Устройство для измерения углового положения объекта

(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 787891, кл. С 01 В 11/00, 1979.2. Патент СЯА У 4 15564 окл. С 01 В 11/26, 1978 (прототип).(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРЛОВО 10 ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА, со -держащее оптически связанные источник модулированного света с блокомсчитывания частоты модуляции, оптическую систему, координатно-чувствительный фотоприемник, два дифференциальных усилителя и блок регистрацж, входы которого подключены квыходам дифференциальных усилителей,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности измерений,оно снабжено шторкой, перекрывающейсветовои поток источника модулированного света, четырьмя сумматорами, первые входы которых подключены к,ЯО 1125489 А выходам координатно-чувствительногофотоприемника, выходы сумматоровсвязаны с входами дифференциальныхусилителей, блоком формирования опорных напряжений, управляющий вход которого через ключ подключен к выходублока считывания частоты модуляции,выходы блока формирования опорныхнапряжений соединены с вторыми входами сумматоров,2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок формирования.опорных напряжений вьптолнен в виде четырех модуляторов, двухфазоинверторов, генератора фазовращагеля и полосового фильтра, вход которого является входом блока, выходполосового фильтра связан с входамимодуляторов, выходы которых являютсявыходами блока, выход генераторасоединен с управляющим входом первого модулятора, входом фазовращателяи входом первого фазоинвертора, выходы которого соединены с управляющимвходом второго модулятора, выход фазовращателя соединен с управляющимвходом третьего модулятора и входомвторого фазоинвертора, выход которогосоединен с управляющим входом четвертого модулятора, 1 11254Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения различных объектов, напримерпри центрировке линз,5Известно устройство для измерения углового положения объекта, со-держащее оптически связанные источник света, оптическую систему, координатно-чувствительный Аотоприемник, дифференциальный усилитель иблок регистрации 13.Недостатком устройства является .невысокая точность измерений, вызываемая работой на постоянном токе.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство для измерения углового положения объекта, содержащее оптически связанные источник модулированного света с блоком считывания частоты модуляции, оптическую систему,координатно-чувствительный Аотоприемник, двадифференциальныхусилителя и блок регистрации, входыкоторого подключены к выхоцам дифйеренциальных усилителей 2 3Недостатком известного устройстваявляется дрейф результатов измерения при работе со слабыми световымипотоками. Целью изобретения является повышение точности измерения.Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения углово- З 5 га положения объекта, содержащее оптически связанные источник модулированного света с блоком считывания частоты модуляции, оптическую систему, координатна-чувствительный Аотоприемник, два дифференциальных усилители и блок регистрации, входы которого подключены к выходам дифференциальных усилителей, снабжено шторкой, перекрывающей световой поток источника модулированного света, четырьмя сумматорами, первые входы которых подключены к выходам коардинатна-чувствительного Фотоприемника, выходы сумматоров связаны 0 с входами дифАеренциальных усилителей, блоком формирования опорных напряжений, управляющий вход которого через ключ подключен к выходу блока считывания частоты модуляции 55 выходы блока Формирования опорных напряжений соединены с вторыми входами сумматоров. 89 2Кроме того, блок Формирования опорных нацряжений выполнен в виде четырех модуляторов, двух Фазоинверторов, генератора Ааэовращателя и полосового Аильтра, вход которого является входом блока, выход полосового Аильтра связан с входами модуляторов, выходы которых являются выходами блока, выход генератора соединен с управляющим входом первого модулятора, входом фаэавращателя и входом первого Фазоинвертора,выходы которого соединены с управляющим входом второго модулятора, выход Фазовращателя соединен с управляющим входом третьего модулятора и входом второго фазаинвертора, выход которого соединен с управляющим входам четвертого модулятора.На чертеже представлена Аункциональная схема устройства.Устройство содержит источник 1 света, блок 2 питания,канденсар 3, узел 4 модуляции светового потока с блоком считывания частоты модуляции, состоящий из модулятора 5, привода 6 модулятора, световода 7, дополнительного фотоприемника 8, диаАрагму 9, апертурную диафрагму 10, полупрозрачный элемент 11, коллимирующий объектив 12, факусирующий объектив 13,модулирующую диафрагму 14, шторку 15, перекрывающую световой поток, координатно-чувствительный фатаприемник 16, сумматоры 17-20, первые входы которых подключены к координатно-чувствительному фотоприемнику 16, блок 21 выделения информационных сигналов, состоящий иэ последовательно соединенных паласовых фильтров 22-25, входы которых подключены к выходам сумматоров 17, детекторов 26-29, фильтров 30-33 нижних частот, дифференциальные усилители 34 и 35, входы которых подключены к выходам Фильтров 30-33, блок 36 регистрации., входы которого подключены к выходам дифференциальных усилителей 34 и 35, сумматор 37, входы которого подключены к выходам Фильтров 30-33 нижних частот, индикатор 38, подключенный к выходу сумматора 37, блок 39 Формирования опорных напряжений, состоящий из модуляторов 40-43, выходы которых соединены с вторыми входами сумматоров 17-20 полосового Аильтра 44, вход которого подключен к выходу дополнительного Фотан немника Я, 3 11 фазоинверторов 45 и 46, выходы которых соединены с управляющими входами, модуляторов 4 1 и 43, генератора 47, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 40, входом фаэоинвертора 45 и входом фазовращателя 48, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 42 и входом фазоин: гртора 46, ключ 49, соединяющий выход полосового Фильтра 44 и управляющие входы модуляторов 40-43.Контролируется элемент 50 оптической системы.Устройство работает следующим образом.Изображение источника 1 света,питаемого блоком 2 питания, проектируется конденсором 3 в плоскостьустановки диафрагмы 9. Изображениедиафрагмы 9, с помощью полупрозрачного элемента 11, коллимирующего12 и фокусирующего 13 объективовотраженное от поверхности контролируемого элемента 50 оптическойсистемы, переносится в плоскостьустановки модулирующей диафрагмы 14.Световой поток, прошедший черезмодулирующую диафрагму 14, попадаетна координатно-чувствительный фотоприемник 16, с выхода которого инФормационные сигналы усиливаютсясумматорами 17-20. Первая гармониСческая составляющая информационныхсигналов выделяется полосовымифильтрами 22-25 и 30-33. Сигналыс фильтров 30 и 31 нижних частотпоступают на дифференциальный усилитель 34,а с выхода фильтров 32 и 33нижних частот - на дифференциальныйусилитель 35.Сигналы с выхода дифференциальных усилителей 34 и 35 поступают навходы блока .36 регистрации,Информационные сигналы с выходаФильтров 30-33 также поступают навходы сумматора 37, с выхода которого сумма напряжений индицируетсяиндикатором 38.Модуляция светового потока осуществляется диском 5. модулятора,который вращается приводом 6, периодически прерывая световой потокрастровыми решетками.Опорный сигнал с частотой, равной частоте модуляции, считываетсяс помощью световода 7 и дополнительного Фотоприемника 8 и поступает25489 В 5 10 15 20 25 0 354050 55 на полосовой фильтр 44, выделяющийпервую гармоническую составляющую.Сигнал через выключатель 49поступает на входы модуляторов 4043, с выхода которых поступает навторые входы сумматоров 17-20.Управление модуляторами осуществляется генератором 47, выходныесигналы с которого поступают науправляющий вход модулятора 40,асдвинутые на 180 Фазоинвертором45 - на управляющий вход модулятора 41.Сигналы с генератора 47, сдвинутые по фазе на 90 Фазовращателем48, поступают на управляющий вход модулятора 42, а сдвинутые на 180 Фаозоинвертором 46 - на управляющийвход модулятора 43,Сигналы с выхода модуляторов 4043 имеют частоту, равную частотемодуляции светового потока дискоммодулятора 5, и промодулированы поамплитуде с частотой, равной частоте генератора 47, причем фазы огибающих на выходах модуляторов 40 -43 сдвинуты друг относительно другана 90Световой поток может перекрываться элементом 15,Апертурная диафрагма 10 ограничивает апертуру лучей, выходящихиз диафрагмы 9.При вращении элемента 50 контролируемой оптической системы в случае ее децентрировки изображениедиафрагмы 9 описывает окружностьпо поверхности координатно-чувствительного фотоприемника.Сигналы с координатно-чувствительного фотоприемника 16, разностькоторых пропорциональна смещениюсветового пятна, т.е. децентрировке,Формируются на выходе дифференциальных усилителеи 34 и 35 и индицируются блоком 36 регистрации.Шумовые составляющие сигнала, снимаемого с координатно-чувствительного Фотоприемникг 16, отфильтровываются полосовыми фильтрами 22 - 25 и не влияют на результат контроля.Фокусировка на контролируемую поверхность осуществляется с помощью фокусирующего объектива 12 и контролируется по максимуму показаний индикатора 38. В случае; изменения величины суммарного све:ОДП: НОЕ тового потока, поступающего накоординатно-чувствительный Фотоприемник 16, после окончания аокусировки Величина светоВОГО потокаподстраивается путем изменеиияяркости источника 1 света, управляемого. блоком 2 питания. ПроцессЬокусировки осуществляется передпроцессом контроля величины децент"ВИО ОВ КИВ режимс калибровки световой по:Ок перекрывается торкой 15,замыкае ся ключ 49. На выходе блок 39 дорМрЬВаиня ОПОРНЫХ НанрягКЕНИй ЛГ 1 эмиоют я си чалы имитируюпсе сигналы., снимаемые с координатно- чувствительного Аотоприемника 16, с есу:,ей часто-ой равнои частоте моттуляции светового потока диско. 5 моцучятора, причем среднее амплитупное 3 ачегие сиГналоВ имитирует н " -.гОДВЯжНОЕ СВЕТОВОЕ ПЯТНО На ПОЛЕ:,;," нос ти к Оовдинатн О-чувст Вит елвн о ГО,1:оториемника 6, а огибающие свэачмным сдвигом на 900 имитнпуют СМЕЩЕНИЕ СВЕтСВОГО гнтиа ПО ПОВСР,ности коорпинатно-чувстВитель-.ОГОфотоприемника 1 о пр децентриро.зке;О,трогирч"Ого Оптичсского :л,.е"уЕтиЯ Д О-итном ;ОН СИСЧЕЫ НО" На экране бл ка 36 регистрагии Описывается Окру:;. - ,Ость в случае могУЛЯГИН НЕСУЩЕИ ЧВСТОТЫ, СНИМВЕМОйО.ОСОВОГО фЛВТОа .6 гиНУСОИ -,Опа .у, И.гИ КВВДРат Со СВЕТЯ точ.ами в.; Г.-ах квадрата в- " О,гЛЦИИ СВЕТОВО"0 ПОТОКа- -;, - Гене;ятооа -7,1;н Ентра Окрчяности или квад- - и.;-. б;.Оке Эо ;.егистрааи харак".ЕВ.,3 Ч -ЯОЦИНЯКОВСТВ КОЕг 11 ИЦИЕН т .в уси енин блОка Вь аления инЬОр- ма г" оных сигналов .