Фотоэлектрический отсчетный микроскоп

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Саюз Советсюа

Сецнаимстнческих

Ресиублни

<1 > 741 О42 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 020475 (21) 2120657/18-28 (51)М. Кл. с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

О Oj В 11/00

Государственный коиитет

СССР по делан изобретений и открытий

Опубликовано 150680. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 180680 (53) УДК 531.715. .27(088 ° 8) (72) Авторы изобретения

О.Е. Шорников и A. ° Сергеев (71) Заявитель

Казанский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОТСЧЕТНЫИ МИКРОСКОП

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в астрономии, геодезии, метроло гии, оптико-механической промышленностии, 5

Известно устройство, предназначенное для измерения расстояний между некоторым нуль-пунктом и ближайшим к нему штрихом отсчитываемой шкалы.

Оно содержит собственно фотоэлектри- 10 ческий микроскоп, привод микроскопа, ° измеритель перемещений микроскопа.

Микроскоп содержит объектив и узел фотоэлектрического визирования. Визирный узел располагается в плоскос- 15 ти иэображений штрихов, которые строятся объективом, и содержит щелевую диафрагму, светоделительный блок, фотоприемник с линзой Фабри и нульиндикатор. Между светоделительным 20 блоком и линзой Фабри установлен модулятор, который поочередно перекры-. вает разделенные потоки. Нуль-индиxàòoð сравнивает сигналы и, если штрих делится несимметрично, выдает 25 сигналы рассогласования (11.

Недостатками устройства являются сложность виэирующего узла и пониженное быстродействие, что обусловленно наличием модулятора. 30

Наиболее близким по технической . Ущности к изобретению являетоя фотоэлектрический отсчетный микроскоп, в котором наводка на середину штриха производится одноканальным фотоприеМником беэ модулятора при помощи логической обработки сигналов ° Устройство содержит узел формирования изо.бражения штрихов, сканирующий узел с фотоприемником и амплитудный,дискриминатор, один вход которого соединен с выходом фотоприемника сканирующего узла, блок задания нуль-пункта, измеритель перемещений сканирующего узла, распределитель импульсов, входы которого соединены с выходами блока задания нуль-пункта, измерителя пермещений сканирующего узла и амплитудного дискриминатора, и схему регистрации, соединенную с выходом распределителя импульсов (2).

Этот микроскоп имеет недостаток— плавание относительной .величины уровня дискриминации сигнала со сканирующего фотоприемника. Дискриминация здесь происходит по фиксированному уровню а ряд факторов таких, как старение лампы осветителя, неодинаковость амплитуды штрихов и коэффициента отражения на разных участках шка741042

30

50

5S

65 лы, температурные дрейфы фотоприемника и усилителя, приводят к изменению амплитуды сигнала со сканирующего фотоприемника и, следовательно, к изменению относительного уровня дискриминации. При этом возможны потери штрихов, если амплитуда сигнала с фотоприемника меньше уровня дискриминации, или появление ложных импульсов с выхода дискриминатора от пылинок и других помех на шкале при низком уровне дискриминации. Кроме того, изменение относительного уровня дискриминации от отсчета к отсчету снижает точность измерений, поскольку штрихи шкалы не являются строго симметричными.

Целью настоящего изобретения является повышение точности отсчета.

Укаэанная цель достигается тем, что микроскоп снабжен блоком автоматической установки уровня дискриминации, включенным между выходом фотоприемника сканирующего узла и вторым входом амплитудного дискриминатора.

Блок автоматической установки уровня дискриминации выполнен в виде схем выделения максимального и минимального напряжения, входы которых соединены с выходом фотоприемника сканирующего узла, и резисторного делителя, плечи которого соединены с выходами схем выделения максимального и минимального напряжения, а средняя точка — с вторым входом амплитудного дискриминатора.

Измеритель перемещений сканирующего узла выполнен в виде последовательно соединенных растрового преобразователя перемещений и генератора заполняющих импульсов со схемой автоподстройки частоты.

Схема автоподстройки частоты генератора заполняющих импульсов выполнена в виде фазового детектора и делителя частоты, вход делителя частоты соединен с выходом генератора заполняющих импульсов, один вход фазового детектора соединен с выходом растрового преобразователя перемещений, второй — c выходом делителя частоты, а выход — с управляющим входом генератора заполняющих импульсов.

На,чертеже представлена схема микроскопа.

Фотоэлектрический отсчетный микроскоп содержит объектив 1, сканирующий узел 2 со целевой диафрагмой

3 и фотоприемником 4, который соединен с одним входом амплитудного дискриминатора 5, выход которого подключен к селектору б импульсов. На селектор поступают также заполняющие импульсы от измерителя 7 перемещений сканирующего узла 2 и импульс от блока 8 заданий нуль-пункта. Импульсы с распределителя поступают в схему 9 счета и регистрации.

Реверсивный привод 10 кинематически связан со сканирующим узлом 2. Между выходом фотоприемника 4 сканирующего узла 2 и вторым входом амплитудного дискриминатора 5 включен блок 11 автоматической устаиовки уровня дискриминации, в состав которого входят схема 12 выделения максимального напряжения, схема 13 выделения минимального напряжения и делитель на резисторах 14 и 15. Назначение этого узла в том, чтобы формировать для дискриминатора 5 пороговое напряжение, равное приблизительно половине амплитуды дискриминируемого импульса, независимо от абсолютного значения этой амплитуды.

Измеритель 7 перемещений сканирующего узла 2 содержит растровый преобразователь 16 перемещений, управляемый генератор 17 импульсов, делитель 18 частоты и фазовый детектор

19. Выход растрового преобразователя

16 соединен с одним входом фазового детектора 19, выход которого подключен к управляющему входу генератора

17 импульсов. Импульсы с выхода генератора поступают в селектор б и на вход делителя 18 частоты. Выход делителя подключен к второму входу фазового детектора 19..

Устройство работает следующим образом.

При сканировании привод 10 так воздействует на сканирующий узел 2, что изображения штрихов относительно целевой диафрагмы 3 перемещаю тс я.

При совпадении штриха со щелью на выходе фотоприемника 4 возникает всплеск фототока в виде колоколообразного импульса. С помощью амплитудного дискриминатора 5 из этого импульса формируется прямоугольный импульс — аналог штриха. Кроме того, при сканировании измеритель перемещений 7 сканирующего узла 2 выдает заполняющие импульсы, частота следования которых пропорциональна скорости сканирования. Узел 8 задания нульпункта выдает прямоугольный импульс, ширина которого равна ширине сканируемого поля. Селектор б импульсов пропускает заполняющие импульсы в счетчик схемы счета и регистрации от переднего фронта импульса нуль-пункта до переднего фронта импульса-аналога штриха с одним знаком и от заднего фронта импульса - аналога штриха до заднего фронта импулЬса нуль-пункта — с другим знаком. Полученное таким образом число импульсов в счетчике пропорционально расстоянию от середины штриха до середины сканирующего поля, которая и является нульпунктом устройства..Перед измерениями надо разрядить конденсаторы в схемах 12 и 13 и совершить калибровочный ход сканирующей щели. После этого на конденсаторе схемы 12 будет храниться максимальное напряжение сигнала, соответствующее вершине штриха, а в схеме 13 — минимальное, 741042 соответствующее его основанию. Со средней точки делителя на резисторах 14 и 15 на второй вход дискриминатора 5 поступит пороговое напряжение, так что при возвратном перемещении диафрагмы 3 дискриминатором 5 будет сформирован прямоугольный импульс, ширина которого будет равна ширине штриха на уровне половины его амплитуды независимо от ее величины.

Прй движении диафрагмы 3 растровый преобразователь 16 выдает импульсы, частота которых пропорциональна скорости сканирования. Период следования их в фазовом детекторе 19 сравнивается с периодом серии импульсов, выдаваемых делителем 18 частоты, и сигнал рассогласования, вырабатываемый фазовым детектором 19, управляет частотой генератора 17 заполняющих импульсов так, что разность периодов сравниваемых .серий импульсов сводится к нулю. Таким образом, фазовый детектор 19 и делитель 18 частоты образует схему автоподстройки частоты генератора 17 импульсов.

Предложенное устройство по сравне- 2з нию с известными устройствами подобного типа имеет более высокую точность и помехоустойчивость и сохраняет их в широком интервале температур потому, что относительный уро- 30 вень дискриминации штриха постоянен, не зависит оТ температурных и временных дрейфов фотоприемника,, усилителей, осветителя и мало зависит от качества отсчитываемой шкалы. Использова- 35 ние фотоэлектрического микроскопа в астрономии, геодезии, метрологии и оптико-механической промышленности позволит сократить время измерений, повысить точность и надежность результатов.

Формул а и э обре т е ни я

1. Фотоэлектрический отсчетный

45 микроскоп, содержащий узел формирования иэображения штрихов, сканирующий узел с фотоприемником, амплитудный дискриминатор, один вход которого соединен с выходом фотоприемника сканирующего узла, блок задания нуль-пункта, измеритель перемещений сканирующего узла, распределитель импульсов, входы которого соединены с выходами блока задания нуль-пункта, измерителя пермещений сканирующего узла и амплитудного дискриминатора, и схему регистрации, соединенную с выходом распределителя импульсов, отличающийся тем, что с целью повышения точности отсчета, он снабжен блоком автоматической установки уровня дискриминации, включенным между выходом фотоприемника сканирующего узла и вторым входом амплитудного дискриминатора.

2. Микроскоп по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок автоматической установки уровня дискриминации выполнен в виде схем выделения максимального и минимального напряжения, входы которых соединены с выходом фотоприемника сканирующего узла, и резисторного делителя, плечи которого соединены с выходами схем выделения максимального и минимального напряжения, а средняя точка — с вторым входом амплитудного дискриминатора.

3. Микроскоп по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения технологичности, измеритель перемещений сканирующего узла выполнен в виде последовательно соединенных растрового преобразователя перемещений и генератора заполняющих импульсов со схемой автоподстройки частоты.

4. Микроскоп по п. 3, о т л и ч а ю щ и- и с я,тем, что схема автоподстройки частоты генератора заполняющих импульсов выполнена в виде фазового детектора и делителя частоты, вход делителя частоты соединен с выходом генератора заполняющих импульсов, один вход фазового детектора соединен с выходом растрового преобразователя перемещений, второй— с выходом делителя частоты, а выход— с управляющим входом генератора заполняющих импульсов .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Новая техника в астрономии, Ленинград, Наука, 1970, с. 133.

2, Акцептованная заявка Великобритании 9 1301626, кл. G 01 В 9/04, G 0l В 27/00, 1973 (прототип).

741042. Тираж 801 Подписное 1НИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Заказ 3186/39

1.Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А. Куликов

Редактор Н. Аристова Техред A.Êóëèêîâñêàÿ Корректор E. Папп