Датчик угла скручивания

(54) ДАТЧИК УГЛА СКРУЧИВ(57) Изобретение относится ктехнике, Цель изобретения - повсти. Устройство содержит осве пары прямоугольных отражательнь ПОП) 2, 3, 8, 10 коллимирующие обье плоское зеркало 7 и общую прямоу отражательную призму 5, входная гр рой параллельна зеркалу 7, а ребро угла перпендикулярно оптическим ос лов. Осветители 1 оптических канало жены с одним приемником излуч посредством двух проекционных об 9, третьей пары ПОП 10 и общей су щей отражательной призмы 11. На гранях первой пары ПОП 2 и 3 распо щелевые диафрагмы 4, а изображе на выходных гранях второй пары ий институтва, Н.Т.фирСССР 1987, ие,% 4,1975,АНИЯизмерительнои ышение точнотитель 1, три ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР х призм ктивы 6, гольную ань кото- прямого ям канав сопряения 12 ъективов ммируювходных ложен ы ния их - ПОП 8.1776989 40 Общая ПОП 5 установлена на контролируемом подвижном обьекте 15. При работе включают осветители 1, Изображения щелевых диафрагм расположены на выходных гранях ПОП 8, прОйдя несколькО Отражений и, в частности, 4 раза в общей ПОП 5, При Изобретение оносится к оптическому приборостроению,Известны оптические приборы, позволяющие измерять угловые смещения обьекта, например устройство, описанное в авт,св. СССР ЬЬ 1420361, О 01 В 11/26, 1987 и содержащее осветитель, светоделитель, щелевые диафрагмы, отражательное зеркало, установленное на квазикерамический биморф, коллимирующий объектив, второй светаделитель и второй отражатель, Пучки лучей ат осветителя через светоделитель посредством оптических элементов попадают на приемники излучения. По сигналу с генератора импульсов, электрически соединенного с блоком обработки сигналов, биморф с первым отражателем совершает колебательные движения, вызывая смещение двух автокаллимационных изображений первой щели по диафрагме. Посредством электронного блока вычисляют угловые смещения обьекта,Недостатками такого устройства являются невозможйость измерения угла скручивания, фон высокоточных колебаний талька мешает контролю углов смещения равных углу колебаний зеркала, низкая точность измерения угла смещения, большая зависимость от материала биморфа, от влияния электрического теларазбросанность в показаниях,Наиболее близким решением является конструкция датчика угла скручивания, указанная в журнале "Приборостроение М 4, 1975, с. 106-109 и содержащая осветитель с ларкой, светоделительный элемент, коллимирующий обьектив, угалкавый отражатель, установленный на обьекте, окуляр. Угалковый отражатель - триппельпризма выполнена такчто третий двугранный угол, равный 900, выполнен с отступлением от прямого угла на величину д. Такой элемент обладает свойством раздваивать после отражения падающий на его входную грань параллельный пучок лучей, При повороте уголковага отражателя вместе с объектам на уал скручивания изображения марки в 5 15 25 30 отклонении контролируемого объекта 15 последняя также повернется на определенный угол, но на выходе угол поворота увеличится в 8 раэ, следовательно, во столь- коже раз повышается чувствительностьдатчика, 1 ил,фокальной плоскости коллимирующего обьектива будет перемещаться, Посредством окуляра оценивают смещение этого угла,Недостатками данного технического решения являются низкая точность (10"), отсутствие автоматического сервиса и оптико-электронной обработки,Целью изобретения является повышение точности.Эта цель достигается тем, что датчик угла скручивания, содержащий оптический блок в виде осветителя и оптически связанных коллиматара, отражателя, предназначенного для скрепления с объектом, и приемника излучения, снабжен вторым оптическим блоком, выполненным в виде осветителя и коллиматора, между которыми в обоих блоках расположены две прямоугольные призмы, ориентированные гипотенузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительна другой, две входные щелевые диафрагмы, расположенные на взаимно перпендикулярных катетных гранях соответствующих призм, отражатель, выполненный в виде третьей прямоугольной призмы и ориентированный гипатенузнай гранью перпендикулярно подающим пучкам обоих блоков., плоским зеркалом, сопряженным с отражателем и установленным за каллиматарными объективами обоих оптических блоков параллельно гипатенузной грани отражателя, четвертой и пятой прямоугольными призмами, на катетных гранях которых размещены выходные третья и четвертая щелевые диафрагмы, двумя проекционными объективами, каждым в своем блоке, последовательно за ними шестой и седьмой прямоугольными призмами, ориентированными гипотенузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, между которыми разпаложена восьмая суммирующая прямоугольная призма, гипотенузная грань которой перпендикулярна плоскому зеркалу, а катетные грани направлены к приемнику излучения. при этом датчик снабжен блокам электронной обработки информации, вход катарогэ свя5 10 15 20 25 30 35 45 50 55 зан с выходом приемника излучения и механизмом управления поворота отражателя, вход которого связан с выходом блока обработки.Датчик угла скручивания показан на чертеже,Датчик угла скручивания содержит два оптических блока, в каждом из которых расположены осветитель 1, отражательные прямоугольные призмы 2,3, на входных гранях которых расположены щелевые диафрагмы 4, отражатель 5, выполненный в виде третьей прямоугольной призмы и ориентированный гипатенузной гранью перпендикулярно падающим пучкам обоих оптических блоков, коллиматорных объективов бплоское зеркало 7, сопряженное с отражателем 5 и установленное за последними обоих оптических блоков параллельно гипатенузной грани отражателя, четвертую и пятую прямоугольные призмы, на входных патентных гранях которых размещены выходные третья и четвертая щелевые диафрагмы. Далее в каждом оптическом блоке последовательно за четвертой и пятой призмами 8 установлены проекционные обьективы 9, отражательные прямоугольные пятая и шестая призмы 10, ориентированные гипатенузными гранями взаимна перпендикулярна одна относительно другой, между которыми рэспалакена восьмая суммирующая прямоугольная призма 11, гипотенуэнэя грань которой перпендикулярна плоскому зеркалу 7, а катетные грани направлены к приемнику излучения 12, выход которого электрически связан с входом блока электронной обработки информации 13, выход последнего связан с входом механизма 14 управления поворота отражателя 5. Отражатель 5 установлен на объекте 15, Все остальные элементы размещены на неподвижном основании 1 о.Световые пучки ат источников в осветителях 1 освещают входные щелевые диафрагмы 4, нанесенные на входных гранях прямоугольных призм 2 и 3. После этих призм световой лоток каждого блока падает на общую прямоугольную призму 5, пройдя гипатенузную грань, отражается от одной катетнай ее грани. второй грани и попадают нэ два каллимэторных объектива 6, Диафрагмы 4 распадакены в фокальнай плоскости каллимэта рных сбъектива б, в результате чего из последних выходят параллельные пучки света. Эти пучки отражаются от плоского зеркала 7 и вновь попадают нэ абъектиеы б, призму 5, призмы 2, 3 и осветитель 1, Если абьект 15 скручивается, то призма 5 вместе с абьективам паварэчлвается. Тогда световые пучки, отрэзившись от плоского зеркала 7, пройдяколлиматоры 6, гипотенузную грань смещенной призмы 5. отразившись ат одной еекатетной грани и второй, попадают на призмы 8, освещая выходные (третью и четвертую) щелевые диафрагмы, размещенные навыходных гранях отражательных призм 8.Изображения этих щелевых диафрагм переносятся проекционными объективами 9 спомощью прямоугольных призм 10 и общейсуммирующей прямоугольной призмы 11 нафотоприемник 12.Щелевые диафрагмы 4 относительнооси скручивания расположены симметрично на расстоянии 1 одна ат другой. Принципдействия датчика основан нэ свойстве прямоугольного углового отражателя поворачивать отраженное от него изображениепредмета на двойной угол,При развороте каллимирующего объекта на линейный ПЗС приемник 12 попадаютдва изображения щелевых диафрагм и отстоящих друг от друга нэ расстоянии.Призма 5 вместе с объектом 15 вокругоси скручивания разворачивается на угол а,и в результате двойного отражения света откатетных граней призмы 5 изображения щелевых диафрагм на приемнике будут смещаться ат перваначальнага положения впротивоположные стороны. Величина перемещения сигналов Лсвязана с углом разворота а зависимостью К Й Гоб,где Г - увеличение объективов;К - коэффициент, учитывающий разворот изображений диафрагм 4 в зависимости ат числа отражений ат призмы 5, При двойном отражении ат катетных граней призмы 5 коэффициент К = 4, тогда Л= 4: а Е Гоб,При чувствительности ПЗС приемника к смещению светового сигнала = 1 мкм, 1 = 60 мм, Гоо. - 40" точность определения угла скручивания будет равна 0,02 угл,с, Па сравнению с прототипам точность повышается в 500 раз, С устройством, в котором имеется один оптический блок чисто теоретически, точность повышается в 4 раза,Электрические сигналы, снимаемые с ПЗС приемника 12, обрабатываются в блоке электронной обработки 13 и выдаются команды в механизм управления 14 согласования абьектам 15, поворачивая последний в исходное положение,Датчик угла скручивания позволяет быстро и точна фиксировать отклонения об екта ат температурных деформаций, магнитных, силовых, вибрация высокой ча.Заказ 4115 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 стоты. Устройство опробовано на макете, прошло испытания, показало расчетные технические характеристики.Формула изобретенияДатчик угла скручивания, содержащий 5 оптический блок в виде ответителя и.оптически связанных коллиматора, отражателя, предназначенного для скрепления с объектом, и приемника излучения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что. с целью повышения 10 точности, он снабжен вторым оптическим блоком, выполненным в виде осветителя и оптически связанных коллиматора, двух прямоугольных призм, ориентированных гипотенуэными гранями взаимно перпенди кулярно одна относительно другой, двух щелевых диафрагм, расположенных на взаимно перпендикулярных катетных гранях соответствующих призм, объектива, третьей прямоугольной призмы, ориентиро ванной гипотенузной гранью перпендикулярно падающему пучку, и четвертой прямоугольной призмы, установленной в общем для двух оптических блоков пучке, плоским зеркалом, выполненным общим 25 для двух оптических блоков и сопряженным с отражателем, выполненным в виде прямоугольной призмы и ориентированным гипотенуэой гранью параллельно поверхности зеркала, двумя объективами, установленными между отражателями и плоским зеркалом, каждый из которых сопряжен с соответствующим оптическим блоком, пятой и шестой прямоугольными призмами, расположенными в первом оптическом блоке и ориентированными гипотенузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, третьей и четвертой щелевыми диафрагмами, расположенными на взаимно перпендикулярных катетных гранях соответственно пятой и шестой призм, седьмой прямоугольной призмой, ориентированной гипотенузной гранью перпендикулярно падающему потоку и расположенной в первом блоке, а датчик снабжен блоком электронной отработки информации, вход которого связан с выходом приемника излучения, и механизм управления поворотом отражателя, вход которого связан с выходом блока обработки.