Устройство для измерения угловых перемещений

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ив С О 1 В 11/26 БРЕТЕНИЯ,(21) 3402354/25"28(72 ) И д. Бондаренко и Е.П . Колик (71) белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В.И. Ленина(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее источник излучения и оптически связанные светоделитель, объектив и уголко", вый отражатель, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с двумя двугранными углами, имеющими отступления от 90 в с нанесенным на его переднюю грань час щим покрытием, установ ду излучения от отража ционно-чувствительных ка, один из которых см тельно оптической оси измеритель, входы кото ны с выходами фотоприе л и ч а ю щ е е с я т лью измерения также и мещений, оно снабжено уголковым отражателем, в виде прямоугольного навливаемого на объект новным уголковым отраж его передней гранью, и установ" ти объекных фотос основ ески с ными фотоприемниками и в фокальной плоско каждый из дополнител иков оптически связа ражателем и элект нител ленны тива, прием ным о ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С 8 тично отражаю- ленные по хотеля два пози" фотоприемниещвн относи" устройства, и рого соединемников, о тем, что, с це". линейных пере- дополнительнымвыполненным триэдра, устае соосно с ос"ателем, передтремя дополИзобретение отйосится к измери" тельной технике и может использовать ся для измерения углов поворота и пространственного положения объектав машино" и приборостроении.Известно устройство для измерения .угловых перемещений, содержащее на одном объекте источник излучения, объектив и два позиционно-чувствительных фотоприемника, а на другомобъекте - уголковый отражатель с час тицно отражающей фронтальной гра. нью 111.Недостатком этого устройства является невозможность определения всех степеней свободы контролируемо" го объекта, т.е. оно не позволяет . измерять угловые отклонения относительно оптической оси (углы скручи" вания) и линейные смещения вдоль нее,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения угловых пере" мещений, содержащее источник излучения и оптически связанные светодели" тель, объектив и уголковый, отражатель, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с двумя дву" гранными углами, имеющими отступления от 90 ф, и с нанесенным на его переднюю грань частично отражающим покрытием, установленные по ходу иэ" лучения от отражателя два позиционно-чувствительных Фотоприемника (ПЧФП ), один иэ которых смещен относительно оптической оси устройства, и измеритель, входы которого соединены с выходами фотоприемников 121.Недостатком известного устройства является невозможность определения также и линейных перемещений контролируемого объекта. Цель изобретения " измерение также и линейных перемещений;Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения угловых перемещений снабжено дополнительным уголковым отражателем, выполненным в виде прямоугольного триэдра, устанавливаемого на объекте соосно с ос" новным уголковым отражателем, перед его передней гранью, и тремя дополнительными фотоприемниками, установленными в фокальной плоскости объектива, каждый из дополнительных фотоприемников оптически связан с основным отражателем и электрически с измерителем. 1На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства,Устройство содержит источник 1излучения и последовательно располо 5 женные по ходу излучения светоделитель 2, объектив 3, уголковые отражатели 4 и 5, установленные сооснои скрепляемые с контролируемым объектом (не показан), позиционно-чувствительные Фотоприемники 6, 7 и фотоприемники 8- 10,: установленные в фо"кальной плоскости объектива, каждыйиз которых оптически связан с однимиз направлений излучения, отражен 5 ного от уголковых отражателей, иизмеритель 11.Уголковый отражатель 4 выполненв виде прямоугольного триэдра, ауголковый отражатель 5 выполнен с20 двумя двугранными углами, имеющимиотступления от 909, например углымежду отражающими гранями АОВ-АОС иАОС-ВОС имеют одинаковую величинуотступления от. прямого угла. Навходной грани уголкового отражателя5 нанесено частично отражающее покры-"тие и ее апертура больае входномапертуры уголкового отражателя 4.Устройство работает следующим об 30 разом,Излучение от источника 1, пройдясветоделитель 2 й объектив 3, выхо"дит из него коллимированным пучкомв направлении уголковых отражателейз 5 4 и 51 которые жестко скреплены сконтролируемым объектом (не показан)Излучение отражается от уголковыхФотражателей 1 и 5 и направляется вобъектив 3, в фокальной плоскости ко 40 торого установлены фотоприемники .6-10,.по информации с которых с помощью измерителя 11 определяются уг"ловые развороты и линейные смещенияконтролируемого объекта. Уголковый45 отражатель 5 позволяет сформироватьнесколько .световых пучков за счетдефектности изготовления двух прямыхуглов при отраждйии от него коллими-рованного излучения. Отражатель 55 О формирует четыре отраженных пучка,распространяющихся попарно симметрично относительно оптической оси уст"ройства в плоскостях Х 02 и УОЕ. Этипучки при соответствующем выборе от 55клонений двугранных углов от 90 от-.Оражвтеля 5 возвращаются в объектив3 Формируя в его фокальной плоскос"ти четыре автоколлимационных изобра"жения 12-15, Изображенйя 12 и 133 10247 смещены относительно оптицеской оси объектива вдоль оси ОХ, а изображе" ния 14 и 15 - вдоль оси ОТ на одинаковые угловые. расстояния в соответствии с величиной отклонения двугранных углов отражателя 5 от прямого угла. Координаты изображений 12-15 не зависят от малых поворотов отражателя 5 относительно коллимационных осей ОХ и ОУ, а изменяются только 1 О при поворотах отражателя 5 относи" тельно оси визирования ОЕ автокол" лимационные изображения синхронно поворачиваются в Фокальной плоскости относительно оптической оси объектива), Фиксируя смещение одного из . изображений, например иэображения 12, вдоль оси ОХ с помощью ПЧФП 7, соединенного с измерителем 11 и имеющего нулевую линию .чувотвительности, сов падающую с ортогональной осью ОХ, определяют величину. угла поворота объекта относительно оси визирования, т.е. угол 65.25Отраженные пучки распространяются попарно симметрично. под угломк оптицеской оси.устройства при смещении отражателя 5 вдоль коллимационных осей ОХ и ОТ, симметричные пучкипо разному экранируются оправойобъектива 3. Например, при смещении отражателя вдоль положительного направления оси ОУ отраженный пучок 12 будет больше экранироваться оправойобъектива 3; а пучок 12 - меньше. В З 5 соответствии со смещениями пучковменяется и яркость отвецаоцих им автоколлимационных изсфражений. При этом разности яркостей изображений12, 13 и 14, 15 будут пропорциональ ны смещениям 2 и ш отражателя 5вдоль осей ОХ и ОУ, Эти изображениярегистрируются соответствующими Фотоприемниками 7, 10 и 8, 9 (ПЧФП 7 в ;этом случае работает как обычный 45Фотоприемник, т.е. его выходные сигналы суммируются), а. разности сигма"лов на их выходах, определяются измерителем 11,Углы коллимации 8 и 6 опреде" 50 ляются при помощи ПЧФП 6 обычным способом по смещению автоколлимационного иэображения 16, сформированно"го в фокальной плоскости в результате отражения световых лучей от час-, 55тично отражающей Фронтальной граниотражателя 5, как от плоского верка"ла. Для определения смецения объектавдоль оси визирования формируетсядополнительный отраженный пучок засчет отражения световых лучей от бо"ковых граней отражателя 4. Отраженныелучи направляют в объектив 3 и формируют в его Фокальной плоскости неподвижное, автоколлимационное изображе" ние 17, расположенное на оптической оси устройства, Так как,площадь рабочей апертуры отражателя 4 прак" тически .не зависит от малых углов поворота отражателя 4 относительно координатных осей и она меньше площади световой апертуры объектива 3,то яркость иэображения 17 остаетсянеизменной при поворотах и смещенияхобъекта относительно осей ОХ, ОУ и ОЕ. Йри изменении расстояния между объективом 3 и отражателем 4 за счетрасходимости отраженных пучков .12-15относительно направления падающегопучка яркость соответствующих йм ав"токоллимационных изображений будетменяться, при увеличении дальности- уменьшается, а при уменьшении " уве"личивается. Разность суммы яркостей,симметричных изображений 12, 13 или 14. 15 и изображения 17 служит мерой смещения объекта вдоль оси ОЕ. Сум". ма и разность яркостей изображений определяется по выходным сигналам Фотоприемников 7, 1 О или 8, 9 и 6 ПЧФП 6 в этом случае работает как обычный Фотоприемник) при помощи измерительного устройства 1,1, Сумма яркостей берется потому, что яркость каждого из изображений 12-15 зависит от смещений объекта вдоль осей ОХ и ОТ, в то время как их сумма остается неизменной для данного расстояния между объектами вследствие симметрии оптической схемы устройства.Для исключения влияния на реэуль" таты измерений случайных флуктуаций яркостей отраженных пучков в измерителе 11 предусмотрена операция де;. лений разностей информационных сигна"лов на соответствующие им суммы сиг"налов Разделение автоколлимационныхизображений 16 и 17, регистрируемыхПЧФП 6, осуществляют при помощи поляризаторов или светофильтров, или поочередйо включающихся диафрагм, устанавливаевых перед отражателями 4 и 5(не показаны),Предложенное устройство позволяетопределять независимодруг от другаСоставитель Н. СолоухинТехр Л.Пекарь Корректор А. Ференц Ре актор В. Лазаренко Заказ 376 35 ираж 02 одписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва И"35 Раушская наб. . 4/5илиал ППП Патент , г. жгород, ул. роектная,5 1024707 Свсе шесть степеней свободы контро" линии визирования одновременно полируемого объекта или производить трем угловым ,и линейным коорди-,выставление объектов относительно натам.