Устройство для измерения перемещений

Изобретение отноСится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля перемещений объекта.5Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона за счет уменьшения влияния нестабильности параметров Фотоприемника и конструкции диска. 10На Фиг.1 представлена. блок-схема устройства; на фиг,2 - конструктив.ое выполнение диска с наложенной плоскопараллельной стеклянной пластиной; на Фиг.3 - вариант выполнения блока Формирования изображения диафрагмы; на Фиг.4 а,б - ход лучей при выведенной и введенной плоскопараллельной стеклянной пластине, на фиг.5 а,б - амплитуда сигнала на выходе Фильтра верхних частот при выве,денной и введенной плоскопараллельной стеклянной пластине; на фиг,6 временные диаграммы сигналов, формируемых на выходе отдельных узлов уст ройства.Устройство (Фиг,1) состоит из оптически связанных блока 1 Формирования сфокусированного излучения, выполненного в виде оптически связанных источника 2 света, конденсатора 3, ,диафрагмы 4, коллимирующего объекти-, ва 5 и Фокусирующего объектива 6, и диска 7 (Фиг,2) с нанесенными на кольцевые дорожки диска измеритель 35 Ной и опорной штриховыми решетками В и 9, привода 10, механически связанного с диском 7, Фотоприемника 11, оптически связанного с блоком 1, при этом диск 7 расположен между блоком 1 и Фотоприемником 11, плоскость диска 7 перпендикулярна оптической оси блока 1, измерительная штриховая решетка 8, нанесенная на диск 7, рас" положена на оптической оси блока 1, 45 плоскопараллельной стеклянной плас" тины 12 с окнами, наложенной на диск 7.; угловая ширина окон плоскопарал" дельной стеклянной пластины 12 равна угловому полупериоду опорной штриховой рашетки 9, нанесенной на диск 7, Фотосчитывателя 13, оптически связанного с опорной штриховой решеткой 9, нанесенной на. диск 7, причем фото- считыватель 13 выполнен в виде оптически связанных светодиода 14 и фото 55 диода 15, формирователя 16, вход которого подключен к выходу фотодиода 15, последовательно соединенных фильтра 17 верхних частот, детектора 18 и Фильтра 19 нижних частот, вход фильтра 17 верхних частот подключен к выходу фотоприемни;:а 11, синхронного детектора 20, информационный и управляющий входы которого подключены соответственно к выходам Фильтра 19 нижних частот и формирователя 16, фильтра 21 нижних частот, вход которого подключен к выходу синхронного детектора 20, дополнительного привода 22, вход которого подключен к выходу Фильтра 21 нижних частот, привод 22 механически связан с коллимирующим объективом 5 индикатора 23, механически связанного с приводом 22.Блок 1 формирования сфокусированного излучения может быть выполнен в виде блока Формирования автоколлимационного изображения диафрагмы (Фиг.3). При этом он состоит из оптически связанных источника 2 света, конденсора 3, диафрагмы 4, полупрозрачного элемента 24, коллимирующего объектива 5 и фокусирующего объектива 6, привод 22 механически связан с объективом 6.Устройство работает следующим образом.Источник 2 света, входящий в блок 1 формирования сфокусированного излучения диафрагмы, Формирует пучки лучей, проходящие через конденсор 3 и падающие на диафрагму 4.Изображение диафрагмы 4 с помощью коллимирующего объектива 5 и Фокусирующего объектива 6 строится в плоскости анализа. Диск 7 вращается с помощью привода 10, Измерительная штриховая решетка 8, нанесенная на диск ,7, осуществляет пространственнуюФильтрацию изображения диафрагмы 4,На выходе фотоприемника 11 формируется электрический сигнал, частота переменной составляющей которого опре" деляется частотой нанесения измерительной решетки 8 на диск 7 и скоростью его вращения. Амплитуда перемен- ной составляющей электрического сигнала, формируемого на выходе фотоприемника 11, определяется взаимным положением плоскостиизображения диафрагмы 4и плоскости диска 7 с нанесенной измерительной решеткой. При совмещенииэтих плоскостей амплитуда переменнойсоставляющей электрического сигналамаксимальна и уменьшается при увеличении расстояния между плоскостями(фиг.5). Размер иэображения диафрагмы выбирается равным или меньшим половине периода измерительной решетки 8, нанесенной на диск 7.При вращении диска 7 пучки лучей, формируемых фокусирующим объективом б, периодически проходят через плоскопараллельную стеклянную пластину 12, скрепленную с диском 7. При этом происходит периодическое измерение хода лучей и смещение плоскости формирования изображения диафрагмы 4 относительно плоскости измерительной решетки 8, нанесенной на диск 7 (Фиг.4) .Смещение плоскости изображения диафрагмы 4 приводит к формированию огибающей электрического сигнала (фиг6), амплитуда которой связана с величиной периодического смещения изображения диафрагмы 4 относительно измерительных решеток, нанесенных на диск, а фаза огибающей зависит от положения плоскости, находящейся посередине плоскостей формирования изображений диафрагмы 4 при выведенной и введенной плоскопараллельной стеклянной пластине, относительно плоскости нанесения измерительных решеток 8 на диск 7.Переменная составляющая сигнала, снимаемого с Фотоприемника 11, выделяется фильтром 17 верхних частот, детектируется детектором 18, сглаживается фильтром 19 нижних частот, на выходе которого формируется огибающая, поступающая на информационный вход синхронного детектора 20. Опорный сигнал, частота которого равна частоте огибающей, формируется фотосчитывателем 13.Светодиод 14 формирует поток излучения, который периодически прерывается опорной штриховой решеткой 9, нанесенной на диск 7Промодулированный по интенсивности поток излучения преобразуется фото- диодом 15 в электрический сигнал, преобразуемый в прямоугольный формирователем 16. Опорный сигнал поступает на опорный вход синхронного детектора 20, который осуществляет е.синхронное детектирование огибающей, формируемой на выходе Фильтра 19 ниж. них частот.Постоянная составляющая, амплитуда и знак которой связаны с амплитудой и знаком огибающей электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 11, выделяется Фильтром 21 ниж 627056них частот и поступает на привод 22,осуществляющий перемещение коллимирующего объекгива 5 или фокусирующего 5объектива 6. Величина перемещенияколлимирующего объектива 5 или фокусирующего объектива 6 фиксируется индикатором 23.При формировании изображения диафрагмы 4 на одинаковых расстоянияхот плоскости нанесения измерительнойштриховой решетки 8 при выведеннойи введенной плоскопараллельной стеклянной пластине 12 амплитуда огибаюгщей, формируемой на выходе фильтра19 нижних частот, равна нулю, привод22 не перемещает коллимирующий объектив 5 или фокусирующий объектив б.При смещении изображения диафраг мы 4 от указанных положений на выходе фильтра 19 нижних частот формируется огибающая соответствующего знака, привод 22 перемещает коллимируюший объектив 5 или фокусирующий объ ектив 6 в положение, при котором амплитуда огибающей, формируемой навыходе фипьтра 9 нижних частот,близка к нулю.Диапазон перемещения коллимирую щего объектива 5 или Фокусирующегообъектива 6 связан с глубиной резкости фокусирующего объектива 6, которая, в свою очередь, связана с егоотносительным отверстием.Для Фокусирующего объектива б сбольшим относительным отверстием используются измерительные решетки сболее высокими пространственными час"тотами, нанесенные на периферийные 40 кольцевые дорожки диска 7 (фиг.2).Для выбора оптимального соотношения пространственной частоты измерительной штриховой решетки 8, нанесенной-на диск 7, и толщины плоско параллельной стеклянной пластины 12,обеспечивающих в совокупности максимальный диапазон перемещения коллимирующего объектива 5 или фокусирующего объектива 6 и точности фиксации, 50 штриховые измерительные решетки имеют различные угловые периоды, а диск7 совместно с фотосчитывателем 13 перемешают в радиальном направлении,перпендикулярно оптической оси фокусирующего объектива 6.Таким образом, устройство позволяет автоматически фиксировать положение плоскости изображения фокуси, рующего объектива 6 относительно плос. -1562705кости нанесения измерительных штри-ховых решеток 8, нанесенных на диск 7,Работа устройства и случае построения блока 1 Формирования сфокусированного излучения по автоколлимационной схеме (фиг.З) аналогична описанной.Измеряется перемещение объекта 25. Дри этом пучки лучей, прошедшие через 10 диафрагму 4, отражаются от полупрозрачного элемента 24, проходят коллимирующий объектив 5, Фокусирующий объектив 6, отражаются от отражающей поверхности объектива 25 и в обратном 15 ходе проходят через фокусирующий объектив 6, коллимирующий обьектив 5, полупрозрачный элемент 24 и падают на измерительную штриховую решетку 8, нанесенную на диск 7. 20Изменение чувствительности Фото" приемника 11 мало влияет на результат измерения, так как величина электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 11 при выведенной.и введен ной плоскопараллельной стеклянной пластине 12, изменяется на одну и ту Фе величину.Формула изобретения 30Устройство для измерения перемещений, содержащее оптически связанные блок формирования сфокусированного излучения и фотоприемник, синхрон- З 5 ный детектор, привод, механически Связанный с блоком формирования сфоКусированного излучения, о т л ич а ю щ е е с я 1 ем, что, с целью повышения точности измерений, оно 40 снабжено диском с нанесенным по кольцевым дорожкам измерительной и опорной штриховыми решетками, диск расположен между блоком Формирования сфокусированного и зл учения и фотоприемником, плоскость диска перпендикулярна оптической оси блока формирования сфокусированного излучения, дополнительным приводом, механически связанным с диском, плоскопараллельной стеклянной пластиной с окнами, зад крепленной на диске и сопряженной с измерительной штриховой решеткой диска, угловая ширина окон плоскопараллельной стеклянной пластины равна угловому полупериоду опорной штриховой решетки, нанесенной на диск, фотосчитывателем, оптически связанным с опорной штриховой решеткой, нанесенной на диск, формирователем, вход которого подключен к выходу Фотосчитывателя, выход Формирователя подклю. - чен к управляющему входу синхронного детектора, последовательно соединенными Фильтром верхних частот, детектором и первым фильтром нижних частот, вход Фильтра верхних частот подключен к выходу фотоприемника, выход первого фильтра нижних частот соеди" нен С информационным входом синхронного детектора, вторым фильтром нижних частот, вход которого подключен к выходу синхронного детектора, выход второго Фильтра нижних частот соединен с входом привода.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения, диапазона измерений, на кольцевые дорожки диска нанесены дополнительные измерительные штриховые решетки с различными угловыми периодами, а диск выполнен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оптической оси блока формирования сфокусированного излучения.1562705РОГ. БСоставитель М.Кузнецов Редактор С.Пекарь Техред М. Ходанич Корректор М,Шароши Заказ 1055 Тираж 483 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарин