Оптико-электронное углоизмерительное устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6788 19) (И 1 22 й 1)З С 0 Т 14-28 Сл (:Ь 00 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И ОРСКОМУ СВИДЕУЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРВ 236779, кл. С 01 В 9/08, 966.(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптико-электронным приборам для измеренияуглов поворота контролируемых объектов,и может применяться в станкостроении, приборостроении, строительстве,геодезии, Целью изобретения являетсяповышение быстродействия и точностиизмерения за счет отсутствия инерционных элементов и компенсации дрейфаэлементов схемы, Устройство содержитотражатель 1, три излучателя 14, 15,16, блок 13 питания излучателей с регулирующими выходами, марку 4, объектив 2, анализатор 9, основной 19,опорный 21 и дополнительный 20 фото-приемники, усилители 22, 23, 24, дваамппитудно-фазовых детектора 27, 28,два фаэосдвигающих блока 17, 8, выполненных с возможностью обеспеченияфазового сдвига, равного 120 , двафаэометра 25, 26 блок 29 согласова"ния, Анализатор 9 выполнен в видеппастины с набором чередующихся прозрачных щелей 10 с расстоянием междусерединами щелей, равным их двоичнойширине, а также двух прозрачных треугольных окон 11, 12 с противолежащими основаниями, Марка 4 выполнена ввиде четырех щелей 5, 6, 7, 8. Щелинанесены с расстоянием между серединой первой щели 5 и серединой второйщели 6, а также серединой третьей 7и четвертой щели 8, равным 8/3 ширины щели анализатора 9. Устройство поэ.воляет получить высокую точность измерения за счет большого передаточного коэффициента между углом поворота.отражателя и изменением фазы сигнала.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптикоэлектронным приборам для измерения углов поворота контролируемых объектов,и может быть применено в станкостроении, приборостроении, в строительстве, геодезии,Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения засчет отсутствия инерционных элементои компенсации дрейфа элементов схемы,На фиг, 1 изображено углоиэмерительное устройство; на фиг, 2 - анализатор ииэображение щелей марки, 15Углоизмерительное устройство содержит отражатель 1, размещенный на контролируемом объекте и выполненный ввиде прямоугольной призмы, объектив2, светоделительный элемент 3, мар-щку 4, на которой нанесена первая щель5, вторая щель 6, третья щель 7 и четвертая щель 8, анализатор 9, выполненный в виде стеклянной пластины с металлическим покрытием, на котором выполнен набор чередующихся прозрачныхщелей 10 с расстоянием между серединами щелей, равным их двойной ширине,первое треугольное окно 11, второетреугольное окно 12, блок,13 питания,.3 Овыполненный с регулирующими выходами,первый 14, второй 15 и третий 16 излучатели (напримерсветодиоды), фазосдвигающие блоки 17, 18, основной 19дополнительный 20 и опорный 21 фотоприемники, основной 22, дополнительный 23 и опорный 24 усилители переменного тока), фаэометры 25 и 26,обеспечивающие выходные сигналы в виде кода, два амплитудно-фазовых детектор а 27 и28, блок 29 со гл асов ания, на анализаторе 9 пунктиром показаны изображения 30-33 соответственно первой 5, второй 6, третьей 7 ичетвертой 8 щелей марки 4, Прозрачныетреугольные окна 11 и 12. нанесены симметрично относительйо вертикальнойоси центральной щели 10 анализаторатак, что их основания противолежащи,50Первое окно 11 оптически связано с дополнительным фотоприемником 20 и через элемент 3, объектив 2 и отражатель 1 - со второй щелью 6 и вторым излучателем 15. Второе окно 12 оптически связано с дополнительным фото 55 приемником 20 и через элемент 3,объектив 2 и отражатель 1 с щелью 8 и излучателем 16. Геометрические размеры треугольных окон 1 12 определяются диапазоном измерений,Излучатели 14, 15 16 оптическисвязаны через марку 4 и элемент 3 сопорным фотоприемником 21, Расстояниемежду серединами чередующихся прозрачных щелей 10 равно двойной ширине. Ониоптически связанс основным фотоприемником 19 и через светоделительныйэлемент 3, объектив 2, отражатель 1с первой 5, второй 6 и третьей 7 щеляк марки 4 и излучателями 14, 15 и 16Марка может быть выполнена на стеклянной пластине с металлическим покрытием, на котором нанесены 4 щели,Первая щель 5 нанесена посередине марки, вторая 6 и третья 7 - по обе стороны от первой, четвертая щель 8 нанесена на продолжении третьей, Расстояние от середины первой щели 5 до середины второй щели, а также серединытретьей и четвертой щели равно 8/3ширины щели 10 анализатора (принципиально возможно выбирать расстояние,равное 2/31, 4 2/31, 6 2/31 и т.д.),Конструктивно наиболее оптимальнымрасстоянием является расстояние между серединами щелей, равное 8/31==2 2/31, Высота оснований треугольных окон одинакова,Первый выход блока 13 питания электрически соединен с первым излучателем 14 и вторыми входами фазометров25 и 26. Второй выход блока питаниясоединен через фазосдвигающий блок 17со вторым излучателем 15, Третий выход блока 13 питания электрически соединен через фазосдвигающий блок 18 стретьим излучателем 16, (Фазосдвигающий блок 17 сдвигает фазу сигнала нао120, а фазосдвигающий блок 18 на- 120 ), Первые входы амппитудно-фазовых детекторов 27 и 28 соединены сусилителем 24 переменного тока, Второй вход амплитудно-фазового детектора 27 электрически соедине с выходомфаэосдвигающего блока 17, Второй входамплитудно-фазового детектора 28 электрически соединен с выходом фазосдвигающего блока 18, Выходы амплитудно-фазовых детекторов 27 и 28 соединены со входом блока 13 питания,Выходы фотоприемников 19 и 20 через усилители 22, 23 переменного токасоединены с первыми входами фазометров 25 и 26. Выходы фазометров 25 и2 о электрически соединены с входомблока 29 согласования,67888 5 15Устройство работает следующим образом,Излучатели 14, 5 и 6 запитаны отблокаЭ питания через фазосдвигающиеблоки7, 18 переменным напряжениемсо сдвигом фаз 120 о друг относительно друга, Свет от излучателей 14, 15,16, освещая соответственно щели 5, 6,7, 8 и отразившись после прохожденияэлемента 3 и объектива 2 от отражателя 1, попадает через анализатор 9 нафотоприемники 19 и 20, На фотоприемник 19 попадает свет от излучателей14, 15, 16 после прохождения щелей7, 5, 6 марки 4 и чередующихся щелей1 О анализатора 9. На фотоприемник 20попадает свет от излучателей 15 и 16после прохождения щелей 8 и 6 марки4 и треугольных окон1 и 12 анализ атора.Если отражатель 1 расположен нормально к оптич еской оси устройств а,то наложение щелей марки 4 на щелианализатора 9 будет соответствоватьизображенному на фиг. 2, т,е, нафотоприемник 19 будет поступать максимум излучения от изображения 30 щели 5 и 1/2 излучения от изображений31, 32 щелей, а на выходе усилителей22 и 23 будут формироваться переменныесигналы, фазы которых будут совпадать сфазой сигнала, поступающего на излучатель 14, При повороте отражателя 1 наугол о изображение щелей марки 4 сместится относительно вертикальной оси симметрии анализатора 9, Суммируемые нафотоприемнике 19 сигналы разных фазперераспределяются. Подобным образомперераспределяются сигналы на фотоприемнике 20, Фазы сигнала на выходахусилителей 22 и 23 будут отличатьсяот фазы сигнала излучателя 14,Фазометры 25 и 26 измеряют этот фазовый сдвиг, который прс порционален углу К поворота отражателя 1.При повороте отражателя 1 на угол, соответствующий перемещению щелей марки 4 по анализатору 9 на двойную ширину щелей 10, разность фаэ, измеряемая фазометром 25, будет изменятьсяона 360, При дальнейшем повороте отражателя 1 информация с выхода фаэометра 25 будет периодически повторяться.Разность фаэ, измеряемая фаэометром 26, будет изменяться от -60 доо+60 при повороте отражателя на угол, соответствующий диапазону измерения,6Информация с фазометров 25, 26 ;виде кодов поступаетблок 29 соглдсования, где формируется суммарный кодовый сигнал, соответствующий повороту отражателя отн сительно оптическойоси устройства, Возможен следующийвариант процесса согласования.Если значение старшего разряда точного отсчета, поступающего от фазометра 25, будет равно нулю, а младшегоразряда грубого отсчета, поступающего от фазометра 26, будет равно единице, то логическая схема блока 29 фор 15 мирует дополнительную единицуф которая суммируется с кодом грубого отсчета. При остальных комбинациях старшего разряда точного отсчета и младшего разряда грубого отсчета логическая20 схема формирует ноль, который формально суммируется с кодом грубого отсчета.Если яркости излучателей одинаковы,то на выходе усилителя 24 переменный25 сигнал будет отсутствовать, Если яркость одного из излучателей изменится, то на выходе усилителя 24 появится переменный сигнал, фаза которогобудет совпадать с фазой сигнала, пос 30 тупающего на излучатели 15 или 16,Навыходе одного из амплитудноаэовыхдетекторов 27 появится сигнал рассогласования, который будет служить вкачестве управляющего сигнала для выравнивания яркостей,35Если изменяются яркости двух излучателей, то сигнал рассогласования появится на двух детекторах 27, 28, Этисигналы будут использоваться для выравнивания яркостей излучателей. Таким образом будет непрерывно поддерживаться одинаковая амплитуда сигналана выходе излучателей,Если взять начало координат в середине изображения 30 щели набора 1 Ои принять, то центр иэображения 30марки совпадает с серединой щели, топри перемещении иэображения на величину Х световой поток на выходе анализатора будет изменяться по формулеоа 90 ьХ аФ=ВК сбз -- =ВК созгде В - яркость излучателей; К - конструктивный параметр оптического трак 55 та, зависящий от апертурной диафрагмыфокусного расстояния, коэффициента пропускания и т.д.; 1 - ширина щели;5 Х - величина перемещения иэображениямарки, 1567888Суммарный световой поток с учетом того, что щели 6 и 7 сдвинуты относительно щели 5 на величину 8/3 ширины щели будет определяться формулой 5 3 . 36 д У 1 2 ьБФ =ВК здп (И 1+ ой )е 4 21О - угол поворота отражателя,где ОТаким образом, при перемещении изображения на величину, равную ДХ= =21, фаза сигнала у будет меняться от О до 360 . Из вышеприведенного вьюражения можно определить зависимость между углом поворота отражателя Ы и фазой сигнала Ч 360 Гоь СК 2 Ы20 ч" 1 Ы,ф --- Гоб 360 ов 360 ш= 1 коэффициент редукции.25 изобретения где формула Оптико-электронное углоизмерительное устройство, содержащее отражатель, два излучателя, блок питания излучате-ЗО лей, выполненных с регулирующими выходами, марку, объектив, анализатор, светоделительный элемент, основной и опорный фотоприемники, электрически связанные с основным и опорным усилителями, блок питания, амплитудно-фазовый детектор, выход которого электрически соединен с блоком питания, а вход - с опорным усилителем, о т л ич ающе е ся тем, что, с целью поО вышения быстродействия и точности измерения,оно снабжено двумя фазосдвигающими блоками, третьим излучателем, цополнительным фотоприемником с дополнительным усилителем, двумя фаэомет рами, дополнительным амплитудно-фазовым детектором, блоком согласования,анализатор выполнен в вид".пластины снабором чередущцихся прозрачных щелейс расстоянием между серединами щелей,равным их двойной ширине, оптическисвязанных с основным фотоприемником,а также двух прозрачных треугольныхокон с противолежащими основаниям:,оптически связанных с дополнительнымфотоприемником, марка выполнена в виде четырех щелей, оптически связанных с опорным фотоприемником и через светоделительный элемент, объективн отражатель - с анализатором, при этом перваящель марки связана с набором чередующихся щелей и первым излучателемвтораящель марки. - с набором чередующихсящелей, первым треу гол ып им окном и вторым излучателем третья щель маркис набором чередующихся щелей и третьим излучателем, четвертая щель марки - с вторым треугольным окном итретьим излучателем, щели на маркенанесены с расстоянием между серединой первой щели и серединой второйщели, а также серединами третьей ичетвертой щелей, равнь м 8/3 шириныщели анализатора, при этом выходыосновного и дополнительного усилителей электрически соединены с входами фазометра, первый выход блока питания электрически соединен с первымизлучателем и вторыми входами фаэометров, выходы которых электрически соединены с входом блока согласования,второй выход блока питания соединенчерез первый фаэосдвигающий блок свторым и. вручателем, третий выход блока питания электрически соединен через второй фазосдвигающий блок с третьим излучателем, второй вход основного амплитудно-фазового детектораэлектрически соединен с вторым выходом блока питания, третий выход которого соединен с вторым дходом дополнительного амплитудно-фадоного детектора,1567888 Фиг, 2 Составитель Е.ГлазковаТехред М.Ходанпч Редактор А,Долинич Корректор Н,Король Заказ 1315 Тирах 483 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5