Двухкоординатный лазерный измеритель перемещений

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения погрешностей от аналоговой обработки сигналов. В устройстве, содержащем каналы измерения по координатам X и Y, имеется также сумматор, который позволяет компенсировать погрешности от флуктуаций при сопоставлении с сигналами с каждого из каналов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (S1)S 0 01 Н 2)/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4013896/24-28 (22) 22.01 86 (46) 30.11.90. Бюл. 02 44 (71) Институт электросварки им. Е,О,Патона (72) В.М.Лунин, Я.Ф.Кисилевский и И,IO.Ñåðãååâ (53) 531.7 (088.8) (56) Т.Dreckhan, J.Ropcke, К.-D.Salewski. Elektronische Auswertecinheit fur Laser-Geradheitsmessung, RFL У 1, 1933, s.45-47.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в сварочном производстве при оперативном контроле сварочных перемещений и деформаций изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения погрешностей от аналоговой об.работки сигналов.

На фиг.l дана блок-схема двухкоординатного лазерного измерителя перемещений; на фиг.2 — временные диаграммы работы устройства.

Двухкоординатный лазерный измеритель перемещения содержит излучатель

1, четырехквадратный фотодетектор 2, сумматор 3, интеграторы 4 и 5,схемы

6 и 7 выборки-хранения, преобразователи 8,9 напряжение — интервал времени, компараторы 10 и 11, а также ключи 12 — !? и генератор 18.

Излучатель 1 устанавливается на неподвижной базовой оснастке и ис2 (54) ДВУХКООРДИНАТНЬИ ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения за счет уменьшения погрешностей от аналоговой обработки сигналов °

B устройстве, содержащем каналы измерения по координатам Х и У, имеется также сумматор, который позволяет компенсировать погрешности от флуктуаций при сопоставлении с сигналами с каждого иэ каналов. 2 ил. пользуется для задания реперной оси.

Четырехквадрантный фотодетектор 2 оптически связан с излучателем 1 и устанавливается B контролируемой точке объекта. Выход первого квадранта четырехквадрантного фотодетектора

2 соединен с первым входом сумматора 3 и с инвертирующими входами интеграторов 4 и 5. Выход второго квадранта соединен с вторым входом сумматора 3, с неинвертируюшим входом интегратора 5. Выход третьего квадранта соединен с третьим входом сумматора 3, с неинвертирующим входом интеграторов 4 и 5. Выход четвертого квадранта соединен с четвертым входом сумматора 3, с инвертирующим входом интегратора 4 и с неинвертируюшим входом интегратора 5. Выходы интеграторов 4 и 5 соединены с входами схем 6,7 выборки-хранения соответственно. Входы преобразователей 8,9 напряжение — интервал времени соединены с выходами схем 6,7 вы1610409 борки-хранения, а также с входами компараторов 10 и 11 соответственно.

Вторые входы компараторов 10 и 11 соединены с общей точкой устройства.

Выход сумматора 3 соединен с входами ключей 12 и 13, причем выход ключа 12 соединен с входами ключей 14. и 15. Выход ключа 14 соединен с инвертирующим входом интегратора 4, а выход ключа 15 соединен с неинвертирующим входом интегратора 4, Выход ключа 16 соединен с инвертирующим входом интегратора 5, а выход ключа

17 соединен с неинвертирующим входом интегратора 5. Прямой и инверсный выходы компаратора 10 соединены с управляющими входами преобразователя 8 напряжение — интервал времени и ключеи 14 и 15 соответственно, Прямой и инверсный выходы компаратора 11 соединены с управляющими входами преобразователя 9 напряжение — интервал времени и ключей 16 и 17 соответственно. Выход генератора 18 подключен к управляюцим входам схем

6 и 7 выборки-хранения .и к выходам стробирования преобразователей 8 и 9 напряжение — интервал времени, выходы.которых соединены с входами управ- 30 ления ключей 12 и 13 соответственно ! и являются выходами устройства Т> и

Тц ° Прямые выходы компараторов 10 и

11 определяют знак измеряемых перемещений 3 и 3 соответственно, а также являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Устройство работает циклично,причем работа канала измерения коор,ци- 40 наты Х (интегратор 4, ключи 14 и 15, схема 6 выборки-хранения, преобразователь 8 напряжение — интервал времени компаратор 10) аналогична работе

Р канала измерения координаты У (интегратор 5, ключи 16 и 17, схема 7 выборки-хранения, преобразователь (j напряжение — интервал времени, компаратор 11) . В каждом цикле работы канала измерения координаты Х осущест50 вляется: интегрирование интегратором

4 выходных напряжений четырехквадрант- ного фотодетектора 2 в течение времени цикла Т задаваемого генератором цР

18 выборка схемой 6 выборки-хранения

Р

55 выходного напряжения интегратора 4 с последующим запоминанием в течение времени цикла Т>Р преобразование напряжения Ux на выходе схемы 6 выным (0» +04 0 -0ь ) Тц

Н К С

Кex

0н Кп Пл Тц

U К К +

7- R 2 C ЬХ ) .1

Це Kh Кв

+ Ц (1 — — — — — — — — ) н R2C где Ux = U< + Uy — U — U — напряжение, пропорциональное перемещению Х контролируемого объекта;

U» +U +U +U — напряжение, пропорциональное интенсивности лазерного излучения в данный момент времени;

Rl — сопротивление интегратора 4 по входам подключения квадрантов четырехквадрантного фотодетектора 2;

R2 — сопротивление интегратора 4 по входам обратной связи.

Аналогично, после окончания ицикла преобразования напряжение на выходе схемы б выборки-хранения будет равно

;-»

Ux.Кг K5x) +

R2C

Тч Квх,-— (, и

ЫС

»»

1-Ы и Kïõ

+ !! (1 — — -- — — — ) н RZC

Выражение (1) состоит из двух частей: геометрической прогрессии,схоборки-хранения в интервал времени

Т при помощи преобразователя 8 напряжение — интервал времени; прямое или обратное интегрирование интегратором 4 напряжения на выходе сумматора 3 в течение времени Т в зависимости от знака напряжения Ux (обеспечивается компаратором 10,ключами 12, 14 и 15). Это отображаемо на временной диаграмме (см.фиг.2).

Предположим, что перед началом преобразования напряжение на выходе схемы 6 выборки-хранения равно 11!»Р а ее коэффициент передачи равен К „; коэффициент передачи преобразователя

8 напряжение — интервал времени равен К„; емкости конденсаторов интегратора равны С, Тогда после первого цикла работы напряжение на выходе схемы 6 выборки-хранения станет рав1610@09 (4) где дящейся при условии j1 — — — — -/.;1

|| 4Квх

R2C / и убь1вающего, при этом же условии, |Ъ КяКвх члена U (1 — — "=-- — -) В регульН R20 тате в установившемся режиме (и- ск>) при выполнении условия

|| ; К„К вх /

1 — ----- — --- (1 напряжение выходе схемы 6 выборки-хранения станет равным

Ux R2 Тц

U = liIQ Uïü = — -- — — --..= - ° (2)

Awe в ||- R1 Kh

Следовательно, интервал времени

Т„ в установившемся режиме будет равен

Ux R2

Т U К Т (3) х n U R1 Ч

Аналогичное выражение можно записать и для канала формирования координаты У.

Uy R2

Т Т

U R1

U) = U + U - U U

Таким образом, интервалы времени

Т и Т„ на выходе преобразователей

8,9 напряжение — интервал времени пропорциональны координатам Х и У контролируемой точки объекта относительно луча излучателя 1. Знаки координат определяются сигналами на прямых выходах компараторов 3 и 30..

Из выражений (3) и (4) видно, что йри изменении интенсивности излучения излучателя 1 в небольших пределах (5

10 ) величины t Т„ и 7 изменяются в значительно меньшей степени, так как изменением одного знака подвержены и числитель и знаменатель.

Формула из обретения

Двухкоординатный лазерный измеритель перемещений, содержащий излучатель и четырехквадрантный фотодетектор, оптически связанный с ним, сумматор, к входам которого подключены выходы каждого из четырех квадрантов фотодетектора, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя интеграторами, двумя схемами выборки20

2S

50 хранения дву мя преобразователями напряжения — интервал времени, дьумя компараторами и шестью ключами, выхо-ды интеграторов соединены с входами двух схем выборки"хранения соответственно, выхсд первого квадрапта фотодетектора подключен к инвер-..ируюшим входам первого и второго ппгеграторов, выход второго квадранта подключен к неинвертирующему входу первого и и егратора и к инвертирующему входу второго интегратора, выход третьего квадранта подключен к. неинвертирующим входам первого и второго интегратороp. а выход четвертого ква1 ранта соединен с ипвертируюшим вхсдсм первого интегратора и пеинвертирующим вхс .ом второго интегратора, выходы схем гыборки-хранения подключены к входам двух преобразователей напряжение — интервал времени и к пергым входам двух компараторсв соответственно, а вторые входы двух компараторов соединены с общей шиной, выходы преобразователей напряжение интервал времени соединены с управляющих т1 одами TIepBDI о и нтopoI о ключей соответственно, входы первого и втс рого ключей соединены с выходами сумматора, выход, первого ключа соединен с входамн третьегс и четвертого ключей, выход второго ключа соединен с входамп пятого и шестого ключей, прямой и инверсный выходы первого компаратора соединены с управляющими входами четвертого и третьего ключей и первого преобразователя напряжение — интервал времени, а прямой и инверсный выходы второго компаратсра соединены с управляющими входами пятого и шестого ключей и второго преобразователя напряжение интервал времени, выходы третьего и пятого ключей соединены с инвертирующпми входами первого и второго интеграторов, а выходы четвертого и шестого ключей соединены с неинвертирующими входами первого и второго интеграторов соответственно, выход генератора подключен к управляющим входам схем выборки-хранения и входам стробирования преобразователей нагряжение — интервал времени, выходы которых являются выходами измерителя, выходами измерителя являются также прямые выходы компараторов.

itin/,oe

Редактор H.Áàûäóðà

Нодписное

Ти а1к 5!! = аказ 3736

ЗЯЫПИ Государственного комит .-.-,а ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035..Москва„ 6--35, Раушская наб., д. 4/5

Прсизвод твенло-- здзтельг.кии:-:о :билет Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

У// ж

Состав<".тела 1 „ i панкова

Тех р ед i i. Диль —. I орректор А.Обручар