Оптико-электронное устройство для контроля положения объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта в машиностроении, Целью изобретения является увеличение производительности контроля и измерение также углов скручивания объекта за счет измерения угловых и линейных перемещений объекта без перефокусировки автоколлиматора. Формируют объективом 3 автоколлиматора параллельные пучки лучей от подсвечиваемой марки, вьпшлненной из двух отверстий 1 и 2, смещенных относительно оптической оси объектива 3, направляют сформированные пучки на отражатель 7, скрепленный с контролируемым объектом (не показан), Принимают пучки, отраженные от отражателя 7, объективом 3 автоколлиматора, строят их изображение на позиционно-чувствительном фотоприемнике 4 , например ПЗС матрице. Одновременно формируют объективом 5 коллиматора второй параллельный пучок лучей от марки 6, направляют его через объектив 3 автоколлиматора на отра :атель 7, отраженный пучок лучей от зеркальной поверхности сферы, выполненной в отражателе, также принимают объективом 3 автоколлиматора и строят его изображение на позиционно-чувствительном фотоприемнике Д. По положению изображения марок фотоприемника судят об угловых и линейных смещениях объекта, 6 ил. S сл Фиг.г

СОЮЗ CQBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ1307230 д 11 4 С 01 В 11/26

1 Ф . 13, 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3997042/24 — 28 (22) 30,12.85 (46) 30.04.87.Бюл. № 16 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Г.В.Бреенков, Э.Д.Панков и И.И,Кодинцев (53) 531.742 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 416556, кл. G 01 В 11/26, 1974, (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта в машиностроении, Целью изобретения является увеличение производительности контроля и измерение также углов скручивания объекта за счет измерения угловых и линейных перемещений объекта без перефокусировки автоколлиматора, Формируют объективом 3 автоколлиматора параллельные пучки лучей от подсвечиваемой марки, выполненной из двух отверстий 1 и 2, смещенных относительно оптической оси объектива 3, направляют сформированные пучки на отражатель 7, скрепленный с контролируемым объектом (не показан), IIpz»нимают пучки, отраженные от отражателя 7, объективом 3 автоколлиматора, строят их изображение на позиционно-чувствительном фотоприемнике 4, например ПЗС матрице. Одновременно формируют объективом 5 коллиматора второй параллельный пучок лучей от марки 6 направляют его через объектив 3 автоколлиматора на отражатель 7, отраженный пучок лучей от зеркальной поверхности сферы, выполненной в отражателе, также принимают объективом 3 автоколлиматора и строят его изображение на позиционно-чувствительном фотоприемнике 4.

По положению изображения марок фотоприемника судят об угловых и линейных смещениях объекта, 6 ил.

I (у +72

+ y = arcsin

30 где 1 — величина смещений центров светящихся отверстий 1 и 2 марки, Коллимационные углы у и (фиг.5) вычисляются следующим обра-.

35 зом: где Х„и Х(— смещения изображений отверстий 1 и 2 марки, Центр иэображения марки 2 при сме.

50 щениях объекта (не показан) вдоль осей Х и Y (фиг.6) смещается в противоположные стороны на расстояния

Х и 7 9 соответственно, измеряемые смещения Х и Y вычисляют следующим

55 образом:

1 130723

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта в машиностроении.

Целью изобретения является увели- 5 чение производительности контроля и измерения также углов скручивания за счет одновременного измерения угловых и линейных перемещений объекта.

На фиг,1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 — прямоугольные призмы одного из двух призменных блоков; на фиг. 3 — отражатель; на фиг.4 — поло- t5 жение изображения марки при наличии угла скручивания; на фиг. 5 — то же, при наличии коллимационных углов разворота объекта; на фиг. 6 — то же, при наличии перемещения объекта 20 вдоль осей.

Устройство содержит марку, выполненную в виде экрана с двумя отверстиями 1 и 2, объектив 3 и позиционно-чувствительный фотоприемник 4,например ПЗС, матрицы, образующие автоколлиматор, коллиматор, включающий объектив 5 и марку 6, расположенную в фокальной плоскости, отражатель 7, выполненный из двух приэменных блоков, каждый из которых включает две прямоугольные призмы 8 и 9, одна из которых (9) выполнена усеченной. В гипотенуэной грани усеченной призмы

9 выполнена сфера и на ее поверхность нанесено отражающее покрытие, Задняя фокальная плоскость автоколлиматора совмещена с фокусом сферы.

Отверстия 1 и 2 марки автоколлиматора расположены в плоскости главного сечения отражателя 7, а коллиматор — в плоскости, перпендикуляр" ной ей. Объект на чертеже не показан.

Устройство работает следующим образом, Объективом 3 автоколлиматора формируют параллельные пучки лучей от светящихся отверстий 1 и 2 марки и и направляют их на отражатель 7, световозвращенные от него пучки лучей принимают объективом 3 автоколлиматора и строят их изображение на позиционно-чувствительном фотоприемнике 4. Одновременно формируют объективом 5 коллиматора параллельный пучок лучей от светящейся марки 6,направляют его через объектив 3 автоколлиматора на отражатель 7, отра0 г женный пучок лучей от отражающей поверхности сферы принимают объективом 3 автоколлиматора и также строят его иэображение на позиционночувствительном фотоприемнике 4. По положению изображения отверстий 1 и 2 марки 6 на чувствительной площадке позиционно-чувствительного фотоприемника 4 судят об угловых и линейных смещениях объекта (не показан), Центры иэображений отверстий 1 и

2 марок при угловом повороте (угол скручивания) (фиг,4) смещаются относительно нулевого положения в противоположные стороны, на расI I I ( стояние Y = Y + Y где Y u Yz

1 Я

1 текущие смещения центров изображений отверстий 1 и 2 марки соответственно при угле поворота (1(по часовой

z стрелке; Y — текущее суммарное расстояние между центрами изображений отверстий 1 и 2 марки.

Измеряемый угол поворота у вычисZ ляют согласно зависимости ((Y1 — Yz

+(х = 2 агсtg где f, — фокусное расстояние объектива 3 автоколлиматора.

I I

Х1+ Xz

+(= 2 arctg — — --,—--Ty 2f, I

Х1Д

2 arctg — — -,—

+ (Хз — Х1р) f з

1 (где Š— фокусное расстояние сферы

1307230 УЗ (У1 У2) 2 Г3 ворота„

Орать ч@ниаь

С выходов позиционно-чувствительного фотоприемника 4 снимают сигнаI лы, пропорциональные смещениям У, и

Y Х„ и Х,, Х и У, причем сигналы сйимаются в порядке, согласованном с последовательностью излучаемых им(( пульсов, при этом смещения У, и Y регистрируются только от изображений, находяшихся на вертикальной линии, проходящей через центр позиционночувствительного фотоприемника 4.

Для малых угловых отклонений объекта расчетные зависимости можно упростить, пренебрегая погрешностями (по причине их малых величин), возникающими при линеаризации тригонометрических функций, а также ошибками от действия, так называемых "косинусных погрешностей, дающих симметричные смещения по координате X при угле поформулаизобретения

Оптико-электронное устройство для контроля положения объекта, содержащее объектив, марку, установленную в фокальной плоскости объектива, и позиционно-чувствительный фотоприемник, оптически связанный с маркой, образующие фотоэлектрический автоколлиматор„ и отражатель, предназначенный для скрепления с контролируемым объектом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности контроля и измерения также углов скручивания объекта, оно снабжено коллиматором, выполненным из объектива и марки, отражатель выполнен из двух призменных блоков, каждый из которых состоит соответственно из двух прямоугольных призм, выполненных иэ материалов с различными показателями преломления, одна из призм в каждой из пар выполнена с усеченной плоскостью, перпендикулярной ее гипотенузной грани и расположенной от вершины прямого угла призмы на расстоянии, равном высоте второй призмы, и со сферой на части гипотенузной грани с нанесением на сферу отражающим покрытием, призмы скреплены одна по отношению к другой катетными гранями и ориентированы таким образом, что образуют призму

20 АР— 90(, призменные блоки соединены один с другим через призмы, которые выполнены со сферой на гипоте— нузной грани, марка автоколлиматора выполнена в виде экрана с двумя отверстиями, расположенными симметрично относительно оптической оси авто-. коллиматора и лежащими в плоскости главного сечения отражателя, ориентированного таким образом, что фокус сферических поверхностей в призменных блоках совмещен с фокальной плоскостью объектива автоколлиматора, а коллиматор установлен перед объективом автоколлиматора по нап—

35 равлению излучения таким образом, что его оптическая ось параллельна ,оптической оси объектива, смещена от нее и лежит в плоскости, перпендикулярной главному сечению отража40.

1307230

Составитель Н.Солоухин

Техред A-Кравчук

Редактор Т.Парфенова

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

Заказ 1618/37 Тираж 678

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д.4/5

Корректор С.Шекмар

Подписное