный фотоприемник 6, опорный инвертирующий усили- 20 тель 7 (переменного тока). Вышеуказанные элементы могут быть объединены в коллиматор 8, Устройство содержит также объектив 9, диафрагму 10 основной фотоприемник 11, основной инвертирую- 25 щий усилитель 12 (переменного тока), двухпозиционный ключ 13, блок 14 управления, аналого-цифровой преобразователь 15, вычислитель 16 и блок
17 питания излучателей. 30
Выход основного усилителя 12 соединен с первым входом двухпозиционного ключа 13, второй вход которого соединен с выходом опорного усилителя
7, а третий — с выходом блока 14 управления. Выход двухпозиционного ключа
13 соединен с блоком 17 питания излу- чателей, выходы которого также соединены со входом аналого-цифрового преобразователя 15. Выход преобразовате- 40 ля соединен с входом вычислителя 16, Блок 14 управления также электрически соединен с аналого-цифровым преобразователем, Блок 17 питания выполнен с возможностью регулировки тока, про- qg ходящего через излучатели (светодиоды).
Излучатели 3 и 4 оптически связаны через разделительную призму 2, объектив 1, объектив 9, диафрагму 10 с ос- g новным фотоприемником 11 который электрически соединен с основным усилителем 12. Одновременно излучатели
3 и 4 через разделительную призму 2, светоделительный элемент 5 оптически связан с фотоприемником 6, который .электрически соединен с усилителем 7, Устройство (фиг.2) содержит также переотражающую поверхность 18, пред9 2 назначенную для скрепления с объектом, разделительная призма 2 выполняется с фаской 19, при этом основной фотоприемник 11 и основной усилитель
12 устанавливаются за призмой 2 в отраженном луче.
Устройство работает следующим об" разом.
В вычислителе 16 производится вычисление угла поворота по формуле (11os Uî4 4 Поз Мя.
ПРъ По +ЦРПоэ где U,,U - сигнал, поступаемый на
1 излучатели 3 и 4 при соединении блока 17 питания с основным усиля- телем 12;
U, Ugq — сигнал, поступаемый на излучатели 3 и 4 при объединении блока 17 питания с опорным усилителем 7;
eL — величина равная поло3
l вине ширины диафрагмы в угловой мере.
Амплитуды излучения излучателей 3 и 4 одинаковы.
Свет от излучателей 3 и 4, излучаемых в противофазе, отражаясь от граней разделительной призмы 2, освещает две зоны в фокальной плоскости объектива 1. Эти эоны разделены между собой ребром призмы 2, Освещаемые зоны проектируются объективами 1 и 9 в плоскости диафрагмы 10. Если оптические оси коллиматора 8 и приемного блока параллельны, то половина диафрагмы
10 освещена излучателем 3, а вторая— излучателем 4, На выходе фотоприемни-. ка 11 при одинаковой яркости излучателей 3 и 4 будет только постоянный сигнал. С выхода усилителя 12 сигнал отсутствует. При одинаковых яркостях излучателей 3 и 4 на выходе усилителя
7 сигнал также отсутствует. При повороте коллиматора 8 или приемного блока на некоторый угол М, часть диафрагмы 10, освещаемая одним из излучателей,становится больше, чем диафрагма, освещаемая другим излучателем. На выходе усилителя 12 появляется переменный сигнал по фазе, противоположный сигналу, создаваемому излучателем, освещаемым большую часть диафрагмы 10 °
Амплитуда этого сигнала пропорциональна углу поворота с6, При замыкании ключом 13 цепи усилитель 12 — блок 17 питания образует1305539 4 на излучатели, в световой поток, чув,ствительности фотоприемников и пропускания оптического тракта. Регулирование сигналов, поступаемых на излучатели 4 и 5, может быть реализовано в нескольких вариантах. В одном из вариантов сигнал обратной связи, вырабатываемый усилителями-инверторами, суммируется с сигналами, постоянно подаваемыми на излучатели.
Пусть при отсутствии разворота и одинаковых коэффициентах преобразования сигнала, подаваемого на излучатели в световой поток, излучатель 3 запитывается напряжением Usinut, а излучатель 4 — напряжением Usin(ut+180 ) °
При соединении усилителя 12 с сумматорами вследствие действия отрицательной обратной связи на входе излучателей появляется дополнительный сигнал обратной связи Ы3<„, т.е. на входе излучателей будет сигнал о
Us н("+! 0< H Usin(ut+180 )+Йг
Определим от чего зависит сигнал 4. !
1а выходе ключа 13 этот сигнал равен (Usinut+>U< (N +<) K>KK( + (() з -пЖ+ЬП(z) (к <) К4 КК«КаК< где К вЂ” конструктивный коэффицйент, зависящий or апертурного угла, высоты и ширины диафрагмы и фокусного расстояния объектива; Ж,(— угол, соответствующий половине ширины диафрагмы, рад; г Л <8, (— коэффициенты пропускания коллиматора 8 и приемного блока; K« — коэффициент преобразования фотоприемника ii (интегральная чувствительность); К, — коэффициент усиления уснлителя, Отрицательное значение этого переменного сигнала равно сигналу обратной связи U<, т.е. (Usznut+aU«) (o . +((,) К КК, К< К (. (, -(-!!зз нцси" ()()«) (c(,Э (() К К«К, К з")<" 4 ° Отсюда получаем ся цепь отрицательной обратной связи. При наличии угла поворота образуется сигнал обратной связи, который регулирует сигналы, подаваемые на излучатели. При этом сигнал, подаваемый на излучатель, освещаемый большей частью диафрагмы 10, уменьшается, а сигнал, подаваемый на излучатель, освещаемый меньшей частью диафрагмы, увеличивается до величины, при которой созда- 10 ются такие потоки излучения, сумма которых на, выходе фотоприемника 11 не создает переменный сигнал. В этом случае сигналы, поступаемые на излучатели 3 и 4, зависят только от угла поворота <)!, половины ширины диафрагмы 10 в угловой мере и коэффициентов К и К преобразования сигналов, подава— емых на излучатели 3 и 4, в яркость излучателей и не зависит от коэффици-20 ентов усиления усилителей 7 и 12, чувствительности фотоприемников 6 и 11, коэффициентов поглощения оптического тракта, B то же время при замыкании ключом 13 цепи усилитель 7 блок 17 питания и неравенстве коэффициентов преобразования К и К обра4 з эуется сигнал обратной связи, который регулирует сигналы, подаваемые на излучатели 3 и 4 до тех пор, пока на 30 выходе фотоприемника 6 отсутствует переменный сигнал. В этом случае сигналы, поступаемые на излучатели 3 и 4, зависят только от коэффициентов преобразования К, К . Сигналы .Up, 35 Up(< Upp Upp подаваемые на иэлуча тели 3 и 4, в аналого-цифровом преобразователе 15 преобразовываются в код и поступают в вычислитель 16, где угол OL, определяется по формуле 40 (Up П()«0Р4 UO3 )+9 !!рэ U04 +Up Uos K„(U„!!)()o . sinut+(U<(+Uê )gsinut Угол о(, заложен в вычислителе. 45 Полученный таким образом угол не зависит от изменения коэффициентов усиления усилителей, коэффициентов преобразования сигналов, подаваемых <А ((U U„)с4 + (U, +((„)ж) sin и t r, КК, (, Ю -- — — — — — — — — — --— 1+(а (К3+K ) <.(3 К4))с КК К К 1 — — — +Ы (К +К )+!(К -К ) с КК(<К„К„3 З 4 В случае глубокой отрицательной обратной связи коэффициент усиления К< выбирают таким образом, чтобы произведение .з КК«К, К<. было гораздо больше чем 1, например 1000. В этом случае --0. "8" «К<2 5 Таким образом, сигнал обратной связи с учетом принятого отношения 1305539 Формула изобретения 2Бз1пиг. 2 (Us inst U U os +1 о +1 Подставив сигналы Up, Up< Цэ 25 в выражения для определения угл получаем Составитель Е. Глазкова Техред Л.Сердюкова Корректор tI.Ñàìáîðñêàÿ Редактор П.Гереши Заказ 1420/39 Тираж 678 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 11(-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Ез 2 -"=- равен К, Цз пы (у (К1-К ) +a(< +<4) т <у (К +K) +-о (К -К ) Us induc Pay (B-1)+ <(S+1) еС (f+1) +к (8-1) Сигнал, поступающий на излучатель 3, равен 10 2 (Ky — oL) Us inst 3 """" " k (5+1)+к(Р 1) + +ф, Сигнал, поступающий на излучатель 4, равен 25 (ao+o, Us inst U =-Usinut+ZU Аналогичным образом можно определить сигналы, поступающие на излучатель 3 (Uo> ) и излучатель 4 (U«) . При соединении усилителя 7 с блоком 17 питания эти сигналы равны (Upy Ugq Ups Uo4 ) f — — — — — — К По@ +Uo4 т,е. угол поворота. При этом определяемый угол не зависит от изменения коэффициентов преобразования фотоприемников, коэффициента усиления усилителей, коэффициента преобразования оптического тракта, коэффициентов преобразования сигналов, подаваемых на излучатели. Оптико-электронное углоизмерительное устройство, содержащее два излучателя, регулируемый блок питания, предназначенный для противофазного питания излучателей, разделительную призму, объектив, светоделительный элемент, основной и опорный фотоприемники, электрически соединенные с основным и опорным усилителями, о т " л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия,оно снабжено двухпозиционным ключом, блоком управления, аналогоцифровым преобразователем, вычислителем, усилители выполнены инвертирующими, выход основного усилителя соеди" нен с первым входом двухпозиционного ключа, второй вход которого соединен с выходом опорного усилителя, а третий — с первым выходом блока управления, выход двухпозиционного ключа соединен с блоком питания, выходы которого через излучатели соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом вычислителя.
