Оптико-электронное углоизмерительное устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия , а также расширение диапазона измерений за счет исключения погрешностей от флуктуации, исклю- . чения механических частей, а также обеспечения преобразования угол-тангенс угла. Устройство.содержит два излучателя 2, засвечивающих грани разделительной призмы 3 излучениями, отличающимися по фазе друг от друга на угол, меньший 180°. Объектив 11. проецирует изображение в плоскость анализа диафрагмы 12, за которой размещен (5}отоприемник 13. На выходе фотоприемника образуется сигнал, фаза которого изменяется по отношению к опорному сигналу в зависимости от угла поворота, зтот сигнал поступает на фазометр 17. Одновременно на фазометр 17 поступает сигнал с опорного фотоприемника 6- Фазометр 17, измеряя сдвиг фаз, определяет угол поворота. Выходные сигналы с блока 15 питания поддерживаются науровне, при котором разность между сигналом на выходе опорного фотоприемника 6 и входным сигналом с блока 15 питания равна 90. Таким образом происходит редуцирование фазы. 1 3.п. ф-лы, 2 ил. с (Л 00 ел о СП о IC .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН дц 4 G 01 В 21/22

Я РГ - !- l, ъд

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3988575/24-28 (22) 16.12.85 (46) 07 ° 11.87. Бюл. Ф 41 (72) И,Е,Гринюк, В.Ф.Майстренко и И,N.Ïàñüêo (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 236779, кл. С 01 В 9/08, 1967. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УГЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия, а также расширение диапазона измерений эа счет исключения погрешностей от флуктуаций, исключения механических частей, а также обеспечения преобразования угол-тангенс угла. Устройство содержит два излучателя 2, засвечивающих грани

„„80„„13505О2 А1 разделительной:призмы 3 излучениями, отличающимися по фазе друг от друга на угол, меньший 180 . Объектив 11. проецирует изображение в плоскость анализа диафрагмы 12, за которой размещен фотоприемник 13. На выходе фотоприемника образуется сигнал, фаза которого изменяется по отношению к опорному сигналу в зависимости от угла поворота, этот сигнал поступает на фазометр 17. Одновременно на фазометр 17 поступает сигнал с опорного фотоприемника 6. Фазометр

17, измеряя сдвиг фаз, определяет угол поворота. Выходные сигналы с блока 15 питания поддерживаются на уровне, при котором разность между сигналом на выходе опорного фотоприемника 6 и входным сигналом с блока

15 питания равна 90 . Таким образом происходит "редуцирование фазы".

1 з.ri. ф-лы, 2 ил.

1350502

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к автоматическим углоизмерительным приборам, и может применяться в станко строении,,в приборостроении, в строительстве, при монтаже оборудования, в геодезии.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия, а также расширение диапазона измерений за счет

Исключения погрешностей от флуктуаций, исключения механических частей, а также обеспечения преобразования угол-тангенс угла.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для регистрации в падающем луче; на фиг. 2 — блок-схема устройства для регистрации в переотраженном луче.

Устройство содержит Ьбъектив 1, два источника 2 излучения, разделительную призму 3, апертурную диафрагму 4, светоделительный элемент 5, опорный фотоприемник 6, опорный усилитель 7 (переменного тока), фазосдвигающие блоки 8 и 9, подключенные к входам соответствующего источника

2. Описанные элементы могут быть объединены в коллиматор 10.

Устройство содержит также оптически связанный второй объектив 11, диафрагму 12 и основной фотоприемник

13, а также основной усилитель 14, регулируемый блок 15 питания излучателей, фазочувствительный индикатор

16, соединенный с блоком 15 питания и опорным усилителем 7, фазометр 17 и функциональный преобразователь 18 величины угла в тангенс; фазометр

17 соединен с основным усилителем 14 и фазочувствительным индикатором 16.

Устройство (фиг. 2) содержит также переотражающую поверхность 19 (образуемую на поверхности объекта) или пластину (скрепляемую с. объектом), разделительная призма 3 выполнена с фаской 20, при этом основной фотоприемник 13 и основной усилитель

14 устанавливаются за призмой 3 в отраженном луче.

Блок 15 питания предназначен для образования двух модулированных в противофазе напряжений, а фазосдвигающие блоки 8 и 9 выполнены с возможностью обеспечения фазового сдви- . га на+ р и -y, где p= 45 .

Устройство работает следующим образом.

Диафрагмы 4 и 12 могут .быть вы- полнены прямоугольной формы. Фаэочувствительный индикатор 16, если фаза поступаемого сигнала сдвинута от5 о носительно опорного сигнала на 90 вырабатывает выходной сигнал, равный нулю. Если фаза поступающего сигнала сдвинута относительно опорного сиг10 нала на угол, больший или меньший чем 90, то индикатор 16 вырабатывает положительный или отрицательный управляющий сигнал, пропорциональный сдвигу . фаз. В качестве индикатора

l5 16 возможно использовать устройство, основанное на перемножителе сигналов.

Блок 15 питания вырабатывает два модулированных в противофазе напряжения. Фазосдвигающий блок 8 сдвига20 ет фазу одного из напряжений на небольшой угол + з, меньший .45 . а фаэосдвигающий блок 9 — на угол — p ..

Эти напряжения подаются на источники

2. Таким образом, каждый из источни25 ков 2 излучает переменный световой поток с равными амплитудами и фазами, отличающимися друг от друга на угол, несколько меньший или больший

З0 Свет от источников 2, отражаясь от граней разделительной призмы 3, освещает две зоны диафрагмы 4. Эти зоны разделены между собой ребром призмы 3. Освещаемые зоны проектиру З5 ются объективами 1 и 11 в плоскость диафрагмы 12. Если оптические оси коллиматора 10 и объектива 11 параллельны, то каждая половина диафрагмы

12 освещена соответствующим источни-, 40 ком 2, На выходе фотОприемника 12 постоянный сигнал и переменный сигнал, пропорциональный здп, сдвинутый по фазе на 90 по отношению к сигналу, поступающему с блока 15 пи45 тания.

При повороте коллиматора 10 или системы из объектива 11, диафрагмы

12 и фотоприемника 13 на некоторый угол d часть диафрагмы 12, освещаея0 мая одним из источников 2, станет больше, чем диафрагма, освещаемая другим источником 2.

Фаза переменного сигнала на выходе фотоприемника 13 изменяется приб55 лизительно пропорционально величине перемещения диафрагмы 4.

Одновременно с этим на фотоприемник 6 поступает световой поток от источников 2.

50502

4 таких величин ctg p f,,<, 1, чтобы коэффициент редукции k был гораздо больше единицы, т.е. k 1.

Ь

Строгая зависимость между углом поворота Ы и фазовым сдвигом определяется выражением

21х 2йоб 4

tg Ч = 1 ctg P„ = 1, ctgt3, 10

1tg

o(—, = mtg !!!.

2f!б ctg/ь

То есть при больших углах g зависимость между у и a не полностью линейна; если же к выходу фазометра

t7 подключен функциональный преобразователь 18, измеряемый фазометром, угол преобразовывается в

Тогда выходной сигнал с преобразователя 18 пропорционален углу поворота d при больших углах поворота.

Принцип действия устройства при

25 переотражении луча (фиг. 2) аналогичен.

То, что устройство обладает большой "редукцией по фазе, предтверждается следующим.

Модулированный световой поток, поступающий на фотоприемник 13, равен! где фокусное расстояние объекt тива; ширина диафрагмы, @0 — /В ) =(А! — А ) sin !.д Е cos у3- +

4х — А )cos

+ A2) sin

2f сь

1 ции" где В, В

50 и

"!! !" !!

3 13

В том случае, если яркости источников 2 одинаковы, на выходе усилителя 7 переменный сигнал, пропорциональный sin и сдвинутый по фазе на

90 по отношению к сигналу, поступающему с блока 15 питания. Если один из излучателей станет более яркий, чем другой, фаза сигнала, изменится.

Фазочувствительный индикатор 16 вырабатывает управляющий сигнал; который поступит на блок 15 питания.

Зтот сигнал изменяет сигналы, пода" ваемые на источники 2 до момента получения равенства яркостей источников 2.

Одновременно с этим сигнал с усилителя 7 поступает на фазометр 17 и служит в качестве опорного сигнала.

На фазометре 17 также поступает сигнал с усилителя 14. Фазометр 17 измеряет сдвиг фаз между сигналами, поступаемыми с усилителя 7 и усилителя 14.

Величина угла поворота d для малых углов 4" 5-10 (при которых.

tg LI "- U ) пропорциональна фаэовому сдвигу и определяется из уравнения

Z!1 х 2f ОЕЫ

4= масштабный коэффициент; фазовый сдвиг, создаваемый фазосдвигающим блоком (r <45! ), величина перемещения изображения диафрагмы; сЕ е

ll — коэффициент редукЗамеряемый фазометром 17 с определенным масштабом угол фазового сдвига является углом поворота.

Как видно из этого выражения, уст-. ройство обладает определенной "редукцией" по фазе, т.е. небольшому углу поворота соответствует большой фазовый сдвиг !?. Коэффициент редукции выбирается конструктивно, исходя из требуемой точности, путем принятия ф„— В S i, !,„h(- + dx) singlet

1 .! . 1

+ p ) В S и ? (— ax)sin(cot — p ) = А, sin(t +p ) — A>sin(ut

+ (А„+ A>)sin/3 созаЕ = (А, p cos (vt — 90 ) + (А, + ф cosMt, яркость излучателей 2; конструктивный параметр оптического тракта, зависящий от апертурной диафрагмы, фокусного расстояния и т.д.; коэффициенты пропускания коллиматора 10 и приемника; высота диафрагмы 13; ширина диафрагмы (в направлении измерения);

1350502

А1 - амплитуда светового / потока, засвечивающего одну часть диафрагмы;

А — амплитуда светового пог 5 тока, засвечивающего фаза суммар другую часть диафрагмы; деляется из со сдвиг фаз, создаваемый фазосцвигающим бло ком. ного сигнала опреотношения (А -Aq)cospsin(-90 )+(А,+A )sinpsin0 gv (А1-Ад) cos (А„+А )sing (А „-А >) cosy cos (-90 )+(А,+А ) созФсоз0

2axcosp

1 sing

-2gx ctgp

Если яркости источников 2 одинаковы (B> = В ), то

Из выражения видно, что при отсутствии рассогласования фаза сум" марного сигнала равна нулю, а при повороте на угол Ы фаза сигнала, поступающего на .фотоприемник 3, относительно опорного изменяется пропорционально углу поворота.

Аналогичным образом модулированный световой поток, поступающий на фотоприемник б, равен

Ф (А, — A )cospsinw + (А

- А ) sinpcosut.

Фаза суммарного сигнала у равна

1 (Вй В2)соя Р

Qg P

6" e" (В .+ Bz) sing

При одинаковых яркостях фаза суммарного сигнала равна нулю, а при изменении яркости одного иэ источников 2 фаза сигнала, поступающего на фотоприемник 6, по отношению к опорному изменится и фаэочувствительный индикатор 1б выработает сигнал управления.

Так как измеряется фазовый сдвиг между сигналами, поступающими из усилителей 7 и 14,.то даже при неполном выравнивании яркостей источников 2, погрешность из-эа нестабильности излучателей будет уменьшена.

Формула изобретения

1. Оптико-электронное углоизмерительное устройство, содержащее два излучателя, регулируемый блок питания излучателей, апертурную диафрагму, объектив, светоделительный элемент, основной и опорный фотоприемники, выходы которых электрически соединены с входами основного и опорного усилителей, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно снаб25 жено двумя фазосдвигающими блоками, выполненными с возможностью обеспечения фазового сдвига на угол + 8

О и -р, где p < 45, фазометром и фазочувствительным индикатором, входы фазосдвигающих блоков соединены с выходами блока питания, выход первого фаэосдвигающего блока соединен с входом первого излучателя, выход вто-. рого фазосдвигающего блока соединен

35 с входом второго излучателя, выход основного усилителя соединен с первым входом фазометра, выход опорного усилителя соединен с вторым входом фазометра через фазочувствительный

40 индикатор, первый вход которого соединен с одним иэ входом блока питания, а выход индикатора связан с входом блока питания.

45 2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения диапазона измерения, в него дополнительно введен функциональный преобразователь величины

50 угла в тангенс, вход которого соединен с выходом фаэометра.

1350502

Сос тав итель Е . Глазкова

Техред Л.Олийнык Корректор A.0áðó÷àð

Редактор С.Патрушева

Заказ 5249/40

Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного-комитета. СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,. ул. Проектная, 4