Оптико-электронное устройство для измерения непрямолинейности перемещений объектов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для измерения перемещений, например рабочих органов металлорежущих станков. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения влияния турбулентности воздушных потоков и вибраций станка на процесс измерений. Излучение от источника 1 светорасщепителем 2 разделяется на два пучка 3 и 4 излучения, оси которых ориентированы под острым углом α друг к другу, и направляются на пентапризму 6 блока 5 сканирования. Измерительный 7 и опорный 8 каналы образованы идентичными элементами. Каждый канал содержит пару фотоприемников 13, 14 и 22, 23, перед каждым из которых установлено по оптическому блоку 15, 16, 24, 25, состоящему из двух цилиндрических тел, сопряженных основаниями так, что угол α между образующими цилиндров равен углу α между осями пучков 3 и 4. При вращении пентапризмы 6 пучки 3 и 4 излучения попадают соответственно на входные окна оптических блоков 15 и 16 измерительного канала 7 и блоков 24 и 25 опорного канала 8. Схема обработки сигналов выполнена в виде трех операционных усилителей 9-11. Входы усилителей 9 и 10 подключены соответственно к выходам измерительного 7 и опорного 8 каналов, а выходы - к входу усилителя 11. В исходном положении контролируемого объекта 12 устанавливают нулевые значения выходных сигналов U 5 и U 6 усилителей 9 и 10. При неконтролируемом смещении объекта 12 по оси OZ измерительный канал 7 смещается относительно пучков 3 и 4. При этом освещенность фотоприемников 13 и 14 меняется одинаково, выходные сигналы U 1 и U 2 с этих фотоприемников получают одинаковое приращение, и выходной сигнал U 5 усилителя 9 остается равным нулю. При контролируемом смещении объекта 12 по оси OY сигнал U 1 остается неизменным, а сигнал U 2 получает приращение, пропорциональное смещению, и выходной сигнал U 5 усилителя 9 содержит информацию о величине этого смещения. Смещения самих пучков 3,4 излучения, обусловленные турбулентностью воздушных потоков, различного рода вибрациями и т.п., компенсируются в опорном канале 8, выходные сигналы U 3, U 4 с фотоприемников 22 и 23 сравниваются операционным усилителем 10, выдающим выходной сигнал U 6. Сравнение в усилителе 11 сигнала U 5, поступающего с выхода измерительного канала 7, с сигналом U 6, поступающим с выхода опорного канала 8, позволяет получить выходной сигнал U 7 усилителя 11, содержащий информацию только о непрямолинейности перемещения контролируемого объекта 12. 2 ил.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК рц5 С 01 В 21/20 язв-тц„ :;": г.. 1

° 4=- "Ж "., :-., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4382763/24-28 (22) 22.02.88 (46) 07.08.90. -Вюл. N 29 (71) Закавказский филиал Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков (72) А.Р.Асатрян (53) 531.717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР, У 1021944, кл. G 01 В 21/30, 1983.

„„80„„1583740 А 1

2 (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДПЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ ПЕРЕИЕЩЕНЩ ОНЬЕКТОВ с (5 7) Из обре те нне относится к измерительной технике и может быть использовано и машиностроении для измерения перемещений, например, рабочих органов металлорежущих станков. Цель изобретения — повышение точности .измерений за счет уменьшения влияния

1583740 турбулентности воздушных потоков и вибраций станка на процесс измерений. Излучение от источника 1 светорасщепителем 2 разделяется на два пучка

3 и 4 излучения, оси которых ориентированы пад острым углом с(друг к дру у, и направляются на пентапризму 6 блока

5 сканирования. Измерительный 7 и опорный 8 каналы образовань1 идентичными элементами. Каждый канал содержит пару фотоприемников 13, 14 и 22, 23, перед каждым из которых установлено по оптическому блоку 1-5, 16, 24, 25, состоящему из двух цилиндрических тел, сопряженных основаниями так, что угол с(между образующими цилиндров равен углу e(между осями пучков 3 и 4, При вращении пентапризмы 6 пучки

3 и 4 излучения попадают соответствен20 но на входные окна оптических блоков

15 и 16 измерительного канала 7 и блоков ?4 и 25 опорного канала 8. Схема обработки сигналов выполнена в виде трех операционных усилителей 9-11.

Входы усилителей 9 и 10 подключены соответственно к выходам измерительного 7 и опорного 8 каналов, а выходы — к входу усилителя 11, В исходном положении контролируемого объекта 12 ,устанавливают нулевые значения выход- 30 ных сигналов U и U< усилителей 9 и 10.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для измерения .перемещений, например, рабочих орга- 40 нов металлорежущих станков.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет уменьшения влияния турбулентности воздушных потоков и вибраций(станка на процесс измерения.

На фиг. 1 изображена принципиальная схемааптико-электрс нного устройства для измерения непрямолинейности перемещений объектов; на фиг. 2— форма используемого оптического элемента.

Устройство содержит (фиг.1) источник 1 коллимированного излучения, например лазер, последовательна установленные по ходу излучения от источника 1 светорасщепитель 2, предназначенный для формирования двух пучков 3 и 4 излучения, оси которых

При неконтролируемом смещении объекта

12 по оси ОЕ измерительный канал 7 смещается относительно пучков 3 и 4.

При этом освещенность фотоприемников

i3 и 14 меняется одинаково, выходные сигналы Б, и U> с этих фотоприемников получают одинаковое приращение и выходной сигнал U усилителя 9 остается равным. нулю. При контролируемом смещении объекта 12 по оси ОУ сигнал U ! остается неизменным, а сигнал U noг лучает приращение, пропорциональное смещению, и выходной сигнал Ug усилителя 9 содержит информацию о величине этого смещения. Смещение самих пучков 3 и 4 излучения, обусловленные турбулентностью воздушных потоков, различного рода вибрациями и т.п., компенсируются в опорном канале 8, выходные сигналы U> и U с фотоприемс ников 22 и 23 сравниваются операционным усилителем 10, выдающим выходной сигнал V<, Сравнение в усилителе 11 сигнала U,поступающего с выхода измерительного канала.7, с сигналом

U<,поступающим с выхода опорного канала 8, позволяет получить выходной сигнал U усилителя 11, содержащий информацию только а непрямалинейнасти перемещения контролируемого объекта

12. 2 ил. ориентированы под острым острым углом а друг к другу, и блок 5 сканирования, выполненный, например, в виде пентапризмы 6, установленной с возможностью вращения вокруг оси, совмещенной с осью излучения источника 1, а также измерительный 7 и опорный 8 каналы и схему обработки сигналов, выполненную в виде трех операционных усилителей 9-11. Входы усилителей 9 и 10 соответственно подключены к .выходам измерительного 7 и опорного 8 каналов, а выходы — к вхо" ду усилителя 11.

Измерительный канал 7 установлен на подвижном рабочем органе 12 исследуемого металлорежущего станка (например, на столе) и выполнен в виде фотоприемников 13 и 14, установленных перед ними оптических блоков 15 и 16, закрепленных вкорпусах 17.и 18, и диафрагм 19 и 20. Опорный канал8 установлен на неподвижной недеформируемой части

° 5 1583740 6 (Р р станине) на рас- происходят его отклонения от прямо21 станка (например стоянии, равном расстоянию от источ- линейности движения, обусловленные ника 1 света до измерительного кана- геометрией конструкции направляющих, ла 7. Опорный канал 8 идентичен изме- неточностью их изготовления, влияния рительному каналу 7 и также состоит силовых и тепловых факторов и т.п, из фотоприемника 22 и 23, оптических При смещении рабочего органа 12 по блоков 24 и 25, закрепленных в корпу- оси ÎZ происходит смещение измерительсах 26 и 27, и диафрагм 28 и 29, ного канала 7 относительно пучков

Оптические блоки 15 и 16, 24 и 25 1р 3 и 4. При этом освещенность фотоидентичны по конструкции и представ- приемников 13 и 14 меняется одинаколяют собой два цилиндрических тела . во, так как смещение пучков 3 и 4 рав(фиг.2), сопряженных основаниями так, ны, и выходные сигналы Б, и U получто угол o(между образующими цилин- чают одинаковое приращение, пропордров равен углу < между осями пуч- 1 циональное величине смещения рабочего ков 3 и 4 излучения. органа 12. Эти сигналы сравниваются

Величина угла д(из-за конструктив- операционным усилителем 9, который ных особенностей исследуемых объек- выдает нулевой выходной сигнал U

5 тов и по условиям эксплуатации нао

При смещении рабочего органа 12 аа по ходится в пределах 5 — 7 . При рас- 2р оси ОУ освещенность фотоприемников положении измерительного канала 7 окаэывается неодинаковой: сигнал U (опорного канала 8) на расстоянии, с Фотоприемника 13 остается неиэмен1 равном 3 м от источника света, раз- ным, а сигнал U с фотоприемника 14 ность световых длин пучков 3 и 4 сос- приращение, пропорциональное величине тавляет 10 — 20 мм, что практически 2g смещения рабочего органа 12. Эти не оказывает влияния на точность разнополярние сигналы сравниваются измерений. операционном усилителем 9, который

Устройство работает следующим выдает сигнал U+9содержащий информаобразом. цию о величине смещения рабочего орИзлучение от источника 1 образует осле прохождения через свет ас ор щеи 4 питатель 2 пучка 3 и 4 излучения, 3 и 4 излучения, обусловленные возд9торые направляются на пентапризму 6 блока 5 сканирования Л чи п чка 3 потоков нестаб""ьностью лазеРа 1 отразившись от граней пентапризмы 6 неточностью вращения блока 5 ращ лока сканинаправляются на измерительный ка 7 Г 9 а также различного рода

35. ов ания и через диафрагму 19 и опт „вибрациями исследуемого станка. При блок 15 падают на фотоприемник 13, этом на выходах фотоприемников 22 и 23, Ан огично л и чка 4, отразившись оп Рного канала 8 поЯвлЯютсЯ Разнопоот граней пентапризмы 6, через диаф- 4О З 4 иваются операционным усилителем 10, на фотоприемник 14. Производится юстировка учков 3 и 4 таким образом, жащи нфоРмацию об отклонениЯх пУччтобы они были направлены по осям оп- ков 3 и 49 обУсловленных Указанными

45 но и выходные сигналы U> и U фото- Сравнение в усилителе 11 сигнала приемников 13 и 14 были равны нулю. П,поступающего с выхода измерительПри вращении пентапризмы 6 от при- ного канала 7 с сигналом U,посту9 9 вода (не: показан) пучки 3 и 4, на- пающим с выхода опорного канала 8, правляемые на пентапризму 6, попада- 5р позволяет получить выходной сигнал ют на опорный канал 8, Производится . U усилителя 11, содержащий информа. юстировка пучков .3 и 4 таким образом, цйю только о непрямолинейности перечто ы они были направлены по осям мещения контролируемого объекта— б соответственно оптических блоков рабочего органа 12 исследуемого стан24 и 25 и выходные сигналы U и U

4 55 ка фотоприемников 22 и 23 были равны Применение предлагаемого оптикоэлектронного устройства для измерения

В процессе измерений при перемеще- непрямолинейности перемещений обьекнии исследуемого рабочего органа 12 тов позволяет компенсировать погреш1583740. ФОГ.Z

Составитель С, Грачев

Редактор kI.Тупица Техред А.Кравчук Корректор Т.Палий., Заказ 2246 Тираж 483 Подгнсное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул..Гагарина,101 ности, обусловленные турбулентностью воздушных потоков, нестабильностью источника излучения, а также разного рода механическими воздействиями, z», »еМ самым, обеспечить повышение точ5 ности измерений.

Формула из обретения

Оптико-электронное устройство для . измерения непрямолинейности перемеще ний объектов, содержащее источник

Коллимированного излучения, выполненные из идентичных элементов измерительный канал, предназначенный для ,установки на контролируемом объекте, И опорный канал, установленный на неПодвижном основании, и схему обработ" ки сигналов, выполненную в виде трех операционных усилителей, входы двух из которых подключены к выходам соответственно измерительного и опорного каналов, а выходы — к входу третьего усилителя, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью поВышения точности измерений, оно снабжено последовательно установленными по ходу излучения от источника светорасщепителем, предназначенным для формирования двух пучков излучения, оси которых направлены под острым углом друг к другу, и сканирующим блоком, входы измерительного и опорного каналов расположены на равных оптических расстояниях от источника излучения, каждый канал выполнен в виде пары фотоприемников и установленных перед каждым иэ фотоприемников оптических блоков, состоящих из двух цилиндрических тел, сопряженных основаниями так, что угол между образующими цилиндров равен углу между осями пучков излучения.