Автоколлиматор

Союэ СОБетских Социалистических Республик(23) Приоритет СССРделам изобретений и открытий Опубликовано 30.06.79 оччетень2 ДК 53,085,3) Дата опубликования описания 30.0 б Авторыизобретени Л, Зейгман и) АВТОКОЛЛИМАТОР Изобретение относится к контрольно-измерительной тех;ике и может быть использовано, в частности, для измерения угловых или линейных псрсмсщений по нескольким координатам при определении взаимного расположения поверхностей деталей и прп провсдении метрологических работ.По авт. св.527590 извсстсн автоколлиматор, содержащий оптическую часть, на входе которой установлена электронно-лучевая трубка, выполняющая функции осветителя и снабженная схемой круговой развертки,Экран трубки расположен в фокальной плоскости объектива оптической системы, а пара отклоняющих пластин связана с выходом схемы круговой развертки и с соотвстствующими фазочувствитсльнымн детекторами, включснными в два идентичных канала преобразования перемещений по осям Х и У, лсжащив плоскости, перпендикулярно к оптической оси устройства. Вторая нара отклоняющих пластин трубки связана с выходами обоих каналов. На выходе оптической системы установлен анализатор с круглым отверстием и фотоприемнис.При работе устройства в плоскости анализатора образуется изображение окружности, создаваемой на экране электроннолучевои трубки с по говой развертки.Положение этой окружности зависит отвеличины линеного или углового переме щения объекта. О величине углового персмещения объекта нлп о величине его линейного перемещения по осям Х и У в плоскости, перпендикулярной к оптической оси устройства, судят по величинам напряже ний, формируемых на выходе каналов х и ди подаваемых на отклоняющие пластины трубки. Под действием этих напряжений происходит смещение окружности по экрану трубки до тех пор, пока центр ее изоб ражения не совместится с центром отверстия анализатора.Недостатком известного автоколлиматораявляется наличие погрешности измерения, обусловленной изменением линейного увеличения оптической системы за счет изменения ее положения, а также изменением чувствительности электронно-лучевой трубки из-за нестабильности ее источника питания.Кроме того, автоколлиматор не позволя ет производить измерение линенных перемещений в направлении, совпадающем с оптической осью устройства.С целью уменьшения погрешности измерения и расширения функциональных возможностей, предлагаемый автоколлиматор снабжен каналом преобразования линейных перемещений вдоль совпадающей с оптической осью усгройства оси г декартовой системы координат, который выполнен в виде последовательно соединенных фазочувствительного детектора и усилителя и подключен между выходом фазочувствитсльного детектора одного из каналов преобразования перемещений в плоскости, перпендикулярной к оптической оси, например и ускоряющим анодом электронно-лучевой рубк, генератором калиброванного 11 апр 51- кения и сумматором, выход генератора нодкл 1 очен к второму ьходу фаз очу вствительного детектора канала г и к одному из входов сумматора, друсгой вход которого связан с выходом усилителя канала у, а выход - с отклоняющей пластиной труоки, анализатор снабжен вторым отверстием, смещенным относительно первого вдоль оси У.В таком ВыполнепР 1 И ав 1 околлима 1 ор позволяет измерить линейные перемеще 1 щя ио третьей координатной оси Л, совпадающей с оптической осью устройства, а такРкс уменьшить погрешность преобразования перемещений в плоскости, перпендикулярной к оптической оси, т. е. по осям Х и У,На фиг. 1 представлена блок-схема аьтоколлиматора; на фиг. 2 - эпюры на яжсний при перемещениях объекта по различ- НЫМ КООРДИНаТНЫМ ОС 51 М.Автоколлиматор содержит оптическую систему 1, связанн ю с измеряемым обьектом. На ВхоДе Оптичсской системы установлена электронно-лучевая трубка 2, а на выходе - анализатор 3 с двумя круглыми отверстиями, которые разнесены на определенное расстояние вдоль, например, осн У,Позади анализатора р азмещеп (эотопр 11- емник 4. Зкран трубки 2 и анализатор 3 расположены Отоелно Опт 11 ческой стемы так, что В плоскости апалР 1 затора сОздается изООражение экрана, К Выход 1 фотоприемника 4 присоединены два иде 1;- тичных капала преобразования перемещений по координатам У и Х, каждый из которых содержит последовательно соединс;1- ныс фазочувств 1 ггсльные детекторы 5 и 6 и усилители 7 и 8. Одна пара отклоняю;цих пластин 9 и 10 трубки соединена с соо,встствующими входами о 1 азочувствителы 1 ых детекторов 5 и 6 и через схему круговой развертки 11 - с генератором 12 развертки. Другая пара отклоняющих пластин 13 и 14 трубки связана с выходами каналов х и у, причем первая из пластин 13 связана непосредственно, а вторая 14 - через сумматор 15,Канал преобразования линейных перемещений ВдОль совпада 10 щей с ОптичсскоЙ осью устройства оси Л декартовой системы координат выполнен идентично первым двум каналам в виде последовательно сос 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4диненных фазочувствительного детектора 16 и усилителя 17. Этот канал подключен между выходом фазочувствительного детектора 5 канала у и ускоряющим анодом 18 трубки. В качестве опорного генератора фазочувствительного детектора 16 используется генератор 19 прямоугольного калиброванного напряжения, имеющий частоту Р. Выход этого генератора подсоединен также к второму выходу сумматора 15,Работает автоколлиматор следующим образом.Схема крутовой развертки 11 создает два синусоидальных напряжения, смещенных одно относительно другого по фазе на угол л/2, При подаче этих напряжений на отклоняющие пластины 9 и 10 электронно-лучевой трубки 2 световое пятно на экране трубки начинает двигаться по окружности с частотой, равной частоте 1 генератора 12 развертки. Напряжение 012 на выходе этого генератора показано на фиг. 2 а. Вследствие того что экран электронно-лучевой трубки 2 и анализатор 3 расположены по отношеньно к оптической системе 1 так, что в плоскости анализатора создается изображение экрана, светящаяся окружность проецируется в плоскость анализатора 3, Одновременно светящаяся окружность поочередно занимает два положения, отстоящие одно от др 1 гого на расстоянии 1.1 с частотой Р, соответствующей частоте генератора 19. Напряжение, которос перебрасывает светящуюся окруРкность, прикладывается к отклопяпощсй пластине 14 черсз сумматор 15. Напряжение на выходе генератора 19 показано на фиг. 2 б.Если центры двух изображений окружностей поочередно совпадают с центрами отверстий анализатора, т. е, Лх = О, Лу =- 0 и Лг =- О, то на выходе фотоприемника отсутствует составляющая сигнала с частотой; генератора 12.Перемещение оптической системы 1 вдоль координат х и у приводит к смещению центров изображения окружности относительно центров анализатора 3. При наличии такого перемещения вдоль оси Х (см. фиг. Зв) или вдоль оси У 1,см. фиг. Зг) в сигнале фотоприемника появляется составляющая с частотойгенератора 12, причем ес фаза зависит от направления смещения центров изображений окружности, а амплитуда - от величины этого смещения. Сигнал с фотоприемника подается на фазочувствительные детекторы 5 и б. Поскольку опорными напряжениями этих детекторов являются напряжения, сдвинутые по фазе на 5(/2, подаваемые с выхода схемы круговой развертки 11, то они преобразуют входные сигналы в постоянныенапряжения, пропорциональные величине смещения центров изображений относительно центров отверстий анализатора 3, по двум взаимно перпендикулярным координатам, лежащим5 10 15 2 О 25 30 35 40 45 в плоскости, перпендикулярной к оптической оси устройства.Постоянные напряжения на выходе детекторов 5 и 6 усиливаются в усилителях 7 и 8 соответственно и подаются на соответствующие отклоняющие пластины трубки 2, что приводит к смещению окружностей по экрану и совмещению их центров с центрами отверстий анализатора.По величине указанных напряжений судят о величине перемещения объекта по осямХи У,Перемещение оптической системы 1 вдоль координаты г приводит к пропорциональному изменению размеров изображения и изменению расстояния Ь, между ценграми изображения окружностей, В случае неравенства расстояния 1., между центрами изображения окружностей и расстояния 1. между центрами отверстий анализатора (при Ьг=,йО на фиг. Зд) в сигнале фотоприемника также появляется составляющая с частотойгенератора 12, амплитуда когорой соответствует величине возникающего при этом смещения Лу по координате у, а фаза изменяется на противоположную с частотой Р генератора 19. В результате этого на выходе фазочувствительного детектора 5 канала у появляется напряжение, изменяющееся с частотой Р, Фаза этого напряжения характеризует, какое из расстояний 1. или 1. больше, а амплитуда - на сколько больше. Фазочувствительный детектор 1 б канала г преобразует это напряжение в постоянное, которое через усилитель 17 подается на ускоряющий анод трубки и на выход автоколлиматора.Полоса пропускания усилителей 7, 8 и 17 выбирается такой, что частота Р не проходит на выход устройства.Величина напряжения постоянного тока, подаваемого на ускоряющий анод трубки, соответствует величине перемещения объекта вдоль координаты г.Поскольку чувствительность трубки, т, е. отношение величины перемещения к напряжению, поданному на отклоняющие пластины и вызвавшему это перемещение, обратно пропорционально напряжению на ускоряющем аноде, то под действием напряжения, поступающего на ускоряющий анод, изменяется чувствительность электроннолучевой трубки. В результате этого расстояние Ь, между центрами изображений становится равным расстоянию Е между центрами отверстий анализатора.Благодаря тому что канал г всегда поддерживает расстояние 1, постоянным и равным 1. чувствительность по координатам К и У остается постоянной и практически не зависит ни от изменения линейного увеличения оптической системы, ни от изменения чувствительности электронно-лучевой трубки. Это уменьшает погрешность преобразования по координатам Х и У,Таким образом, введение канала г, управляющего размером изображения, позволяет не только произвести преобразование перемещения по третьей координате, но и уменьшит погрешность преобразования по первым двум координатам. Формула изобретенияАвтоколлиматор по авторскому свидетельству М 527590, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения погрешности измерения, он снабжен каналом преобразования линейных перемещений вдоль совпадающей с оптической осью устройства оси Л декартовой системы координат, который выполнен в виде последовательно соединенных фазочувстпптельного детектора и усилителя и подключен между выходом фазочувствительного детектора одного из каналов преобразования перемещений в плоскости, перпендикулярной к оптической оси, например У, и ускоряющим анодом электронно-лучевой трубки, генератором калиброванного напряжения и сумматором, выход генератора подключен к второму входу фазочувствительного детектора канала г и к одному из входов сумматора, другой вход которого связан с выходом усилителя канала у, а выход - с отклоняющей пластиной трубки, а анализатор снаожен вторым отверстием, смещенным огносительно первого вдоль оси У.ПО Поиск аз 1306/1 Изд,39 ипография, пр. Сапунова, 2 раж 86 одписио