Способ контроля перемещений

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния изменений коэффициента передачи фотоэлектрического канала и изменений исходных энергетических потоков на результат контроля. Формируют энергетические потоки, сдвинутые в пространстве в направлении перемещения, модулируют их во времени в соответствии с периодическими функциями, не содержащими четных гармоник и сдвинутыми на четверть периода, и в пространстве в зависимости от величины и направления перемещения, формируют суммарный энергетический поток, который преобразуют в информационный электрический сигнал. Дополнительный суммарный энергетический поток, получаемый путем отвода части исходных потоков, модулированных во времени, преобразуют в опорный электрический сигнал. По результату сравнения фаз информационного и опорного сигналов судят о величине и направлении перемещения. Положительный эффект обеспечивают путем модуляции во времени энергетических потоков в соответствии с периодическими функциями, взаимно сдвинутыми на четверть периода. Если эти функции не содержат четных гармоник, то изменение потоков при перемещении вызывает соответствующий сдвиг фазы информационного сигнала, т.е. осуществляется преобразование перемещения в сдвиг фазы, который не зависит от абсолютных значений потоков, а зависит только от их соотношения, следовательно, не зависит от коэффициента передачи. Независимость от изменений исходных энергетических потоков обеспечивается формированием такого опорного сигнала, фаза которого отслеживает изменения исходных потоков. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

0% (И) 4 А1 (51) 4 G Ol В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

Н А STOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4345231/24-28 (22) 16.10.87 !

46) 30.06.89. Бюл. У 24 (72) Е.Ф.Товкач (53) 531.7 /088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 468283, кл. Н 03 И 1/22, 1975. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЕРЕМЕЩЕН1Й (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности эа счет исключения влияния изменений коэффициента передачи Аотоэлектрического канала и изменений исходных энергетических потоков на результат контроля. Формируют энергетические потоки, сдвинутые в пространство в направлении перемещения, модулируют их во времени в соответствии с периодическими функциями, не содержащими четных гармоник и сдвинутыми на четверть периода, и в пространстве в зависимости от величины и направления перемещения, формируют суммарный энергетический поток, который преобразуют в информационный электрический сигнал. ДополИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля линейных перемещений оптическим методом, а также для автоколлимационного контроля угловых отклонений объектов.

Цель изобретения — повышение точности за счет исключения влияния изменений коэАфициента передачи

2 нительный суммарный энергетический поток, получаемый путем отвода части исходных потоков, модулированных во времени, преобразуют в опорный электрический сигнал. По результату сравнения Ааз инАормационного и опорного сигналов судят о величине и направлении перемещения. Положительный эАфект обеспечивают путем модуляции во времени энергетических потоков в соответствии с периодическими функциями, взаимно сдвинутыми на четверть периода. Если эти Аункции не содержат четных гармоник, то изменение потоков при перемещении вы.зывает соответствующий сдвиг фазы ин- I формационного сигнала, т.е. осуществляется преобразование перемещения в сдвиг Аазы, который не зависит от абсолютных значений потоков, а зависит только от их соотношения, следовательно, не зависит от коэффициента передачи. Независимость от изменений исходных энергетических потоков обеспечивается формированием такого опорного сигнала, фаза которого отслеживает изменения исходных потоков. I з.п.A-лы, 6 ил. фотоэлектрического канала и изменений исходных энергетических потоков на результат контроля.

На фиг.l изображена Аункциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа (для случая автоколлимационного контроля угловых отклонений объекта); на

Аиг.2 и фиг.3 — сечения энергетических потоков в плоскости модулирующей

1490484 диафрагмы при двух положениях последней; на фиг ° 4 — пространственные модулирующие функции A,(х) и A (x); на фиг.5 — позиционная характеристи5 ка, соответствующая предлагаемому способу; на фиг.6 — временные диафрагмы, иллюстрирующие предлагаемый способ для случая модулирующих (во времени) сигналов треугольной формы.

Способ осуществляют следующим образом.

Формируют энергетические потоки, взаимно сдвинутые в пространстве в 15 направлении перемещения, Модулируют во времени энергетические потоки по законам, выражаемым периодическими функциями, не содержащими четных гармоник и взаимно 20 сдвинутыми на четверть периода.

Модулируют в пространстве энергетические потоки в зависимости от величины и направления перемещения.

Формируют суммарный энергетичес- 25 кий поток из энергетических потоков, модулированных во времени и в пространстве.

Формируют информационный сигнал, пропорциональный суммарному энерге- 30 тическому потоку.

Формируют дополнительный суммарный энергетический поток путем отвода час-. ти исходных энергетических потоков, модулированных во времени. 35

Формируют опорный сигнал, пропорциональный дополнительному суммарному энергетическому потоку.

Сравнивают фазу информационного сигнала с фазой опорного и по резуль- 40 татам сравнения судят о величине и направлении перемещения.

Устройство для осуществления предлагаемого способа (для случая авто; холлимационного контроля угловых от- 45 клонений объекта) содержит контрольный элемент 1, выполненный, например в виде зеркала, жестко связанный с контролируемым объектом (не показан), автоколлимационную оптическую систему 50

2 (систему 2), установленную так, что контрольный элемент 1 находится в в поле зрения системы 2, светоделитель 3, оптически сопряженный с системой 2, источники 4 и 5 излучения и модулирующую диафрагму 6, размещенные соответственно в двух сопряженных фокальных плоскостях системы 2, образованных светоделителем 3, фотоприемник 7 информационного потока, установленный по ходу информационного потока излучения за модулирующей диафрагмой 6, установленные по ходу опорного потока излучения оптическую систему 8 и фотоприемник 9 опорного потока, генератор 10 модулирующих сигналов, выходы которого подкЛючены соответственно к управляющим входам источников 4 и 5 излучения, и измеритель ll сдвига фаз, входы которого подключены соответственно к выходам фотоприемника 7 информационного потока и фотоприемника 9 опорного потока, а выход является выходом устройства..

Устройство работает следующим образом

Источники 4 и 5 излучения формируют энергетические потоки, которые проходят через автохоллимационную оптическую систему 2 (ход лучей показан условно), отражаются от контрольного элемента 1, вновь проходят через автоколлимационную оптическую систему 2, отражаются от светоделителя 3 и попадают на модулирующую диафрагму 6, на которой строится автокол лимационное изображение источников 4 и 5 излучения (фиг.2). При отклонениях контрольного элемента 1 изображение источников 4 и 5 излучения перемещаются по модулирующей диафрагме

6, чем достигается пространственная модуляция энергетических потоков.

Суммарный энергетический поток попадает на фотоприемник 7 информационного потока, который преобразует его в информационный электрический сигнал, фаза которого зависит от углового положения контрольного элемента 1.

Немодулированная в пространстве (но модулированная во времени генератором 10 модулирующих сигналов) часть энергетических потоков источников

4 и 5 излучения отражается от светоделителя 3 и через оптическую систему 8 попадает на фотоприемник 9 опорного потока, который преобразует дополнительный суммарный энергетический поток в опорный электрический сигнал, с которым сравнивается информационный сигнал в измерителе 11 сдвига фаз.

Способ контроля перемещений разработан на основе следующих принципиальных положений.

484 6

Сигнал, пропорциональный суммарному потоку, равен

А, (х) = Ао(1 СХ);

А (х) = Ао(1+СХ) э (4) 1 1 где — — — «Х

С С

5 1490

На фиг.2 изображены сечения энергетических потоков Р< и Р в плоскости модулирующей диаАрагмы 6. Потоки P

< и Р разнесены в пространстве на расстояние Ъ. Модуляция потоков в

5 пространстве осуществляется при взаимном перемещениипотоков P H P

< относительно диафрагмы 6 по оси Х.

Заштрихованные части потоков Р Р 10

2 попадают во внутрь диаАрагмы 6 и образуют суммарный поток, который преобразуется в инАормационный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна суммарному потоку. 15

При взаимном перемещении потоков P

< и Р относительно диаАрагмы 6 изменяется доля мощности каждого из потоков Р, и Р, попадающих в диаАрагму 6.

Распределение потоков P u P в диаф- 20. 7 рагме 6 при взаимном перемещении на величину Х о показано на ф,иг.3. При данной конАигурации сечений потоков

P < и Р пространственные модулирующие функции А,(x) и А (х) (зависи- 25 мости потока, попадающего в диАрагму

6, от величины перемещения Х) будут иметь вид, показанный на фиг.4, из которого видно, что потоки Р< и P

2 в пределах характерного размера а 30 изменяются при перемещениях линейно соответственно в сторону увеличения и уменьшения.

8(x>t) = К Р(х ) К Р (А<(x)>

xsinQt + А (х) cosQtf

К Ро . slnut +

А.у,.(х) 1

+ arctg --- — А<(х)) где К вЂ” коэААициент пропорциональности.

Величина К Р имеет смысл коэффициента передачи фотоэлектрического канала.

Как видно иэ выражения (3), суммарный сигнал S(x,t) приобретает сдвиг фазы y = arctg А (x)/А,(х), который не зависит от коэААициента передачи

КР< и определяется только Аормой модулирующих Аункций А,(х) и А (х).

Если Аункции А,(x) и А (х) представить (в пределах характерного размера а) в виде

Рассмотрим простейшую модулирующую функции, не содержащую четных гармоник sin(t. Функцией, сдвинутой на четверть периода, является

cos t. В этом случае потоки Y

< и Р> будут промодулированы во времени в соответствии с функциями

sin gt u cos®t и в пространстве в соответствии с Аункциями А,(х) и

A (x), Поскольку модуляция по Х и t независима, то величины потоков соответственно равны

Р,(х, ) = А<(х) P sinMt;

Р (х< ) = А (х) Р„. cos CB C, (1) где P — потоки до модуляции. о

Суммарный поток равен

P(x< t)P<(xqt)+P (x„t) (2)

=Р,(А,(х) cicrct + А (х) cocCcc), С = 2/а, 35

А, = А,(0) = А (0), 1+СХ то g = arctg----1+СХ

40 при Х=О и Ч = с „= < /4. (5) (6) arctg СХ, hg =

I< где

II

А(о

Зависимость (6) представляет собой позиционную характеристику, ее вид представлен на фиг.5.

Таким образом, способ позволяет получить позиционную характеристику, которая не зависит от величины коэАфициента передачи фотоэлектрического канала, чем обеспечивается повьппение точности контроля перемещений.

Представим фазу в виде = < +

+ ц, тогда из выражения (5) получим:

1490484 в точке ХО А (0) Ап(О) А(О), тогда

g arctg ——

Pea

Ро (8) Если отвести одинаковые части по30 токов до модуляции в пространстве и образовать дополнительный суммарный поток Р (С), то сигнал, пропорциональный дополнительному суммарному потоку, будет равен

$ (r) «(Р ain t о

2 2

+ P совпис)- К Р + Р

P à (9) 40

a sin(t + arctg — - )

Ро где К вЂ” коэффициент ответвления потоков °

Как видно из выражения (9), фаза сигнала Ss(t) Равна фазе q сигнала 45

S(x t) в точке Х = О. Таким образом, сигнал S (t) можно использовать в качестве опорного сигнала, фаза которого меняется при изменении потокОв Ро и Ро синхрОнно с фазОй ин,50 формационного сигнала. Очевидно, что разность фаз информационного и опорного сигналов не будет зависеть от изДля осуществления измерений сдвига фазы ф (или dg) необходимо иметь сигнал опорной фазы. Таким сигналом может быть любой исходный сигнал

sin Qt. нли cos Q t. Фаза q в выражении (4) т определялась по отношению к сигналу в1пЯй.

Приведенные вьппе рассуждения основывались на том, что немодулиро° ванные энергетические потоки одинаковы и раввм Ро .Однако реально эти потоки равны Р . Однако реально эти потоки всегда будут не равны и, кроме того, могут изменяться со временем. Эти 15 изменения вызывают погрешности в определении перемещения, так как сдвиг фазы ф в этом случае зависит от немодулированных потоков P u

Р02

Lf arctg - - - ——

P А х1 (7)

РО, A (x) менений потоков P и Р . Это поэвоО1 ляет дополнительно повысить точность контроля перемещений.

Сущность способа рассмотрена на примере простейшей модулирующей функции sin(Dt. Тем не менее все рассуждения справедливы и для периодических сигналов любой формы, не содержащих четных гармоник, У таких сигналов при сдвиге на четверть периода происходит сдвиг фазы всех гармоник (нечетных) также на четверть периода. На фиг.б приведены временные диаграммы для случая модулирующих во времени сигналов треугольной формы и перемещения на величйну Хо. Пунктиром показан опорный сигнал.

Формула изобретения

1. Способ контроЛя перемещений, заключающмйся в том, что формируют энергетические потоки, взаимно сдвинутые в пространстве в направле. нии перемещения, модулируют в пространстве энергетические потоки в зависимости от величины и Hаправления перемещения, формируют суммарный энергетический поток, который используют при определении величины и направления перемещения, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности, модулируют во времени энергетические потоки пб закону, выражаемому периодическими функциями, не содержащими четных гармоник и взаимно сдвинутыми на четверть периода, формируют информационный сигнал, пропорциональный суммарному энергетическому потоку, и опорный сигнал, сравнивают их фазы и по разности фаз судят о величине и направлении перемещения.

2. Способ по п.,1, о т л и ч а юшийся тем, что формируют дополнительный суммарный энергетический поток путем отвода части исходных энергетических потоков, модулированных во времени, а опорный сигнал формируют пропорциональным дополнительному суммарному энергетическому потоку., 1490484

Фиг. 2

1490484

Составитель О.Смирнов

Редактор А.Ревин Техред Л.Сердокова . Корректор С.Шекмар

Закаэ 3740/45 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101