Оптико-электронное устройство для контроля положения объекта

(51) 4 С 01 В 11/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 3997042/24-28 (22) 30,12,85 (46) 30.04.87.Бюл.16 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Г.В.Бреенков Э.Д.Панков и И.И,Кодинцев (53) 531.742 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР416556, кл. С 01 В 11/26, 1974, (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта в машиностроении, Целью изобретения является увеличение производительности контроля и измерение также углов скручивания объекта за счет измерения угловых и линейных перемещений объекта без перефокусировки автоколлиматора, Формируют объективом 3 автоколлиматора параллельные пучки лучей от подсвеЯО 1307230 чиваемой марки, выполненной из двух отверстий 1 и 2 смещенных относительно оптической оси объектива 3, направляют сформированные пучки на отражатель 7, скрепленный с контролируемым объектом (не показан), При. нимают пучки, отраженные от отражателя 7, объективом 3 автоколлиматора, строят их изображение на позиционно-чувствительном фотоприемнике 4, например ПЗС матрице, Одновременно формируют объективом 5 коллиматора второй параллельный пучок лучей от марки 6, направляют его через объектив 3 автоколлиматора на отражатель 7, отраженный пучок лучей от зеркальной поверхности сферы, выполненной в отражателе, также принимают объективом 3 автоколлиматора и строят его изображение на позиционно-чувствительном фотоприемнике 4. По положению изображения марок фотоприемника судят об угловых и линейных смещениях объекта, 6 ил.+ у = агсзьп т. 30 где 1 - величина смещений центровсветящихся отверстий 1 и 2марки,Коллимационные углы у и+у = 2 агсд -- г-Ту 2 Г,Х,г 452 агсед -- -, -щения изображенотверстий 1 и 2 марки,Центр иэображения марки 2 при сме 50 щениях объекта (не показан) вдольосей Х и У (Фиг.6) смещается в противоположные стороны на расстояния Хи У 9 соответственно, измеряемые смещения Х и У вычисляют следующим 55 образом; 1 130723Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейныхперемещений объекта в машиностроении.Целью изобретения является увеличение производительности контроля иизмерения также углов скручивания засчет одновременного измерения угловых и линейных перемещений объекта.10На фиг,1 приведена принципиальнаясхема предлагаемого устройства.На фиг.2 - прямоугольные призмыодного из двух призменных блоков; нафиг. 3 - отражатель; на фиг,4 - положение изображения марки при наличииугла скручивания; на Фиг. 5 - то же,при наличии коллимационных углов разворота объекта; на фиг. 6 - то же,при наличии перемещения объекта 20вдоль осей.Устройство содержит марку, выполненную в виде экрана с двумя отверстиями 1 и 2, объектив 3 и позиционно-чувствительный Фотоприемник 4,напРимер ПЗС, матрицы, образующие автоколлиматор, коллиматор, включающийобъектив 5 и марку 6, расположеннуюв Фокальной плоскости, отражатель 7,выполненный из двух приэменных блоков, каждый из которых включает двепрямоугольные призмы 8 и 9, одна изкоторых (9) выполнена усеченной. Вгипотенуэной грани усеченной призмы9 выполнена сфера и на ееповерхностьнанесено отражающее покрытие, Задняяфокальная плоскость автоколлиматорасовмещена с фокусом сферы,Отверстия 1 и 2 марки автоколлиматора расположены в плоскости главного сечения отражателя 7, а коллиматор - в плоскости, перпендикуляр"ной ей. Объект на чертеже не показан.Устройство работает следующим образом,Объективом 3 автоколлиматора формируют параллельные пучки лучей отсветящихся отверстий 1 и 2 марки ии направляют их на отражатель 7, световозвращенные от него пучки лучейпринимают объективом 3 автоколлиматора и строят их изображение на позиционно-чувствительном фотоприемнике 4. Одновременно формируют объективом 5 коллиматора параллельный пучок лучей от светящейся марки 6,направляют его через объектив 3 автоколлиматора на отражатель 7, отра 0 гженный пучок лучей от отражающейповерхности сферы принимают объективом 3 автоколлиматора и также строят его иэображение на позиционночувствительном фотоприемнике 4. Поположению изображения отверстий 1и 2 марки 6 на чувствительной площадке позиционно-чувствительного фотоприемника 4 судят об угловых и линейных смещениях объекта (не показан),Центры иэображений отверстий 1 и 2 марок при угловом повороте (угол скручивания) (фиг,4) смещаются относительно нулевого положения в противоположные стороны, на расl М стояние У = У + У где У и Уя1 текущие смещения центров изображений отверстий 1 и 2 марки соответственно при угле поворота у по часовойгстрелке; У - текущее суммарное расстояние между центрами изображений отверстий 1 и 2 марки.Измеряемый угол поворота у вычисЕ ляют согласно зависимости(У - Угф= 2 агсг.д -где Й, - фокусное расстояние объектива 3 автоколлиматора.1307230 ГУ 3 (1 1 У 2)3 ворота брать Ф С выходов позиционно-чувствительного фотоприемника 4 снимают сигна( лы, пропорциональные смещениям У, и У, Х и Х, Х и Упричем сигналы сйимаются в порядке, согласованном с последовательностью излучаемых им( ( пульсов, при этом смещения У, и У регистрируются только от изображений, находяшихся на вертикальной линии, проходящей через центр позиционно- чувствительного фотоприемника 4. Для малых угловых отклонений объекта расчетные зависимости можно упростить, пренебрегая погрешностями (по причине их малых величин), возникающими при линеаризации тригонометрических функций, а также ошибками от действия, так называемых "косинусных" погрешностей, дающих симметричные смещения по координате Х при угле поФормула изобретения Оптико-электронное устройство для контроля положения объекта, содержащее объектив, марку, установленную в фокальной плоскости объектива, и позиционно-чувствительный фотоприемник, оптически связанный с маркой, образующие фотоэлектрический автоколлиматор и отражатель, предназначенный для скрепления с контролируемым объектом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности контроля и измерения также углов скручивания объекта, оноснабжено коллиматором, выполненнымиз объектива и марки, отражатель выполнен из двух призменных блоков,каждый из которых состоит соответственно из двух прямоугольных призм,выполненных иэ материалов с различными показателями преломления, однаиз призм в каждой из пар выполнена 0 с усеченной плоскостью, перпендикулярной ее гипотенуэной грани и расположенной от вершины прямого углапризмы на расстоянии, равном высотевторой призмы, и со сферой на частигипотенузной грани с нанесением насферу отражающим покрытием, призмыскреплены одна по отношению к другойкатетными гранями и ориентированытаким образом, что образуют призму 20 АР - 90(, призменные блоки соединены один с другим через призмы, которые выполнены со сферой на гипотенузной грани, марка автоколлыматоравыполнена в виде экрана с двумя отверстиями, расположенными симметрично относительно оптической оси автоколлиматора и лежащими в плоскостиглавного сечения отражателя, ориентированного таким образом, что фокус -ф сферических поверхностей в призменных блоках совмещен с фокальнойплоскостью объектива автоколлиматора, а коллиматор установлен передобъективом автоколлиматора по нап равлению излучения таким образом,что его оптическая ось параллельна,оптической оси объектива, смещенаот нее и лежит в плоскости, перпендикулярной главному сечению отража. теля1307230 СоставиТехред А ль Н.СолоухинКравчук едактор Т.Парфенов Корректор С,Бек Тираж б 78 НИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открыт 13035, Москва, Ж"35, Раушская н