Устройство для сдвига транспаранта

Устройство для сдвига транспаранта на N шагов предназначено для быстрого сдвига транспаранта с записанной на нем системой полос на строго заданную величину. Такое устройство может использоваться в оптической профилометрии, основанной на проекции полос и методе фазовых шагов. Устройство содержит привод вращения, кинематическую пару и толкатель транспаранта. Кинематическая пара выполнена в виде кулачка, содержащего эксцентрик, состоящий из N+1 секторов с одинаковыми углами при вершине, радиус которых уменьшается от сектора к сектору на величину где L - период решетки, записанной на транспаранте. Это позволяет при большом диапазоне перемещения с большей скоростью и точностью сдвигать транспарант на заданное количество шагов.

Устройство предназначено для быстрого сдвига транспаранта с записанной на нем системой полос на строго заданную величину. Такое устройство может использоваться в оптической профилометрии, основанной на проекции полос и методе фазовых шагов (fringe projection and phase shifting profilometry), предназначенной для бесконтактных измерений профиля поверхности трехмерных (3D) объектов. Система полос проецируется на объект под одним углом, а регистрируется - под другим углом. Из-за параллакса система полос искривляется в зависимости от сложности рельефа поверхности. Информация о высоте рельефа закодирована в искривлении полос. Для извлечения этой информации необходимо «расшифровать» зарегистрированную картину полос (fringe pattern). Наиболее точным и автоматическим методом расшифровки является метод фазовых шагов. Для его реализации необходимо зарегистрировать несколько картин полос при различном сдвиге этих полос. Причем величина поперечного сдвига полос должна быть известна с высокой точностью. Обычно для метода с N шагами эта величина должна составлять 1/N часть от периода полос. ^v

Известно устройство для сдвига транспаранта, содержащее пьезопривод, толкатель транспаранта с направляющими [U.S. Patent Mar.11, 1986 4,575,805]. Вследствие обратного пьезоэффекта происходит деформация пьезоэлемента и смещение толкателя транспаранта по направляющим. Однако это устройство обеспечивает небольшой диапазон сдвига, из-за наличия гистерезиса требует калибровки, а также высокого напряжения питания. Достоинством данного устройства является большая скорость сдвига.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является устройство для сдвига транспаранта, содержащее шаговый двигатель, кинематическую винтовую пару и толкатель транспаранта с направляющими [Optical Engineering, Vol.40, No.8, PP. 1653-1660 Klaus Körner, Robert Windecker, Matthias Fleischer, Hans J.Tiziani. One-grating projection for absolute three-dimensional profiling]. Вращение вала шагового двигателя с помощью кинематической винтовой пары преобразуется в прямолинейное поступательное движение гайки, которая сдвигает толкатель транспаранта по направляющим. Однако из-за погрешности углового шага (около 10%) двигателя данное устройство имеет невысокую точность. Для перемещения гайки на один шаг сдвига транспаранта необходимо совершить большое число оборотов вала, что ведет к уменьшению скорости сдвига транспаранта.

Заявляемая полезная модель была разработана как результат решения задачи создания устройства для сдвига транспаранта, конструктивное выполнение которого позволило бы достичь высокой точности и скорости сдвига при большом диапазоне сдвига и низком напряжении питания.

Это достигается тем, что устройство для сдвига транспаранта, содержит привод вращения, например, шаговый двигатель, и кинематическую пару, выполненную в виде кулачкового механизма. При этом эксцентрик кулачкового механизма имеет профиль поверхности скольжения в виде совокупности секторов с разными радиусами (фиг.1).

Для обеспечения сдвига транспаранта на N шагов эксцентрик состоит из N+1 секторов, причем при переходе к каждому последующему сектору радиус R_n уменьшается на величину:

где L - период решетки, записанной на транспаранте, n-номер сектора, n=1,2,,N+1. Угол при вершине каждого сектора равен 360°/(N+1).

Устройство работает следующим образом. В начальном положении толкатель упирается в середину дуги первого сектора эксцентрика и находится на расстоянии R₁ от оси вращения вала. После подачи на привод вращения, например, шаговый двигатель, электрического импульса вал двигателя поворачивается на один угловой шаг, равный углу при вершине сектора. При этом толкатель упирается в середину дуги второго сектора, радиус которого равен R₂. Таким образом, толкатель линейно перемещается относительно оси вращения вала на величину R, равную шагу сдвига транспаранта, выражаемому формулой (1). При приходе следующего импульса все повторяется. Погрешность перемещения толкателя, а значит и транспаранта, который жестко связан с толкателем, постоянна и определяется погрешностью изготовления эксцентрика.

Покажем, что погрешность поворота вала не сказывается на точности линейного перемещения толкателя. Это объясняется тем, что при повороте вала с эксцентриком толкатель упирается в достаточно большую по длине дугу сектора 1 (см. Фиг.1), которая отстоит от центра на одном и том же расстоянии. Даже если из-за погрешности привода вращения при повороте вала толкатель попадет не на середину дуги сектора, он все равно будет находиться на том же расстоянии от оси вращения, постоянном для всей дуги сектора.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения на прилагаемом чертеже:

Фиг.1 - Эксцентрик кулачкового механизма для сдвига транспаранта на 7 шагов. Эксцентрик содержит 8 секторов. Длина дуги каждого сектора равна 1, радиусы секторов изменяются от R₁ до R₈ с шагом R. Разность между радиусом первого сектора R₁ и восьмого сектора R₈ равна периоду решетки L, записанной на транспаранте.

Таким образом, предложенное устройство позволяет при большом диапазоне перемещения с большей скоростью и точностью сдвигать транспарант на заданное количество шагов.

Устройство для сдвига транспаранта на N шагов, содержащее привод вращения, кинематическую пару и толкатель транспаранта, отличающееся тем, что кинематическая пара выполнена в виде кулачка, содержащего эксцентрик, состоящий из N+1 секторов с одинаковыми углами при вершине, радиус которых уменьшается от сектора к сектору на величину где L - период решетки, записанной на транспаранте.