Измеритель малых расстояний

Полезная модель относится к средствам измерения длины с использованием оптических устройств и может быть применена для повышения точности измерения малых расстояний до объекта и упрощения конструкции измерителя.

Измеритель малых расстояний до объекта содержит оптически связанные и последовательно размещенные два источника оптического излучения - лазеры, оптическую систему, которая выполнена в виде двух фокусирующих линз, расположенных, соответственно, перед объектом и перед фотоприемником, светоделитель, фотоприемник, регистратор и блок обработки, а расстояние до объекта определяют из соотношения:

r=r₀+,

где r - измеряемое расстояние до объекта;

r₀ - первоначальное (номинальное) расстояние до объекта;

- отклонение от первоначального (номинального) расстояния до объекта

=(₁-₂)/(k₁-k₂);

₁ и ₂ - приращения радиусов пятен, формируемых, соответственно, первым и вторым источниками оптического излучения (лазерами) с длиной волны ₁ и ₂;

k₁ и k₂ - тарировочные коэффициенты зависимости изменения размера пятна от длины волны ₁ и ₂, определяемые экспериментально.

Полезная модель относится к средствам измерения длины с использованием оптических устройств и может быть применена для повышения точности измерения малых расстояний до объекта и упрощения конструкции измерителя.

Из уровня техники известен измеритель перемещений - малых расстояний до объекта, содержащий оптически связанные и последовательно размещенные источник оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, фотоприемник, регистратор и блок обработки (RU 2169348, G01B 9/021, 2001). В данном измерителе светоделитель представляет собой фотопластинку с объемной фурьеголограммой, содержащей страты в виде совокупности усеченных гиперболоидов, "вложенных" друг в друга и имеющих эллиптическую форму в плоскости сечения эмульсии голограммы, что при конструктивной сложности не обеспечивает надежности и точности измерения малых расстояний, особенно применительно к вращающемуся объекту.

Полезная модель направлена на упрощение конструкции измерителя и повышения точности и простоты измерения малых расстояний до объекта, в том числе и вращающегося.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что измеритель малых расстояний до объекта, содержащий оптически связанные и последовательно размещенные источник оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, фотоприемник, регистратор и блок обработки, согласно полезной модели, дополнительно содержит второй источник оптического излучения с длиной волны, отличающейся от длины волны первого источник оптического излучения, оптическая

система выполнена в виде двух фокусирующих линз, расположенных, соответственно, перед объектом и перед фотоприемником, а расстояние до объекта определяют из соотношения:

r=r₀+,

где r - измеряемое расстояние до объекта;

r₀ - первоначальное (номинальное) расстояние до объекта;

- отклонение от первоначального (номинального) расстояния до объекта

=(₁-₂)/(k₁-k₂);

₁ и ₂ - приращения радиусов пятен, формируемых, соответственно, первым и вторым источниками оптического излучения (лазерами) с длиной волны ₁ и ₂;

k₁ и k₂ - тарировочные коэффициенты зависимости изменения размера пятна от длины волны ₁ и ₂, определяемые экспериментально.

При этом светоделитель выполнен в виде делительного куба.

Кроме того, регистратор может быть выполнен в виде видеокамеры.

Наличие двух лазерных источников оптического излучения позволяет получить два плоских световых пятна на фотоприемнике-экране, приращение (изменение) радиусов которых легко обработать и, соответственно, надежно и точно определить перемещение или малые расстояния даже при вращении объекта при простоте конструктивного выполнения измерителя в целом.

На чертеже схематично представлен общий вид измерителя малых расстояний до объекта.

Измеритель малых расстояний до объекта (перемещений) содержит оптически связанные и последовательно размещенные первый источник оптического излучения - лазер 1 с длиной волны ₁ и второй источник

оптического излучения - лазер 2 с длиной волны ₂, оптическую систему, которая выполнена в виде двух фокусирующих линз 3 и 4, расположенных, соответственно, перед объектом 5 и перед фотоприемником-экраном 6, светоделитель 7, выполненный в виде делительного куба, регистратор 8, который может быть выполнен в виде видеокамеры, и блок 9 обработки (вычислитель расстояний), например в виде микропроцессора.

Заявленный измеритель работает следующим образом.

Луч от первого источника оптического излучения - лазера 1 на длине волны ₁ через зеркало 10 поступает на светоделитель - делительный куб 7, где суммируется с лучом на длине волны ₂, поступающим через зеркало 11 от второго источника оптического излучения - лазера 2, суммарный двойной луч направляется на объект 5 (например, вращающуюся деталь, обрабатываемую на токарном станке) через светоделитель - делительный куб 7 и фокусирующую линзу 3, собирающую лучи на поверхности объекта 5 в световые пятна. Отраженные от поверхности объекта 5 световые сигналы проходят через линзу 3 светоделитель - делительный куб 7 и фокусирующую линзу 4, собирающую отраженные световые сигналы в световые пятна, визуализируемые на фотоприемнике-экране 6, которые фиксируются видеокамерой 8, и затем обрабатываются при помощи программного блока 9 (вычислителя расстояний), который определяет - рассчитывает отклонение «А» от первоначального (номинального) расстояния до объекта (перемещение) по соотношению:

=(₁-₂)/(k₁-k₂),

где ₁ и ₂ - приращения радиусов пятен, формируемых, соответственно, первым и вторым источниками оптического излучения - лазерами) 1 и 2 с длиной волны ₁ и ₂;

k₁ и k₂ - тарировочные коэффициенты зависимости изменения размера пятна от длины волны ₁ и ₂, определяемые экспериментально, и расстояние до объекта, определяемое из соотношения:

r=r ₀+,

где r - измеряемое расстояние до объекта;

r₀ - первоначальное (номинальное) расстояние до объекта.

1. Измеритель малых расстояний до объекта, содержащий оптически связанные и последовательно размещенные источник оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, фотоприемник, регистратор и блок обработки, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй источник оптического излучения с длиной волны, отличающейся от длины волны первого источника оптического излучения, оптическая система выполнена в виде двух фокусирующих линз, расположенных соответственно перед объектом и перед фотоприемником, а расстояние до объекта определяют из соотношения:

r=r₀+,

где r - измеряемое расстояние до объекта;

r₀ - первоначальное (номинальное) расстояние до объекта;

- отклонение от первоначального (номинального) расстояния до объекта =(₁-₂)/(k₁-k₂);

₁-₂ - приращения радиусов пятен, формируемых соответственно первым и вторым источниками оптического излучения (лазерами) с длиной волны ₁ и ₂;

k₁ и k₂ - тарировочные коэффициенты зависимости изменения размера пятна от длины волны ₁ и ₂, определяемые экспериментально.

2. Измеритель малых расстояний до объекта по п.1, отличающийся тем, что светоделитель выполнен в виде делительного куба.

3. Измеритель малых расстояний до объекта по п.1 или 2, отличающийся тем, что регистратор выполнен в виде видеокамеры.