Устройство для измерения угловых отклонений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения углового отклонения объекта. Целью изобретения является расширение номенклатуры контролируемых параметров за счет измерения также и угла скручивания. Объективы коллиматора формируют параллельные пучки лучей от светящихся марок 1 и 2, излучают последовательность импульсов, сдвинутых по фазе на 180°, и направляют их через призменный блок 5 на объектив приемника 6. На регистрирующем блоке 11 строятся изображения 12 и 13, совмещенные в исходном положении марок. Изображения 14 и 15 при работе не используются, с выходов регистрирующего блока 11 снимаются сигналы, пропорциональные смещениям, причем сигналы снимаются в порядке, согласованном с последовательностью излучаемых импульсов, светящимися марками 1 и 2. 5 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

А

Ф фь

i Qqj

|Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4806060/28 (22) 26,03.90 (46) 30.06.92. Бюл. Мт 24 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Г.В,Бреенков, Э.Д.Панков, А,К,Шаталин и С,Е,Смирнов (53) 531.741(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 781560, кл. 6 01 В 11/00, 1980, Авторское свидетельство СССР

М 565208, кл, G 01 В 11/26, 1917. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ОТКЛОНЕНИЙ ОБЬЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измереИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для измеоения углового отклонения объекта и может быть применено при эксплуатации, сборке и монтаже различных изделий.

Известно устройство для измерения трех угловых координат, содержащее осветитель, отражатель, закрепленный на объекте, прерыватель света, призму с боковыми зеркальными гранями, решетку, светочувствительный преобразователь, синхрогенератор и привод вращения призмы.

Недостатком данного устройства является сложность его конструкции и низкая точность, обусловленная использованием в нем вращающейся призмы.

„„ 43 „„1744454 А1 ния углового отклонения объекта. Целью изобретения является расширение номенклатуры контролируемых параметров за счет измерения также и угла скручивания. Объективы коллиматора формируют параллельные пучки лучей от светящихся марок 1 и 2, излучают последовательность импульсов, сдвинутых по фазе на 180, и направляют их через призменный блок 5 на объектив приемника 6. На регистрирующем блоке 11 строятся изображения 12 и 13, совмещенные в исходном положении марок, Изображения 14 и 15 при работе не используются, с выходов регистрирующего блока 11 снимаются сигналы, пропорциональные смещениям, причем сигналы снимаются в порядке, согласованном с последовател ьностью излучаемых импульсов, светящимися марками 1 и 2. 5 ил.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к изобретению является устройство, содержащее основание с размещенным на нем коллиматором, выполненным в виде объектива, и светящейся марки, расположенной в его фокальной плоскости, и приемник, устанавливаемый на объекте и выполненный в виде объектива и позиционно-чувствительного регистрирующего блока, размещенного в его фокальной плоскости, при этом отношение поперечного размера светящейся марки к разности размеров выходного зрачка объектива коллиматора и входного зрачка обьектива приемника равно отношению фокусного расстояния объектива коллима1744454 (2) тора к максимальной дальности работы устройства.

Измерение углов в устройстве осуществляется путем измерения смещения иэображения марки с помощью позиционно-чувствительного регистрирующего блока приемника, Недостатком данного устройства является то, что оно позволяет измерять только два угловых отклонения объекта (коллимационные углы), что ограничивает область его возможных применений.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения третьей угловой координаты (угла скручивания), что расширяет номенклатуру контролируемых параметров, Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве объектив коллиматора выполнен в виде двух объективов, пространственно разнесенных относительно оптической оси объектива приемника на равные расстояния, ориентированных так, что их оптические оси проходят через центр входного зрачка приемника и двух светящихся марок, каждая из которых установлена в фокальной плоскости перед соответствующим объективом. Оптический блок выполнен в виде трех прямоугольных призм, жестко скрепленных друг с другом таким образом, что две из них с равными гипотенузными гранями скреплены с соответствующими катетными гранями третьей призмы и образуют плоскопараллельную пластину, и с тремя отличными друг от друга показателями преломления материала. Оптический блок ориентирован таким образом, что гипотенузная грань третьей призмы перпендикулярна оптической оси объектива приемника и ребро, образованное катетными гранями, перпендикулярно плоскости, в которой расположены оптические оси объективов коллиматора, при этом величины смещений центров выходных зрачков обьективов коллиматора, расстояния L между коллиматором и приемником и коэффициенты преломления п1, п2 двух призм с равными гипотенузными гранями и пз, коэффициент преломления третьей призмы связаны соотношением

1 . пз . o .. n2 о

arctg —,= arcsin — sin(45 - arcsin — sin 45 ) п1 пэ (1)

При указанном выполнении устройства появляется возможность измерения третьей угловой координаты (угла скручивания), что расширяет номенклатуру контролируемых параметров.

На фиг.1 приведена принципиальная оптическая схема устройства; на фиг,2 — схема призменного блока; на фиг.3 — 5 — схемы, поясняющие принцип действия устройства.

Устройство включает(фиг.1) светящиеся марки 1 и 2, расположенные в фокальных плоскостях объективов 3 и 4 коллиматора, размещенной на основании (на чертеже не показано), призменный блок 5, установленный перед обьективом приемника, состоящий из двух симметричных прямоугольных призм 7 и 8, склеенных гипотенузными гранями с катетными гранями прямоугольной призмы 9 и образующих плоскопараллельную пластину, причем призмы 7 — 9 выполнены иэ оптических материалов с различными показателями преломления п1, nz и пэ, соответственно. Г .-ри этом квадратная гипотенузная грань призмы 9 перпендикулярна оптической оси объектива 10 приемника, ребро, образованное катетными гранями, перпендикулярно плоскости, проходящей через оптические оси объективов коллиматора 3,4.

В фокальной плоскости объектива приемника 10 размещен позиционно-чувствительный регистрирующий блок 11, Центры входных зрачков объективов 3,4 коллиматора смещены на одинаковые величины относительно оптической оси объектива 10 приемника, в плоскости главного сечения призменного блока 5 (фиг.1), который совместно с обьективом приемника 10 и позиционно-чувствительным регистрирующим блоком 11 размещаются на обьекте, положение которого контролируется (на чертеже не показан), Объект имеет воэможность поворота вокруг осей х.,у,z на углы px, pr, pz соответствен но.

Устройство работает следующим обраЗом, Объективы коллиматора 3,4 формируют параллельные пучки лучей от светящихся марок 1 и 2, излучают последовательность импульсов, сдвинутых по фазе на 180О, и направляют их через призменный блок 5 на объектив приемника 10, На позиционно-чувствительном регистрирующем блоке 11 строятся изображения 12 и 13 (совмещенные в исходном положении) марок 1 и 2.

Изображения 14 и 15 при работе не используются.

Центры изображенияй марок при угловом повороте pz (угол скручивания) приемника (фиг.2, фиг.3) смещаются относительно нулевого положения в противоположные стороны на расстояние

Y = Y1+y2

1744454

40 (6) У1 Уг

2fz px

Х г (7) Y

+ pz

21 (8) Расчетные показатели зависимостей (6,7,8) угловых отклонений объекта справед50 ливы при построении схемы устройства со следующими соотношениями параметров (фиг.5) 1 — D2

2tg22 (9) 55 где L — максимальная дальность работы устройства; где У1 и У2 — текущие смещения центров изображений 11 и 12 марок 1 и 2 (фиг.1), соответственно, при угле повороте pz no часовой стрелке; Y — текущее суммарное расстояние между центрами изображений марок. 5

С выходов позиционно-чувствительного регистрирующего блока снимаются сигналы, пропорциональные смещениям У1 и

Yz, причем сигналы снимаются в порядке, согласован ном последова тел ьностью излу- 10 чаемых импульсов светящимися марками 1 и 2, т,е. вначале У1 и Уг .

Измеряемый угол поворота г может быть вычислен согласно зависимости:

У1+ Уг Y 15

+. pz = агсз п = arcsin — (3)

2I 2I где I — величина смещений центров выходных зрачков объективов коллиматора 3,4.

Коллимационный угол поворота рх (фиг.4) вычисляется следующим образом: 20 px = arctg

У1+У2

22 (4) где fz — фокусное расстояние объектива приемника (фиг.5).

Коллимационный угол поворота 25 ру (фиг.4) вычисляется следующим образом:

Х, +Xz Х

+- py = arctg -- - — = arctg — (5)

2f2 5 где Х1 и Хг смещения изображения марок

1 и 2, при этом сигналы им пропорциональные снимаются с выходов позиционно-чувствительного регистрирующего блока аналогичным образом и в атой же последователь«ости, как и при вычислении угла поворота pz, т.е. вначале Х1, затем Xz.

Для малых угловых отклонений объекта формулы 3,4,5 можно упростить

D1, Dz — диаметры выходных и входных зрачков объективов коллиматора и приемника, соответственно; 2 P — максимальное угловое поле объективов коллиматора.

2 а = 2агсщ —, I

f1 (10)

2! — расстояние между центрами выходных зрачков объективов, коллиматора 3,4;

f1 — фокусное расстояние идентичных объективов коллиматора; а — угол отклонения пучков лучей после прохождения призменного блока (фиг.2б); а arctg — = arcsln — sin(45 - arsin — sin45 ), I пз о п2

L n1 пз

Простота построения схемы при однозначности вычислений трех угловых координат, причем с одного информативного поля, выгодно отличает это устройство с позиции надежности построения схемы и простоты алгоритма вычисления по сравнению с известными устройствами, предназначенными для измерения трех угловых отклонений.

Формула изобретения устройство pi<я измерения угловых отклонений объекта, содержащее последовательно расположенные основание с размещенным на нем коллиматором, и приемник, выполненный в виде последовательно уста новлен н ых объектива и позиционно-чувствительного блока, о т л и ча ю щ е е с я тем, что, с целью расширения номенклатуры контролируемых параметров за счет измерения также и угла скручивания, коллиматор выполнен в виде двух обьективов, пространство разнесенных относительно оптической оси обьектива приемника на равные расстояния, ориентированных так, что их оптические оси проходят через центо входного зрачка приемника и двух светящихся марок, каждая из которых установлена в фокальной плоскости перед соответствующим обьективом, оптический блок выполнен в виде трех прямоугольных призм, жестко скрепленных друг с другом таким образом, что две из них.с равными гипотенузными гранями скреплены с соответствующими катетными гранями третьей призмы и образуют плоскопараллельную пластину, и с тремя отличными друг от друга показателями преломления материалов, оптически блок ориентирован таким образом, что гипотенузная грань третьей призмы перпендикулярна оптической оси объекта приемника и ребро, образованное катетными гранями, перпендикулярно плоскости, в которой расположены оптические оси объектов коллиматора, а расстояние 2I между

1744454 г

Г, V21 центрами входных зрачков объективов коллиматора определяют из соотношения

arctg — = arcsin — sin(45 - arsln — sin45 ), I . Пз р п2

L n1 пз где L — расстояние между коллиматором и приемником; п1, nz — коэффициенты преломления двух призм с равными гипотенузами гранями; пз — коэффициент преломления

5 третьей призмы.

1744454

1744454

Составитель Э.Панков

Редактор Л.Народная Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 2186 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, yn,Гагарина, 101