Отражательная система оптико-электронного устройства для измерения угла скручивания

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенных для контроля углов поворота объекта вокруг заданной оси. Цель изобретения - повышение точности. Параллельный пучок лучей, сформированный объективом автоколлиматора (на чертеже не показан) проходит анаморфозную систему 2, установленную на половине входного зрачка световозвращателя - стеклянного тетраэдра 1. При этом пучок изменяет угол расходимости в плоскости действия анаморфозы, совпадающей с плоскостью главного сечения клиньев анаморфозной системы. После отражения от световозвращателя пучок отражается прямым двугранным зеркалом 3, установленным на второй половине входного зрачка световозвращателя. 3 ил. сл с

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827757/28. (22) 21.05.90 (46) 23.04.92. Бюл. М 15 (71) Ленинградский институт точной меха- . ники и оптики (72) Д.Ю. Зубенко, И,А. Коняхин и Э.Д. Пан,ков (53) 631.743(088.8) (56) Измерительная техника, М 8, 1984, с.28-29.

Авторское свидетельство СССР

М 1430742, кл. G 01 В 11/26, 1987. (54) ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПТИКОЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА СКРУЧИВАНИЯ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенных для контроля углов поворота объекта вокруг заданной оси, Цель изобретения — повышение точности. Параллельный пучок лучей, сформированный объективом автоколлиматора (на чертеже не показан) проходит анаморфозную систему 2, установленную на половине входного зрачка световозвращателя — стеклянного тетраэдра 1. При атом пучок изменяет угол расходимости в плоскости действия анаморфозы, совпадающей с плоскостью главного сечения клиньев анаморфозной системы. После отражения от световозвращателя пучок отражается прямым двугранным зеркалом 3, установленным на второй половине входного зрачка световозвращателя. 3 ил.

1728653

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенным для контроля углов поворота объекта вокруг заданной оси 5 (скручивания) и использующим для измерения явление анаморфозы.

Известна отражательная система, состоящая иэ трипель-призменного отражателя с прямыми двугранными углами между 10 отражающими гранями, возвращающего отраженный пучок в направлении, противоположном и параллельном направлению падающего пучка, и оптического клина, расположенного перед отражателем, перекры- 15 вающего половину рабочей апертуры отражателя.

Недостатком данной системы является вызываемое клином отклонение выходящего иэ отражателя пучка лучей по отношению 20 к падающему, что ограничивает дистанцию между базовым и контролируемым объектами и диапазон измеряемых углов, поскольку при изменении дистанции выходящий пучок лучей виньетируется оправой объектива 25 приемной части. Кроме того, конструкция предполагает использование двух фотоприемников в составе автоколлиматора, что усло>княет схему фотоприемного устройства.

Кроме того, мерой угла скручиванию являет- 30 ся величина смещения энергетического центра изображения марки по позиционночувствительному фотоприемнику, что определяет значительную погрешность измерения вследствие неоднородности чув- 35 ствительности по площади приемника и нестабильности параметров фотоприемника во времени.

Известна отражательная система автоколлимационного устройства, представля- 40 ющая собой световозвращатель, углы между гранями которого равны 90, и установленную перед ним по ходу луча на половине его входного зрачка телескопическую анаморфозную систему из двух иден- 45 тичных оптических клиньев, скрепленную с отражателем, при этом первая по ходу луча преломляющая грань первого клина перпендикулярна оптической оси отражателя, а величина преломляющего угла О каждого 50 клина и угол О,z.ìåæäó второй преломляющей гранью первого клина и первой преломляющей гранью второго клина определяются выражением

8= arcsln z et = arcs in(n.sin D)

Ап — 1 .где и — показатель преломления стекла клиньев;

А — коэффициент анаморфозы системы клиньев.

Недостатком известной системы является малая для большинства практических задач точность измерения угла скручивания. Для данной системы она определяется величиной коэффициента А, которая как показывает анализ литературных источников, не превосходит 1,8 — 2, что недостаточно для построения высокоточной углоиэмерительной системы.

Цель изобретения — увеличение точности измерения. угла скручивания эа счет увеличения чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что на второй половине исходного зрачка световозвращателя установлено скрепленное с ним двугранное зеркало с прямым углом между отражающими плоскостями таким образом, что ребро двугранного зеркала составляет угол ас главным сечением оптических клиньев, составляющих телескопическую анаморфозную систему.

На фиг.1 показан вид диафрагмы марки а и вид изображения марки б, в; на фиг.2— графики зависимостей g = f(p) для предлагаемой отражательной системы и прототипа; на фиг.3 — схема отражательной системы.

Эффект увеличения чувствительности, а следовательно, и точности измерения путем установки перед световозвращателем двугранного зеркала наблюдается при любых значенияхугла а, кроме a= m 90, где m0,1,2.. Если предположить, что ребро двугранного зеркала совпадает с плоскостью действия анаморфозы системы клиньев или перпендикулярно ей, то уменьшенное (или увеличенное) в А раз изображение марки, образующееся после прохождения пучком анаморфозной системы в прямом ходе, не претерпевает изменений в пространстве после отражения зеркалом и после прохождения в обратном ходе анаморфозной системы, увеличившись (или уменьшившись) в

А раз, приобретает вид исходной марки. В этом случае отсутствует изменение формы изображения и устройство непригодно для определения угла скручивания р, При любых других значениях а изображение марки, получившееся после двукратного прохождения анаморфозной системы, не имеет исходный вид. Полученное изменение формы изображения позволяет измеритьугол поворота р, При а=45 (фиг.1б,в), изображение марки, полученное после прохождения анаморфоэной системы, поворачивается зеркалом при отражении на 90О, благодаря чему достигается максимальное искажение формы изображения марки, 1728653

Рассмотрим схему предлагаемой отражательной системы (фиг,3), которая включает в себя свето возвращатель 1, установленную перед ним на половине его 5 входного зрачка телескопическую анаморфозную систему 2 и перекрывающее вторую половину входного зрачка световозвращателя двугранйое зеркало 3, ребро которого образует угол а с плоскостью действия ана- 10 морфозы системы 2.

Отражательная система работает следующим образом.

Параллельный пучок лучей, сформированный объективом автоколлиматора (не 15 показан), проходит анаморфозную систему

2, установленную на половине входного зрачка световозвращателя — стеклянного тетраэдра 1. При этом пучок изменяет угол расходимости в плоскости действия ана- 20 морфозы, совпадающей с плоскостью главного сечения клиньев анаморфозной системы. После отражения от световозвращателя пучок отражается прямым двугранным зеркалом 3, установленным на второй 25 половине входного зрачка световозвращателя.

Наибольший трансформирующий эффект достигается, когда ребро зеркала составляет угол 45 с плоскостью действия 30 анаморфозы, при этом плоскость пучка с измененным углом расходимости повернется на 90 (ортогонально плоскости действия анаморфозы), Затем пучок повторно отражается от световозвращателя и вновь про- 35 ходит анаморфозную систему, При этом также меняется угол расходимости пунка в плоскости действия анаморфозы. Однако вследствие отражения от двугранного зеркала второе изменение угла расходимости 40 пучка происходит в плоскости, ортогональной плоскости изменения расходимости IlOсле первого прохождения анаморфозной системы.

В результате пучок претерпевает суще- 45 ственное трансформирование, что определяет увеличение суммарного коэффициента анаморфозы. Это определяет высокую чувствительность к углу скручивания <руглоизмерительной системы, использующей 50 рассмотренную отражательную систему.

Для интервала pal(26,5; 63,5 ) статистическая характеристика угломера, использующего рассмотренную систему близка к линейной и определяется выражением 55

А

УМ

q) =0,5 arccos (), ц= Y-X, 1+A где Х и Y — размеры иэображения марки по осям ОХ и OY соответственно (фиг.1в);

А — коэффициент анаморфозы призменной анаморфозной системы.

Зависимость t =f(p) при А = 2 для разработанной отражательной системы приведена на фиг.2 (график 1).

Чувствительность для участка @<(26,5, 63,5 ) определяется выражением

+ А2 — = — 2 з!л2р.

dp А

Чувствительность прототипа при использовании в качестве информативного параметра значения

g= Y-Х=(А-1 cos2 р определяется выражением

= -2 (А - 1) sin2 р.

d p

Сравнивал эти выражения, имеют увеличение чувствительности при использовании предлагаемого отражателя в

1+A

А- — — - раа. Например, при А = 2 чуастаительность повышается в 2,5 раза (фиг,2).

Таким образом, предлагаемая отражательная система обладает более высокой чувствительностью и, следовательно, точностью по сравнению с прототипом. При этом сохраняется возможность ее использования при изменении дистанции до контролируемого объекта.

Формула изобретения

Отражательная система оптико-электронного устройства для измерения угла скручивания обьекта, содержащая приэменный световозвращатель в виде стеклянного тетраэдра и скрепленную с ним телескопическую анаморфозную систему в виде двух последовательно расположенных оптических клиньев, ориентированных в противоположные стороны, один иэ которых ориентирован к оптической оси, установленную на одной половине входного зрачка приэменного световозвращателя, о тл и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности, она снабжена двугранным зерка-. лом с прямым углом между отражающими плоскостями, установленным во второй половине входного зрачка призменного световозвращателя Й ориентированным относительно главного сечения телескопической анаморфозной системы так, что ребро двугранного зеркала составляет угол а Ф и) 90О, где m = 0,1,2 и т.д., с ним.

1728653

1728653

05 а

Составитель Д.Зубенко

Техред М.Моргентал Корректор M.Ujàðîøè

Редактор О.Головач

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1398 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5