Способ измерения расстояния до поверхностей и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 ц 956978 ф(1)М Кп 3 6 01 В 11/14 Государственный комитет СССР по делам имбретений и открытий(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО ПОВЕРХНОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для измерения расстояния до поверхностей и может быть использовано преимущественно в производстве,5 занятом изготовлением листовых материалов, например в целлюлозно-бумаж-. ной промышленности.Известен способ измерения расстояния до поверхностей, заключающийся в .том, что направляют на поверхность под углом к ней телецентрический пучок излучения, регистри-руют угловое распределение интенсивности отраженного поверхностью излу" чения путем сканирования отраженного пучка в плоскости. регистрации и определяют контролируемый параметр 11.Недостатком этого способа является низкая точность измерения расстояния до движущихся диффуэно-отражающих поверхностей, обусловленная необходимостью сканирования изменяющегося во времени светового распределения в плоскости регистрации, а 25 также пятнистым характером указанного распределения.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения расстояния до по". 30 верхностей, заключающийся в том,что формируют гомоцентрический пучок когерентного излучения, направляют его на поверхность, модулируютотраженное от поверхности излучение,регистрируют его и определяют рас"стояние от центра гомоцентрическогопучка до поверхности 2. Недостатком известного способа является сравнительно низкая точность измерения расстояния до движущихся диффуэно-отражающих поверхностей, обусловленная случайнык ха" рактером распределения энергии в отраженном поверхностью излучения, а также изменением этого распределения при движении поверхности,Известно устройство для измерения расстояния до поверхностей, содержащее источник излучения и установленный эа ним формирователь гомоцентрического пучка, фотоэлектрический регистратор, выполненный в виде расположенных один за другим пространственного фильтра и фотоприемника и устанавливаемый на пути отражаемого поверхностью излучения, и элект" ронный блок обработки сигналов, один иэ входов которого подключенк выходу Фотоэлектрического регистратора 2) .Недостатком известного устройства является сраннительно низкая точность измерения расстояния до движущихся диффузно"отражающих понерх ностей.Целью изобретения является повышение точности измерения расстояния до движущихся диффузно-отражающих поверхностей. ОУказанная цель достигается тем, что регистрируют дифракционную пятнистую картину, образованную отражаемым поверхностью излучением, измеряют скорость движения поверхнос ти и скорость движения дифракционной картины, а расстояние т определяют по ФормулеС/о 20 где С - расстояние от центра гомоцентрического пучка доплоскости регистрации;Ч, Ч - скорости движения дифракционной картины в плоскости регистрации и поверхности соответственно, знакф+ соответствует расположению центра гомоцентри-,ческого пучка между поверхностью и плоскостьюрегистрацииУстройство для осуществления способа снабжено измерителем скорости движения поверхности, электричес" кий выход которого подключен к второму входу электронного блока обработки сигналов.Измеритель скорости движения поверхности может быть выполнен в виде фотоэлектрического регистра тора, идентичного первому и размещенного на пути отражаемого поверхностью излучения так, что его прост ранственный фильтр лежит в плоскости, проходящей через центр гомоцентрического пучка параллельно поверхности, фКроме того, измеритель скорости движения поверхности может быть выполнен в виде формирователя телецентрического пучка, установленного в ходе лучей от источника, и Фотоэлектрического регистратора, идентичного первому, размещаемого на пу. ти отражае "х поверхностью "учей 55 телецентрического пучка.На чертеже представлена схема устройстна для.осуществления предлагаемого способа.Устройство содержит источник 1 60 излучения, Формирователь 2 гомоцентрического пучка, Фотоэлектрический регистратор 3 н виде расположенных один за другим пространственного Фильтра 4 и фотоприемника 5,электронный блок б обработки сигналов и измеритель 7 скорости движенияповерхности 8, выполненный, например, в виде Формирователя 9 телецентрического пучка, установленногов ходе лучей. от источника 1, и фотоэлектрического регистратора 10,идентичного регистратору 3.В случае освещения поверхности 8расходящимся гомоцентрическим пучкомизмеритель 7 скорости движения поверхности 8 может быть выполнен ввиде фотоэлектрического регистратора11 (показан пунктиром), идентичногорегистратору 3 и устанавливаемогона пути отражаемых поверхностью 8лучей гомоцентрического пучка так,что пространственный фильтр регистратора 11 лежит в плоскости, проходящей через центр гомоцентрического пучка (точкаР ) параллельно поверхности 8.фотоэлектрический регистратор 3устанавливается на пути отражаемыхповерхностью 8 лучей гомоцентрического пучка на расстоянии, отличномот расстояния от точки Р до поверхности 8,Фотоэлектрический регистратор 10устананлинается на произвольномрасстоянии от поверхности 8 в ходеотражаемых ею лучей телецентрического пучка.Каждый из фотоэлектрическихрегистров 3, 10 и 11 ориентируетсятак, что он регистрирует излучение,отражаемое поверхностью 8 в направлении, близком к ее нормали, а расстояние от пространственного фильтра каждого из указанных регистраторов 3, 10 и 11 до поверхности 8значительно больше размеров освещенной площадки на этой поверхности,Один из входов электронного блока б обработки сигналов подключен к выходу фотоэлектрического регистратора 3, а другой - к выходу измерите" ля 7 скорости движения поверхности 8. На третий вход электронного блока б подан постоянный электрический сигнал, прОпорциональный расстояниюбот точки Р до пространственного Фильтра 4 фотоэлектрического регистратора 3.Пространственные Фильтры Фотоэлектрических регистраторов 3, 10 и 11 могут быть выполнены в Виде амплитудных дифракционных решеток.В качестве источника 1 излучения может быть использован оптический квантовый генератор. В этом случае формирователь 2 гомоцентрического пучка может быть выполнен в виде объектива, а формирователь 9 телвцентрического пучка - в ниде телескопической системы,Способ осуществляется следующимобразом.формирователь 2 преобразует излучение источника 1 в гомоцентрический пучок с центром в точке Р падающий на движущуюся со скоростью Ч диффузно-отражающую поверхность8. Отражаемые поверхностью 8 лучи гомоцентрического пучка поступают в фотоэлектрический регистратор 8 и образуют в плоскости его пространственного фильтра 4 (в плоскостирегистрации) перемещающуюся дифракционную картину, скорость Ч перемещения которой зависит как от скорости Ч перемещения поверхности 8,так и от расстояния г от этой поверхности до пространственногоФильтра 4 указанного регистратора 3, и описывается уравнением(1 + г/г) (1) где г - расстояние от точки Ф до поверхности 8 знак +1 соответствует освещению поверхности 8 расходящимся пучком, знак -1 - освещению поверхности 8 сходящимся пучком).Пространственный фильтр 4 фотоэлектрического регистратора 3 модулирует перемещающуюся дифракционную ,картину, в результате чего с выхода регистратора 3 на соответствующий вход электронного блока 6 поступает электрический сигнал, пропорциональный скорости Ч перемещения дифракционной картины в плоскости, отстоя. щей от поверхности 8 на расстоянии г,Измеритель 7 измеряет скорость Уо движения поверхности 8, в результате чего с его выхода на соответствующий вход электронного блока 6 поступает электрический сигнал, пропорциональный скорости Чо движения поверхности 8= гп - С (2) для случая освещения поверхности 8 расходящимся пучком и расположения точки ср между поверхностью 8 и плос" костью регистрации (пространственный фильтр 4) Фотоэлектрического регистратора 3;г=С - г (3) для случая освещения поверхности 8 сходящимся пучком;г=г,+С (4) для случая:освещения поверхности 8 расходящимся пучком и расположения плоскости регистрации фотоэлектрического регистратора 3 между точкой (Р и поверхностью 8.Совместное решение уравнений (1)-(4) дает. формулу для вычисления расстояния,гы+ (5) где знак - соответствует распо"ложению центра гомоцентрическогопучка (точкасР ) между поверхностью8 и плоскостью регистрации (пространственный фильтр 4) фотоэлектрического регистратора 3.Электронный блок 6 обработки сигналов осуществляет преобразованиепоступающих на его входы сигналовв соответствии с формулой (5) и фор мирует на своем выходе сигнал, пропорциональный измеряемому расстоянию г.В случае выполнения измерителя7 скорости движения поверхности 8 15 в виде регистратора 11, скоростьперемещения дифракционной картиныв плоскости его пространственногоФильтра равна удвоенной скорости движения поверхности 8, благодаря чему 2 О регистратор 11 Формирует на своемвыходе электрический сигнал, пропорциональный скорости Чо движенияповерхности 8.Достоинством данного варианта вы 25 полнения измерителя 7 является егопростота. Однако он может быть использован лишь в случае освещенияповерхности 8 расходящимся пучкам,а точность измерения скорости ее ЗО движения зависит от точности ориента.ции регистратора 11 относительноцентра кривизны гомоцентрическогопучкаНаиболее оптимальным вариантом,свободным от указанных недостатковявляется выполнение измерителя 7в виде формирователя 9 телецентричЬского пучка и фотоэлектрическогорегистратора 10В этом случае скорость перемещения дифракционной 4 О картины, образованной отраженнымиот движущейся поверхности 8 лучамителецентрического пучка, в плоскости пространственного Фильтра регистратора 10 равна скорости движео 45 ния поверхности 8, благодаря чемурегистратор 10 формирует на своемвыходе сигнал, пропорциональныйскорости Ч движения поверхности 8.1 Повышение точности измерения 50 расстояния до движущихся диффузноотражающих поверхностей при использовании изобретения достигается засчет измерения скоростей движенияповерхности и диффракционнрй картины 55 образованной отраженным от поверхности излучением, а также за счетснабжения устройства для измерениярасстояния до поверхностей измерителем скорости движения поверхностиформула изобретения. 1. Способ измерения расстояниядо поверхностей, заключающийся втом, что формируют гомоцентрическийпучок излучения, направляют его на поверхность, модулируют отраженное от поверхности излучение, регистрируют его и определяют расстояние от центра гомоцентрического пучка до поверхности, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыаения точности измерения расстояния до движущихся диффузно-отражающих поверхностей, регистрируют дифракционную пятнистую картину, образованную отражаемым поверхностью излучением, измеряют скорость движения поверхности и скорость движения дифракционной картины, а расстояние определяют по ФормулеСч(ч -г.где С - расстояние от центра гомоцентрического пучка до плоскости регистрацииУ,о - скорости движения дифракционной картины в плоскостирегистрации и поверхности,соответственно, знак +соответствует расположениюцентра гомоцентрическогопучка между йоверхностью иплоскостью регистрации.2, Устройство для измерения расстояния до поверхностей, содержащее источник излучения и установленный за ним формирователь гомоцентрического пучка, фотоэлектрический регистратор, выполненный в виде расположенных один за другим пространст" ,венного Фильтра и Фотоприемника и устанавливаемый на пути отражаемогоповерхностью излучения, и электронный блок обработки сигналов, одиниз входов которого подключен к выходу Фотоэлектрического регистратора,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтооно снабжено измерителем скоростидвижения поверхности, электрическийвыход которого подключен к. второмувходу электронного блока обработки1 О сигналов.3. Устройство по п, 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что измеритель скорости движения поверхностивыполнен в виде Фотоэлектрического15 регистратора, идентичного, первому иразмещенного на пути отражаемогоповерхностью излучения так, что егопространственный фильтр лежит вплоскости, проходящей через центргомоцентрического пучка параллельноповерхности.4 Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что измеритель скорости движения поверхностивыполнен в виде формирователя теле 25центрического пучка, установленногов ходе лучей от источника, и фотоэлектрического регистратора, идентичного первому, размещаемого на пути отражаемых поверхностью лучейтелецентрического пучка.источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Заявка ФРГ Р 2650422,кл. С 01 В 11/14, 1977,2, Заявка ФРГ Р 2058597,кл. С 01 В 11/14, 1972 (прототип).956978 оставитель О. Фомехред Т Маточка н Ю. Макаренко адакто ол Заказ 6579/2 дписнСР Филиал ППП ффПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная 6 Тираж б 14ВНИИПИ Государственнопо делам изобретен 13035, Москва, %-35, Ра П комитета С и открытий кая наб.,