Отражательная система оптико-электронного устройства для измерения угла скручивания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 28 11/26 51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский институт точной механики и оптики(56) Измерительная техника, М 8, 1984 с.28-29.Авторское свидетельство СССР М 1430742, кл. 6 01 В 11/26, 1987, (54) ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПТИКО- ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗ МЕРЕНИЯ УГЛА СКРУЧИВАНИЯ (57) Изобретение относится к области конт рольно-измерительной техники, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенных для контроля углов поворота объекта вокруг заданной оси, Цель изобретения - повышение точности. Параллельный пучок лучей, сформированный объективом автоколлиматора (на чертеже не показан) проходит анаморфозную систему 2, установленную на половине входного зрачка световозвращателя - стеклянного тетраэдра 1. При атом пучок изменяет угол расходимости в плоскости действия анаморфозы, совпадающей с плоскостью главного сечения клиньев анаморфозной системы. После отражения от световозвращателя пучок отражается прямым двугранным зеркалом 3, установленным на второй половине входного зрачка световозвращателя. 3 ил.Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенным для контроля углов поворота объекта вокруг заданной оси 5 (скручивания) и использующим для измерения явление анаморфозы.Известна отражательная система, состоящая иэ трипель-призменного отражателя с прямыми двугранными углами между 10 отражающими гранями, возвращающего отраженный пучок в направлении, противоположном и параллельном направлению падающего пучка, и оптического клина, расположенного перед отражателем, перекры вающего половину рабочей апертуры отражателя.Недостатком данной системы является вызываемое клином отклонение выходящего иэ отражателя пучка лучей по отношению 20 к падающему, что ограничивает дистанцию между базовым и контролируемым объектами и диапазон измеряемых углов, поскольку при изменении дистанции выходящий пучок лучей виньетируется оправой объектива 25 приемной части. Кроме того, конструкция предполагает использование двух фотоприемников в составе автоколлиматора, что услокняет схему фотоприемного устройства. Кроме того, мерой угла скручиванию являет ся величина смещения энергетического центра изображения марки по позиционно- чувствительному фотоприемнику, что определяет значительную погрешность измерения вследствие неоднородности чув ствительности по площади приемника и нестабильности параметров фотоприемника во времени.Известна отражательная система автоколлимационного устройства, представля ющая собой световозвращатель, углы между гранями которого равны 90, и установленную перед ним по ходу луча на половине его входного зрачка телескопическую анаморфозную систему из двух иден тичных оптических клиньев, скрепленную с отражателем, при этом первая по ходу луча преломляющая грань первого клина перпендикулярна оптической оси отражателя, а величина преломляющего угла О каждого 50 клина и угол 01,2.между второй преломляющей гранью первого клина и первой преломляющей гранью второго клина определяются выражением550 огсзп.:,г = агаво(п,рп О),Ап - 1.где и - показатель преломления стеклаклиньев; А - коэффициент анаморфозы системы клиньев.Недостатком известной системы является малая для большинства практических задач точность измерения угла скручивания. Для данной системы она определяется величиной коэффициента А, которая как показывает анализ литературных источников, не превосходит 1,8 - 2, что недостаточно для построения высокоточной углоиэмерительной системы.Цель изобретения - увеличение точности измерения. угла скручивания эа счет увеличения чувствительности.Поставленная цель достигается тем, что на второй половине исходного зрачка световозвращателя установлено скрепленное с ним двугранное зеркало с прямым углом между отражающими плоскостями таким образом, что ребро двугранного зеркала составляет угол ас главным сечением оптических клиньев, составляющих телескопическую анаморфозную систему.На фиг.1 показан вид диафрагмы марки а и вид изображения марки б, в; на фиг.2 - графики зависимостей= т(р) для предлагаемой отражательной системы и прототипа; на фиг.З - схема отражательной системы.Эффект увеличения чувствительности, а следовательно, и точности измерения путем установки перед световозвращателем двугранного зеркала наблюдается при любых значениях угла а, кроме а= в 90, где в,1,2., Если предположить, что ребро двугранного зеркала совпадает с плоскостью действия анаморфозы системы клиньев или перпендикулярно ей, то уменьшенное (или увеличенное) в А раз изображение марки. образующееся после прохождения пучком анаморфозной системы в прямом ходе, не претерпевает изменений в пространстве после отражения зеркалом и после прохождения в обратном ходе анаморфозной системы, увеличившись (или уменьшившись) в А раз, приобретает вид исходной марки. В этом случае отсутствует изменение формы изображения и устройство непригодно для определения угла скручивания р, При любых других значениях а изображение марки, получившееся после двукратного прохождения анаморфозной системы, не имеет исходный вид. Полученное измене.- ние формы изображения позволяет измерить угол поворота р, При а= 45(фиг,1 б,в), изображение марки, полученное после прохождения анаморфоэной системы, поворачивается зеркалом при отражении на 90 О, благодаря чему достигается максимальное искажение формы изображения марки, 1728653Рассмотрим схему предлагаемой отражательной системы (фиг,3), которая включает в себя свето возвращатель 1,установленную перед ним на половине его 5входного зрачка телескопическую анаморфозную систему 2 и перекрывающее вторуюполовину входного зрачка световозвращателя двугранйое зеркало 3, ребро которогообразует угол ас плоскостью действия анаморфозы системы 2.Отражательная система работает следующим образом,Параллельный пучок лучей, сформированный обьективом автоколлиматора (не 15показан), проходит анаморфозную систему2, установленную на половине входногозрачка световозвращателя - стеклянноготетраэдра 1. При этом пучок изменяет уголрасходимости в плоскости действия анаморфозы, совпадающей с плоскостью главного сечения клиньев анаморфознойсистемы. После отражения от световозвращателя пучок отражается прямым двугранным зеркалом 3, установленным на второй 25половине входного зрачка световозвращателя.Наибольщий трансформирующий эффект достигается, когда ребро зеркала составляет угол 45 с плоскостью действия 30анаморфозы, при этом плоскость пучка сизмененным углом расходимости повернется на 90 (ортогонально плоскости действияанаморфозы), Затем пучок повторно отражается от световозвращателя и вновь проходит анаморфозную систему, При этомтакже меняется угол расходимости пунка вплоскости действия анаморфозы. Однаковследствие отражения от двугранного зеркала второе изменение угла расходимости 40пучка происходит в плоскости, ортогональной плоскости изменения расходимости после первого прохождения анаморфознойсистемы.В результате пучок претерпевает существенное трансформирование, что определяет увеличение суммарного коэффициентаанаморфозы. Это определяет высокую чувствительность к углу скручивания груглоизмерительной системы, использующей 50рассмотренную отражательную систему.Для интервала о 26,5; 63,5 ) статистическая характеристика угломера, использующего рассмотренную систему близка клинейной и определяется выражением 55Аамср =05 агссоз ( ф, у=У-Х,1+А 2 где Х и У - размеры иэображения марки поосям ОХ и ОУ соответственно (фиг.1 в);А - коэффициент анаморфозы призменной анаморфозной системы,Зависимость д=1(р) при А = 2 дляразработанной отражательной системыприведена на фиг.2 (график 1).Чувствительность для участка р 26,5,63,5) определяется выражением+А 2- - = - 23 и 2 р.бр АЧувствительность прототипа при использовании в качестве информативногопараметра значенияг = У - Х = (А - 1 соз 2 ропределяется выражениемОп= -2 (А - 1) зп 2 р.ОфСравнивал эти выражения, имеют увеличение чувствительности при использовании предлагаемого отражателя в1+А- т --раа, Например, при А = 2 чуастаи.тельность повышается в 2,5 раза (фиг,2).Таким образом, предлагаемая отражательная система обладает более высокойчувствительностью и, следовательно, точностью по сравнению с прототипом. При этомсохраняется возможность ее использования при изменении дистанции до контролируемого объекта.Формула изобретенияОтражательная система оптико-электронного устройства для измерения угласкручивания обьекта, содержащая приэменный световозвращатель в виде стеклянноготетраэдра и скрепленную с ним телескопическую анаморфозную систему в виде двухпоследовательно расположенных оптических клиньев, ориентированных в противоположные стороны, один иэ которыхориентирован к оптической оси, установленную на одной половине входного зрачкаприэменного световозвращателя, о тл и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышенияточности, она снабжена двугранным зерка-.лом с прямым углом между отражающимиплоскостями, установленным во второй половине входного зрачка призменного световозвращателя Й ориентированнымотносительно главного сечения телескопической анаморфозной системы так, что ребро двугранного зеркала составляет угола Ф п 1 90 О, где т = 0,1,2 и т.д., с ним,1728653 05 а Составитель Д.ЗубенкоТехред М.Моргентал Корректор М,Шаро Редактор О.Гол Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагар акаэ 139ВНИИ ТиражГосударственного комитет113035, Москва, Ж Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб., 4/5