Оптико-электронное устройство измерения линейных размеров

.ЯО 19 Я 863 А З(50 С 01 В 11/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения АН СССР(56) 1. Патент США 9 3806251. 2. Е.Н.Богомолов и др. Оптико- электронная система измерения размеров движущихся объектов на основе рассеяния световых волн,-"Автометрия", 1981, Р 1, с, 55,(54)(57) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНКХ РАЗМЕРОВ, содержащее источник когерентного излучения и последовательноустановленные по ходу излучения формирователь интерференционных полос,и светоделитель, формирующий два световых пучка, два Фотоприемника, каждый из которых установлен в одном из световых пучков, и блок обработки, электрически связанный с фотоприемниками, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено амплитудным фильтром, установленным в одном из двух световых пучков между светоделителем и Фотоприемником, двумя усилителями, один из которых имеет регулируемый коэф фициент усиления, и дифференциальным усилителем, каждый иэ двух входов которого электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей, выход дифференциального усилителя подключен к входу блока обработки, а вход каждого из усилителей - к выходу соответственно одно" Св.Изобретение относится к электронно-измерительной. технике и может быть использовано для контроля и измерения размеров объектов в маши " ностроении, приборостроении и других отраслях.5Известно устройство для измерения линейных размеров, содержащее когерентный источник излучения, двухканапьный осветительный блок, эталонный объект, фотоприемный блок, 10 фаэочувствительный детектор и сервопривод 1.Однако устройство характеризуется недостаточно высокой точностью измерения иэ-за погрешности, воэ" 15 никающей вследствие взаимных смещений контролируемого и измеряемого объектов.Наиболее близким к предлагаемому является оптико-электронное устройство измерения линейных размеров, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения формирователь интерференционных полос оптический Фурье-преобразователь и светоделитель, формирующий два световых пучка, два фотоприемника, каждый иэ которых установлен в одном иэ световых пучков, и блок обра" ботки, электрически связанный с фотоприемниками 2Недостатком известного устройства является пониженная точность измерения вследствие погрешностей, возникающих иэ-за дифракционного раз мытии изображения объекта и конечиого размера входной диафрагмы, а также из-.эа фазовых сбоев, причиной которых является наложение сигналов от передней и задней границ объекта. 4 О Цель изобретения - повышение точ-ности измерений.Поставленная цель достигается тем, что оптико-электронное устройство измерения линейных размеров, содер" жащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения формирователь интерференционных полос, оптический Фурье-преобразователь и светоделитель, формирующий два световых пучка, два фотоприемника, каждый из которых установлен в одном иэ световых пучков, и блок обработки, элект рически связанный с фотоприемниками, снабжено амплитудным фильтром, установленным в одном иэ двух световых пучков между светоделителем и фотоприемником, двумя усилителями, один иэ которых имеет регулируемый коэф- бО фициент усиления, и дифференциальным усилителем, каждый из двух вхо" дов которого электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей, выход дифференциального усилителя подключен ко входу блока обработки, а вход каждого из усилителей - к выходу соответственно одного из фотоприемников.На чертеже представлена схема оптико-электронного устройства измерения линейных размеров.Устройство содержит источник 1 когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения формирователь 2 интерференционных полос, оптический Фурье- преобразователь 3 и светоделитель 4, формирующий два световых пучка, два фотоприемника 5 и б, каждый из которых установлен в одном из световых пучков, амплитудный фильтр 7, установленный в одном из двух световых пучков между светоделителем 4 и фотоприемником б, два усилителя 8 и 9, один из которых имеет регулируемый коэффициент усиления, дифференциальный усилитель 10, каждый из двух входов которого электрически связан с выходом соответственно одного из усилителей 8 и 9, и блок 11 обработки, электрическисвязанный с фотоприемниками, выходдифференциального усилителя 10 подключен к входу блока 11 обработки, а вход каждого из усилителей 8 и 9 к выходу соответственно одного из фотоприемников 5 и б, Контролируемый объект 12 помещается в интерференционном поле между формирователем 2 и Фурье-преобразователем 3.Устройство работает следующим образом.Источник 1 когерентного излучения и формирователь 2 формируют зондирующее интерференционнде поле прямоугольной формы с известными размерами и пространственно-временной структурой, образуемой движущимися с известной скоростью интерференционными полосами, Скорость движения интерференционных полос пропорциональна заданной разности частот Й интерФеренцирующих пучков:ЛЯ. Ч= щ где .6 - период интерференционных полос.В зондирующем поле в направлении, ортогональном направлению интерференционных полос, движется со скоростью Ч измеряемый объект 12 размером Ь В пространственно-частотной плоскости фурье-преобразователя 3 формируется пространственно-частотный спектр поля, рассеянного измеряемым объектом 12, Это поле представляет собой суперпоэицию световых волн, ,рассеянных передней и задней кромками объекта 12. Интенсивность реЗаказ 7533/38 Тираж 602 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППЯ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Гзультирующего интерференционного поля содержит низкочастотный пьедестал и две высокочастотные составляющие, спектр которых лежит в окрестности частотый . Первая иэ них 1, называемая некогерентной, представляет собой суперпозицию двух компо нент, одна из которых образована .оптичж;ким смещением световых пуч-; ков,дифрагированных на передней кром-.- ке объекта, а вторая - световыми 10 пучками, дифрагированными на задней кромке. Некогерентная составляющая является обычной для сигнала в дифференциальных схемах лазерных доплеровских анемометров. 15Вторая составляющая сигнала 1 к, называемая когерентной, образована в результате интерференции световых волн, одновременно рассеянных на кромках объекта 12 от разноименных подающих пучков. В отличие отсоставляющая )х имеет периодический характер распределения в плоскости пространственных частот, Пространственный период Л х этого распределения определяется углом дифракции А/Ь где А - длина световой волны;Р - фокусное расстояние фурьепреобразователя 3.Амплитудный Фильтр 7 с периодической функцией пропускания установлен в плоскости пространственных частот перед фотоприемником 6 так, чтобы 35 обеспечить наилучшее выделение когерентной составляющей сигнала. При этом на выходе фотоприемника б формируется высокочастотный электрический сигнал, пропорциональный сумме 4 О когерентной и некогерентной составляющих. Поскольку перед фотоприемником 5 нет периодического Фильтра с его выхода снимается высокочастотный электрический сигнал пропорцио нальный только некогерентной составляющей, Коэффициенты усиления одного из высокочастотных усилителей .8 и 9 регулируют с тем, чтобы амплитуды их выходных сигналов, образованных некогерентной составляющей, были равны между собой. Тогда на выходе дифференциального усилителя 10 образуется электрический сигнал, определяемый только когерентной составляющей. В блоке 11 обработки иэ выходного сигнала усилителя 10 формируется последовательность счетных импульсов. Длина этой последовательности определяется временным интервалом Т, в течение которых передняя и задняя кромки объекта 12 одновременно находятся в пределах зондирующего интерференционного поля:=-л-Югде 2 Г - протяженность интерференционного поля. Размер о контролируемого объекта 12 определяется из этого выражения в виде Значение ЧТ определяется блоком 11 обработки как произведение периода Л интерференционных полос на длительность Г последовательности счетных импульсов и их частоту Й:чт=кс %В зависимости от соотношения значений периода Л амплитудного фильтра 7 и периода Л интерференциониых полос может быть реализован режим измерения или режим допускового контроля.При использовании в качестве объекта линейной или круговой штриховой,меры устройство позволяет измерить линейное или угловое перемещение объекта.Таким образом, введение в оптико-электронное устройство измерения линейных размеров амплитудного ФИльт" ра, двум усилителей, один из которых имеет регулируемый коэффициент усиления, и дифференциального уси лителя, установленных описанным образом, позволяет повысить точность измерения,