Устройство для измерения дальности

 

Использование: техника линейных измерений, в частности при контроле линейных размеров тоннельных сооружений в линиях метрополитенов. Сущность изобретения: устройство для измерения дальности содержит блок подсветки, состоящий из последовательно установленных и оптически сопряженных лазера 1 и фокусирующей системы в виде одномерной фазовой пластины 2, размещенной на поворотном узле 3, приемный оптический блок, состоящий из последовательно установленных и оптически сопряженных фокусирующей системы в виде одновременной фазовой пластины 4, размещенной на поворотном узле 5, и позиционно чувствительного фотоприемника 7. Поворотные узлы 3,5 синхронизированны по углу поворота с помощью синхронизатора 6. Выход фотоприемника 7 соединен с входом блока обработки и выдачи данных о дальности 8 до объекта. 2 ил.

Изобретение относится к технике линейных измерений и может быть использовано для контроля линейных размеров тоннельных сооружений в строящихся и эксплуатируемых линиях метрополитена.

Известно устройство для измерения дальности, содержащее неподвижно закрепленные блок подсветки с последовательно расположенными вдоль оптической оси лазером, отклоняющей системой, полупрозрачным зеркалом и размещенной на линии отраженного от зеркала луча системой фотоприемников, электрически связанной с электронным блоком обработки и выдачи данных о дальности до объекта, и приемный оптический блок с последовательно расположенными вдоль его оптической оси щелевой диафрагмой, фокусирующей линзой, щелевой диафрагмой и фотоприемником, электрически связанным с блоком обработки и выдачи данных о дальности до объекта.

Недостатком данного устройства является то, что при удалении объекта от сопряженной с фотоприемником точки на оптической оси приемного оптического блока из-за увеличения размеров светового потока в плоскости фотоприемника снижается точность определения момента времени нахождения центра сканирующего луча в сопряженной точке на поверхности объекта. Кроме того, на больших расстояниях существенно сказывается расходимость лазерного луча, что приводит к увеличению размеров светового пятна на поверхности объекта и, как следствие, к снижению точности определения момента пересечения центра луча сопряженной точки на поверхности объекта и в конечном счете к снижению точности измерений дальности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения дальности, содержащее неподвижно закрепленные блок подсветки с последовательно расположенными вдоль его оптической оси приемной фокусирующей линзой и позиционно-чувствительным фотоприемником, поверхность которого оптически сопряжена с помощью линзы с точкой поверхности объекта, находящейся на оптической оси приемного оптического блока, фотоприемник которого электрически связан с электронным блоком обработки и выдачи данных о дальности до объекта.

Недостатком данного устройства является то, что при удалении вдоль оптической оси контролируемой области поверхности объекта от плоскости, оптически сопряженной с плоскостью позиционно-чувствительного фотоприемника, из-за расфокусировки луча на поверхности объекта и ухудшения условий оптического сопряжения снижается точность определения углового положения контролируемой области приемным оптическим блоком, а следовательно, снижается точность измерений.

Изобретение направлено на повышение точности измерений дальности.

Для этого в устройстве для измерения дальности, содержащем блок подсветки, состоящий из последовательно установленных и оптически сопряженных источника излучения и фокусирующей системы, приемный блок, состоящий из последовательно установленных и оптически сопряженных приемной фокусирующей системы и позиционно-чувствительного фотоприемника, а также блок обработки и выдачи данных о дальности до объекта, вход которого соединен с выходом позиционно-чувствительного фотоприемника, фокусирующая система блока подсветки и приемная фокусирующая система выполнены в виде первой и второй одномерных фазовых пластин соответственно, размещенных на первом и втором поворотных узлах, причем оси вращения первой и второй фазовых одномерных пластин перпендикулярны плоскости, образованной оптическими осями блока подсветки и приемного блока, введен блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым поворотными узлами, а в качестве источника излучения использован лазер.

На фиг.1 представлена схема устройства для измерения дальности; на фиг.2 схема крепления фазовых пластин на поворотных узлах.

Устройство содержит блок подсветки, состоящий из последовательно установленных и оптически сопряженных лазера 1 и фокусирующей системы, выполненной в виде одномерной фазовой пластины 2 и размещенной на поворотном узле 3, и приемный оптический блок, состоящий из последовательно установленных и оптически сопряженных фокусирующей системы, выполненной в виде одномерной фазовой пластины 4 и размещенной на поворотном узле 5, который синхронизирован по углу поворота с поворотным узлом 3 с помощью блока синхронизации 6, и позиционно-чувствительного фотоприемника 7. Позиционно-чувствительный фотоприемник 7 электрически связан с электронным блоком 8 обработки и выдачи данных о дальности до объекта 9.

Фазовые пластины 2 и 4 размещены на поворотных узлах 3 и 5 так, что ось вращения фазовых пластин 2 и 4 перпендикулярна плоскости, образуемой оптическими осями блока подсветки и приемного оптического блока.

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 1 попадает на одномерную фазовую пластину 2, непрерывно вращаемую поворотным узлом 3. При этом вдоль оптической оси блока подсветки с помощью вращающейся пластины 2 формируется световая линия, ориентированная перпендикулярно плоскости, образованной оптическими осями блока подсветки и приемного оптического блока. Одновременно с поворотом пластины 3 изменяется ее фокус, а следовательно, непрерывно изменяется положение световой линии вдоль оптической оси блока подсветки.

С помощью одномерной фазовой пластины 4, размещенной на поворотном узле 5 аналогично пластине 2, четкое изображение световой линии формируется в плоскости позиционно-чувствительного фотоприемника 7. Непрерывное оптическое сопряжение формируемой световой линии с плоскостью фотоприемника 7 достигается с помощью блока синхронизации 6 путем синхронизации по углу поворот поворотных узлов 3 и 5. Электрический сигнал с фотоприемника 7 поступает в электронный блок 8 обработки и выдачи данных о дальности до объекта 9, непрерывно определяющий центр тяжести и ширину изображения световой линии. В момент времени, когда световая линия фокусируется на поверхности объекта 9, а ее изображение переносится на поверхность фотоприемника 7, что соответствует минимуму ширины изображения световой линии, определяется угловое положение контролируемой области на поверхности объекта 9 и по нему определяется дальность до объекта 9.

Предусматриваемое изобретением использование вращаемых одномерных фазовых пластин 2 и 4 позволяет получить в момент измерений на поверхности объекта 9 и на фотоприемнике 7 световую линию с минимальной шириной, определяемой практически апертурой фокусирующей системы 2 и 4, в силу чего обеспечивается повышение точности определения углового положения контролируемой области поверхности объекта 9 и, следовательно, повышение точности измерения дальности.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ, содержащее блок подсветки, состоящий из последовательно установленных и оптически сопряженных источника излучения и фокусирующей системы, приемный блок, состоящий из последовательно установленных и оптически сопряженных приемной фокусирующей системы и позиционно-чувствительного фотоприемника, а также блок обработки и выдачи данных о дальности до объекта, вход которого соединен с выходом позиционно-чувствительного фотоприемника, отличающееся тем, что фокусирующая система блока подсветки и приемная фокусирующая система выполнена в виде первой и второй одномерных фазовых пластин соответственно, размещенных на первом и втором поворотных узлах, причем оси вращения первой и второй фазовых одномерных пластин перпендикулярны к плоскости, образованной оптическими осями блока подсветки и приемного блока, введен блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым поворотными узлами, а в качестве источника излучения использован лазер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2