Устройство для измерения расстояния до объекта

)5 С 01 В 11/06 Я ВИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКО МЕРЕНИЯ РАСся к измерительспользовано при еров обьектов, в ого определения инального полоя является повыГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Научно-исследовательский технолоческий институт оптического станкострния и вакуумной техники(56) Авторское свидетельство СССРМ 1596211, кл, 6 01 В 11/06, 1989.(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИСТОЯНИЯ ДО ОБЪЕКТА(57) Изобретение относитной технике и может бытьизмерении линейных разчастности для бесконтактсмещений объекта от ножения, Целью изобретени шение точности измерении за счет регистрации нулевого положения по разностному сигналу. Пучок монохроматического излучения от источника 2 фокусируется объективом 1 на поверхность объекта 16. Часть отраженного излучения формирует информационный пучок, который попадет на входную грань призменного блока 7, на выходе которого формируется электрический сигнал, характеризующий угловое отклонение пучка от базового направления, Этот сигнал направляется на вход привода 13. Привод 13 перемещает обьектив 1 до совмещения его фокальной плоскости с поверхностью обьекта 16. В момент совмещения с выхода преобразователя 3 снимается нулевой сигнал, привод 13 останавливается и на индикаторе 15 положения считывается измеряемая величина. 3 э.п. Ф-лы, 3 ил.10 Изобретение относится к измерительной технике и мокет быть использсва 5 и и ри измерении линеиных размеров обьектав и величины их микроперемещений, в частности, для бесконтэкгного определения смещений обьекта от номинального положения и измерения толщины обьекта, в том числе оптических деталей,Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции за счет регистрации нулевого положения по разнсстнсму сигналу,На фиг,1 изображена функциональная схема устройства; нд фиг,2 и 3 - варианты выполнения фотоэлектрического преобразователя,Устройство длЯ измерениЯ рэсстОЯния до объекта содержит обьектив 1, установленный с возможностью смещения вдоль оптической оси, по разные стороны которой установлены источник 2 коллимированного монохроматическога излучения и фотоэлектрический преобразователь 3, Преобразователь,1 состоит из двух фа оприемников 4 и 5, в качестве которых могут использоваться фотодиоды, фоторезисторы и фототранзисторы, плоского зеркала б и призменнаго блока 7. Фотоприемники 4 и 5 установлены пер пендикулярно пгоскости главного сечения приэменного блока 7 с противоположных краев его выходной грани, Призменный блок 7 выполнен либо из одной призмы 8, имеющей в плоскости главного сечения форму равнобедренногс треугольника с углами при основании, равными углу полного внутреннегс О" ражения для длины волны источнике 2, при этом одна из равных граней призмы является вхаднои гранью блока 7, а параллельна другой грани установлено плоское зеркала б фиг.1) или нд нее нанесено зеркальное покрытие и она является глс 5 ским зеркалом б, Либо блок 7 выполнен из,д,вух скрепленных между собой призм 9 и 10, показатель преломления материала п.эизмы 10 меньше, чем призмы 9, а плоское зеркало 6 в этом случае установлено с воздушным промежутком относительна пеовой по ходу пуч:а излучения грани призмы 10 фиг,2) под углом к выходной грани 1 ризмы 10, эффективное значение (с учетам прохождения пучка в воздушном промежутке) которого равно уг лу полного внутреннего отражения для длины волны источника 2, Либо блок 7 выполнен из двух ск,эепленных между собойпризм 11 и 12, показатель преламяения призмы 12 меньше, чем призмы 11, обе призмы имеют в гглоскссти главного сеце 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ния форму раьнобедренного треугольника и контактируют между собой по основанию, Одна из равных граней призмы 11 является входной гранью призменного блока 7, параллельна второй грани установлен плоское зеркало б фиг,3) или оно выполнено в виде зеркального цо,рытия на этой грани (не показано). В этом случае обе равные грани призмы 12 являются выходными гранями блока 7, равные углы призмы 12 выполнены таким образом, что эффект лвное значение угла между зеркалом б и оптически связанной с ним выходной гранью блока 7, а также между входной гранью призмы 11 и оптически связанной с ней вь,ходной гранью призмы 12 равно углу полного внутреннего отражения для длины волны источниа 2 излучения, падающего по нормали к входной грани призмы 11.Устройства содержит также связанный с объективам 1 привод 13 перемещения обьективд, блок 14 обработки, входьн которого подключены к выходам фотоэлектрического преобразователя 3, а выходы - к входам привода 13, и индикатор 15 положения, связанный с приводом 13.Устройство измерЯет рдсстОЯние дс СОЬЕК"д 16,Устройства может содернагь, как и в прототипе, установленный между абьективом 1 и фотоэлектрическим преобразователем 3 призменный блане гсказан), что обеспечивает дополнительное повышение чувствительности устройства.Работа устройства осуществляется следуют.;им образомПучок каллимированнога манахрсматическага излучения ат источника 2 фокусируется абьективом 1 на поверхности обьектд 16, часть излучения отражается а; нее и абьективам 1 формируется в информационный пучок излучения, угловое положение каторагс относительно апти.есксй аси обьектива 1 характеризует расстсяние от поверхности Обьектд 16 да фокальнай плоскости обьектива 1, Далее информационный пучок излучения псс.упает на входную грань призменнсгс блока 7 фотоэлектрического преобразователя 3, нд выходе ксторссГа фсРМИРУЕтСЯ Э; Е: ТРИЯЕСК 5 й СИГЧаЛ, хд 1 ээктеризуащий угловое отклонение инфсрмдцианнсга пучка излучения ст базаеО- гс 5 а прдвлеия.;3 лектэический сигн 2 л с выхода преобразователя 3 поступает в блок 1 обработки, ко-арыЙ фармир.е-аравля- ющиЙ электрический сигнал и нап;.авляет ега нд вход привода 13 Привод 13 перемешает с бьектив 1 да сонме:.цения его факальной плоскости с поверхностью Обьектд 16 в5 10 15 20 25 ЗО 35 40 50 выходной грани призмы 8 пучок излучения 55 направляется на зеркало 6 и после отражения от него вновь падает на выходную грань призмы 8, на с углом, большим угла ,аБ полного внутреннего отражения, Поэтому на фотоприемник 5 излучение не прахоэтом случае угловое отклонение информационного пучка излучения становится равным нулю с выхода преобразователя 3 снимается "нулевой" электрический сигнал, привод 13 останавливается и на индикаторе ,15 положения считывается величина перемещения объектива 1, равная измеряемому расстоянию от фокальной плоскости первоначального положения объектива 1 до объекта 16, При этом преобразование углового отклонения информационного пучка излучения в соответствующий электрический сигнал в фотоэлектрическом преобразователе 3 осуществляется следующим образом,Информационный пучок излучения проходит входную грань призмы 8 (фиг,1) и в случае совпадения оси пучка с базовым направлением, т.е, если ось пучка параллельна оптической оси объектива 1, падает на выходную грань призмы 8 пад углами полного внутреннего отражения. Поэтому на фотоприемник 4 излучение не проходит. Отраженный выходной гранью призмы 8 пучок излучения нормально падает на третью грань призмы 8, т.е, на плоское зеркало 6, отражается от него и вновь падает на выходную грань призмы 8 под углом (фБ) полного внутреннего отражения. На фатоприемник 5 также излучение не проходит. Таким образом, на выходе фотоэлектрического преобразователя 3 в этом случае формируется "нулевой" электрический сигнал,В случае углового отклонения информационного пучка от базового направления на угол - у ан падает на выходную грань призмы 8 под углом фБ+ , большим угла полного внутреннего отражения, на фото- приемник 4 излучение не поступает. а отраженный ат выходной грани призмы 8 пучок излучения после отражения от зеркала б падает на выходную грань призмы под углам, меньшим угла полного внутреннего отракения. и после преломления попадает на фотоприемник 5, На выходе фотоэлектрического преобразователя 3 в этом случае формируется "минусовой" электрический сигнал.В случае углового отклонения информационнога пучка ат базового направления на угол уон падает на выходную грань призмы 8 под углом фь- у), меньшим угла полного внутреннего отражения, первый преломленный пучок излучения попадает на фото- приемник 4 второй отраженный от дит. На выходе фотоэлектрического преобразователя 3 в этом случае формируется "плюсовой" электрический сигнал.Вариант фотоэлектрического преобразователя 3, изображенный на фиг.2, работает аналогичным образом, при этом на первой призме 9 осуществляется дополнительно увеличение углового отклонения информационного пучка излучения перед его падением на выходную грань призмы 10, что дополнительно увеличивает чувствительность устройства,Вариант фотоэлектрического преобразователя 3, изображенный на фиг,З, также работает вышеописанным образом, при этом на второй призме 12 призменного блока 7 осуществляется дополнительное увеличение углового отклонения информационного пучка излучения после его преломления на второй по ходу пучка грани первой призмы 11,что дополнительно увеличивает чувствительность устройства.Таким образом, закон изменения электрического сигнала на выходе преобразователя 3 при перемещении объектива 1 описывается прямой линией, характеризующей уровень сигнала, скачком изменяющей знак при переходе объектива 1 через "нулевое" положение, т.е. в момент совмещения факальной плоскости абьектива 1 с поверхностью абьекта 16, чта обеспечивает повышение точности, по сравнению с праатотипом, измеряя расстояния да объекта 16. Формула изобретения 1. Устройство для измерения расстояния да обьекта, содержащее последовательно размещенные источник коллимираваннаго манахраматического излучения, объектив, установленный с возможностью смещения вдоль оптической оси, Фотоэлектрический преобразователь, привод перемещения обьектива, индикатор положения, связанный с приводом перемещения обьектива, и блок обработки, вход которого подключен к выходу фотоэлектрического преобразователя, а выход - к приводу перемещения объектива, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения точности измерения и упрощения устройства, фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде призменнаго блока, двух фотоприемников, установленных на противоположных краях выходной грани призменнаго блока, и плоского зеркала, ориентированного перпендикулярна плоскости главного сечения призменнога блока пад углом к его выходной грани, эффективная величина которого равна углу1675665 С. Кулакова Составитель В,Бахт Техред М,Моргентал Кор Р М,Шароши едак аказ 2992 Тираж 365 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 одственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 полного внутреннего отражения для длины волны источника монохроматического излучения.2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что призменный блок выполнен в 5 виде призмы с сечением в форме равнобедренного треугольника, э плоское зеркало выполнено в виде зеркального покрытия, нанесенного на одну из равных граней призмы. 103. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что призменный блок выполнен в виде двух скрепленных друг с другом призм из материалов с различным козффициентом15 преломления и установлен так, что показатель преломления материала второй по ходу пучка призмы меньше, чем первой, а плоское зеркало размещено относительно первой по ходу пучка грани второй призмы с воздушным промежутком между ними.4, Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что призмы выполнены с сечением в форме равнобедренного треугольника и скреплены между собой гранями, являющимися в сечении основаниями равнобедренных треугольников, а плоское зеркало ориентировано параллельно одной из равных граней первой призмы,