Устройство для измерения расстояния до объекта

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) 51)5 С 01 В ИЗОБРЕТЕН И ЛЬСТВУ СССР 1986 Фиг,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ, КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИ(56) Авторское свидетельствоВ 1350500, кл. С 01 В 21/08,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размерови перемещения объектов, Цель изобретения - повьппение точности за счетувеличения углового смещения пучка лучей при изменении положения контролируемого объекта путем использованияпризменного блока. Узкий пучок лучейисточника 1 коллимированного излуче- .ния направляется объективом 2 на поверхность контролируемого объекта 8,отражается от него и выходит иэ объектива 2 с угловымотклонением относительно оптической оси устройствапри смещении контролируемого объекта 8 относительно Локальной плоскости объектива 2. Затем пучок лучей проходит через призменный блок 3, после кото- рого отклоняется. Фотоэлектрический преобразователь 4 регистрирует угловое положение пучка лучей. Сигнал с выхода преобразователя 4 поступает на вход блока 5 обработки. Сигнал с выхода блока 5 обработки поступает на вход привода 6 перемещения объектива 2, который обеспечивает перемещение объектива 2 в положение, при ко- д тором фокальная плоскость объектива 2 совпадает с поверхностью объекта 8. Индикатор 7 положения показывает расстояние, на которое перемещается объ- С ектив 2, т.е. расстояние до объекта 8. 6 ил.15962 11 Изобретение относится к измерительной гехнике и может быть исгольэовано для измерения линейных размеров и перемещения объектов.Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения углового смещения пучка лучей при изменении положения контролируемого объектапутем использования призменного блока.оНа Фиг, 1 представлена Функциональная схема предлагаемого устройства;на Фиг, 2 - 4 - варианты выполненияпризменного блока," на Фиг, 5 и 6варианты выполнения Фотоэлектрического преобразователя.Устройство (Фиг. 1) содержит источник 1 коллимированного излучения,объектив 2, установленный с возможнос-,тью смещения вдоль оптической осиустройства и оптически связанный систочником 1 коллимированного излучения, призменный блок 3, установленный так, что его входная грань оптически связана с объективом и перпендикулярна его оптической оси, плоскость главного сечения призменногоблока 3 параллельна плоскости, проходящей через оптические оси источника 1 коллимированного излучения иобъектива 2, Фотоэлектрический преобразователь .4, вход которого оптическисвязан с выходной гранью призменногоблока 3, а угол между выходной граньюпризменного блока и оптической осью35Фотоэлектрического преобразователя непревышает 15 , блок 5 обработки, входкоторого подключен к выходуФотоэлектрического преобразователя 4, привод 6перемещения объектива 2, вход которо Ого подключен к выходу блока 5 обработки, индикатор 7 положения, связанный с приводом 6 перемещения объектива 2,Контролируемьп 1 объектив Я Размеща 45ют вблизи задней Фокальной плоскостиобъектива 2.На фиг, 2 представлено выполнениепризменного блока 3 в виде двухскрепленных между собой призм 9 и 10,при этом показатель преломления п.2призмы 10 меньше показателя преломления и, призмы 9, а угол д между первой и второй гранями призмы 9 долженудовлетворять условию5 с11 о . п 2агсзп - -2 (р агсзп.и и,На Фиг. 3 представлено выполнениепризменного блока 3 в виде двух призм 11 и 12, последовательно установленных с воздушным промежутком между ними, при этом угол р между первой и второй гранями призмы 11 должен удовлетворять условию,,1, о 1агсзп)-2 с /3 агсз 1 п.и и,На фиг. ч представлено выполнениепризменного блока 3 в виде призмы 13,главное сечение которой представляетсобой параллелограмм, установленныйтак, что вторая и третья ее грани походу пучка лучей параллельны оптической оси Фотоэлектрического преобразователя 4 и равноотстоят от нее,а между гранью призмы 13, параллельной ее входной грани, установленашторка 14.На Фиг. 5 представлен вариант выполнения устройства, в котором Фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде одного координатно-чувствительного блока 15, состоящего из объектива 16 и координатно-чув-ствительного приемника 17,На Фиг. 6 представлен вариант выполнения устройства, в котором Фотоэлектрический преобразователь 4 вы. -полнен в виде двух координатно-чувст-.вительных блоков 15, один из которыхоптически связан с второй по ходу пучка лучей гранью призмы призменногоблока 3, а второй - с третьей по хо-.ду пучка лучей гранью призмы призматического блока 3.Для исключения влияния дисперсиипризменного блока 3 на результатыизмерения источник 1 коллимированного излучения выполнен монохроматическим.Предлагаемое устройство может обеспечить измерение расстояния в небольшом диапазоне при отсутствии приводав перемещениях объектива 2 и индикатора 7, в этом случае сигнал на выходе блока 5 обработки будет пропорционален измеряемому расстоянию.Выполнение угла р между первой ивторой по ходу пучка лучей гранямипризмы призменного блока 3, удовлетворяющим указанным выше уровням,обусловлено тем, что угловое увеличение призмы, т.е. отношение измененияуглового положения пучка лучей на выходе призмы к изменению угловогоположения пучка лучей на ее входебудет наибольшим при падении пучкаФормула изобретения1, Устройство для измерения расстояния до объекта, содержащее источник коллимированного излучения, объектив, установленный с воэможностью смещения вдоль оптической оси устройства и оптически связанный с источником коллимированного излучения, Фотоэлектрический преобразователь, оптически связанный с объективом, привод перемещения объектива, индикатор положения, связанный с приводом перемещения объектива, блок обработки, вход которого подключен к выходу Фотоэлектрического преобразователя, а 5 1596211лучей на вторую грань призмы под углом, близким к углу полного внутреннего отражения, т.е. к углу Брюстера.Величина в два градуса огределяет,5диапазон измерения. При выполненииэтих условий пучок лучей будет вы ходить из призмы под углом к ее выходной грани меньше 15,Устройство работает следующим образом.Узкий пучок лучей источника 1 коллимированного излучения (Фиг. 1) направляется объективом 2 на поверхность контролируемого объекта 8 иотраженный от поверхности контролируемого объекта 8 выходит из объектива 2 с угловым отклонением от своего первоначального направления присмещении контролируемого объекта 8 20на некоторое расстояние от Фокальнойплоскости объектива 2, Далее пучоклучей проходит через призменный блок3, после которого пучок лучей отклоняется и регистрируется Фотоэлектрическим преобразователем 4. Сигналс выхода Фотоэлектрического преобразователя 4 поступает на вход блока 5обработки.,Сигнал с выхода блока 5обработки. поступает на вход привода 6 30перемещения объектива 2, который обеспечивает перемещение обьектива 2 в положение, при котором Фокальная плоскость объектива 2 совпадает с поверхностью контролируемого объекта 8. Индикатор 7 положения показывает рас-.стояние, на которое переместится объектив 2, т.е. расстояние до контролируемого объекта 8Вариант выполнения устройства . 40(фиг. 5), в котором Фотоэлектрическийпреобразователь 4 выполнен в виде одного координатно-чувствительного блока 15, целесообразно использовать приизмерении расстояния до контролируемого объекта 8 в небольшом диапазоне.Вариант выполнения устройства(фиг. 6), в котором Фотоэлектрическийпреобразователь 4 выполнен в виде ;.двух координатно-чувствительных блоков 15 позволяет расширить диапазонизмерения расстояний до контролируемого объекта, так как один из координатно-чувствительных блоков 15 регистрирует пучок лучей, преломленный второй по ходу пучка лучей призмы призменного блока 4, и обеспечивает точное определение расстояния до контрояируемого объекта 8, а второй координатно-чувствительный блок 15 регистрирует пучок лучей, отраженный от второй по ходу пучка лучей гранью призмы,и обеспечивает грубое определениерасстояния до контролируемого объекта 8, так как в этом случае угловоеувеличение призменного блока 3 будетнебольшим,Выполнение призменного блока 3 ввиде двух или более скрепленных междусобою призм (Фиг, 2) позволяет повысить угловое увеличение призменного3 блока. Выполнение призменного блока 3 в виде призмы, главное сечениекоторой представляет собой параллелограмм (Фиг. 4), позволяет удвоить угловое увеличение призменного блока 3,так как в этом случае координатночувствительный блок 15 определяет расстояние между двумя световыми площадками, полученными при падении пучковлучей на координатно-чувствительныйприемник 17.Выполнение призменного блока 3в виде двух или более (Фиг. 3) последовательно установленных призм с воздушными промежутками между ними позволяет получить угловое увеличение,при этом возможно влполнение Фото-.электрического преобразователя в виденескольких координатно-чувствительных блоков 15, оптически связанныхс соответствующими гранями призм.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более высокуюточность измерения за счет использования промежуточного блока, обеспечивающего увеличение углового смещения пучка лучей, регистрируемое фотоэлектрическим преобразователем, присмещении контролируемого объекта относительно начального положения.1596211 выход - к приводу перемещения объек" тива, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено приэменным блоком, установленным между объективом и Ьотоэлектрическим преобразователем так, что его входная грань оптически связана с объективом и перпендикулярна его оптической оси и выходная грань опти чески связана с фотоэлектрическим преобразователем, плоскость главного сечения приэменного блока параллельна плоскости, проходящей через оптические оси источника коллимированного излучения и объектива, а угол между выходной гранью призменного блока и оптической осью фотоэлектрического преобразователя не превышает заданного значения. 202. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что призменный блок выполнен в виде двух или более скрепленных между собой призм, показатель преломления материала каждой 25 последующей призмы меньше, чем предыдущей, а угол р между первой и второй гранями первой призмы по ходу пучка лучей должны удовлетворять уровнюи а и 2агсз 1 и- -2 ( /5агсзти и где и и и - показатели преломления2материала первой и второй призм по ходу пуч"ка лучей.3. Устройство по п. 1, о т л и -6. Устройетво по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 30расширения диапазона измерения, Фотоэлектрический преобразователь выполнен в випе двух координатно-чувствительйых блоков, один из которых оптически связан с второй по ходу пучка 35 лучей гранью последней призмы, а другой - с третьей по ходу пучка лучей гранью последней призмы. ч а ю щ е е с я тем, что призмен ный блок выполнен в виде двух или более последовательно установленных призм с воздушным промежутком между ними, а угол р, между первой и второй гранями призм по ходу пучка лучей должен удовлетворять уровнюагсзм( - )-2 ( рагсз 1 и( - )1 о 1и и1где и, - показатель преломления первой по ходу пучка лучейпризмы.4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что призменный блок выполнен в виде призмы, главное сечение которой представляет собой параллелограмм, установленный так, что вторая и третья ее грани по ходу пучка лучей параллельны оптической оси фотоэлектрического преобразователя и равноотстоят от нее.5. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде одного координатно-чувствительного блока.11596211 Составитель А,ЗаболотскийРедактор 1 ХСереда Техред Л.Олийнык Корректор С,9 евку аз 2904 тираж 491 Подписное бретениям и отк аушская наб, д КНТ ССР И ытиям пр 4/5 арственного комитета по и 113035, Москва, Ж,оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101