Датчик угла скручивания

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности . Устройство содержит осветитель 1, три пары прямоугольных отражательных призм (ПОП) 2, 3,8,10 коллимирующие объективы 6, плоское зеркало 7 и общую прямоугольную отражательную призму 5, входная грань которой параллельна зеркалу 7, а ребро прямого угла перпендикулярно оптическим осям каналов . Осветители 1 оптических каналов сопряжены с одним приемником излучения 12 посредством двух проекционных обьективов 9, третьей пары ПОП 10 и общей суммирующей отражательной призмы 11. На входных гранях первой пары ПОП 2 и 3 расположены щелевые диафрагмы 4, а изображения их - на выходных гранях второй пары ПОП 8.

COIQ3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 о

О.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4863389/28 (22) 16.07.90 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (71) Государственный оптический институт (72) Л.В Пинаев. H.Ë.Tèõoìèðîâà, Н.Т.Фирсов и А.А.Бакуев (56) Авторское свидетельство СССР

N . 1420361, кл. G 01 В 11/26, 1987.

Журнал "Приборостроение", 4,1975, с. 105 — 109. (54) ДАТЧИК УГЛА СКРУЧИВАНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, Цель изобретения — повышение точности. Устройство содержит осветитель 1, три. Ы „1776989 А1 пары прямоугольных отражательных призм

{ПОП) 2, 3, 8, 10 коллимирующие объективы 6, плоское зеркало 7 и общую прямоугольную отражательную призму 5, входная грань которой параллельна зеркалу 7, а ребро прямого угла перпендикулярно оптическим осям каналов. Осветители 1 оптических каналов сопряжены с одним приемником излучения 12 посредством двух проекционных объективов

9, третьей пары ПОП 10 и общей суммирующей отражательной призмы 11. На входных гранях первой пары ПОП 2 и 3 расположены щелевые диафрагмы 4, а изображения их— на выходных гранях второй пары ПОП 8.

1776989

Общая ПОП 5 установлена на контролируемом подвижном обьекте 15. При работе включают осветители 1. Изображения щелевых диафрагм расположены на выходных гранях ПОП 8, пройдя несколько отражений и, в частности, 4 раза а общей ПОП 5. При

Изобретение о носится к оптическому приборостроению, Известны оптические приборы, позволяющие измерять угловые смещения обьекта, например устройство, описанное в авт,св. СССР hL 1420361, 6 01 В 11/26, 1987 и содержащее осветитель, светоделитель, щелевые диафрагмы, отражательное зеркало, установленное на квазикерамический биморф, коллимирующий объектив, второй светоделитель и второй отражатель, Пучки лучей от осветителя через саетоделитель посредством оптических элементов попадают на приемники излучения. По сигналу с генератора импульсоа, электрически соединенного с блоком обработки сигналов, биморф с первым отражателем совершает колебательные движения, вызывая смещение двух автоколлимационных изображений первой щели по диафрагме.

Посредством электронного блока вычисляют угловые смещения обьекта, Недостатками такого устройства являются невозможйость измерения угла скручивания, фон высокоточных колебаний только мешает контролю углов смещения равных углу колебаний зеркала, низкая точность измерения угла смещения, большая зависимость от материала биморфа, от влияния электрического тела„ разбросанность в показаниях.

Наиболее близким решением является конструкция датчика угла скручивания, указанная в журнале "Приборостроение М 4, 1975, с. 106-109 и содержащая осветитель с ларкой, светоделительный элемент, коллимирующий объектив, уголкоаый отражатель, установленный на обьекте, окуляр.

Уголковый отражатель — триппельпризма выполнена так„что третий двугранный угол, равный 90О, выполнен с отступлением от прямого угла на величину д. Такой элемент обладает свойством раздваивать после отражения падающий на его входную грань параллельный пучок лучей, При повороте уголкоаого отражателя вместе с объектом на у ол скручивания изображения марки а

30 отклонении контролируемого объекта 15 последняя также повернется на определенный угол, но на выходе угол поворота увеличится в 8 раэ, следовательно, во столькоже раз повышается чувствительностьдатчика, 1 ил. фокальной плоскости коллимирующего обьектива будет перемещаться, Посредством окуляра оценивают смещение этого угла, Недостатками данного технического решения являются низкая точность (10"), отсутствие автоматического сервиса и оптико-электронной обработки.

Целью изобретения является повышение точности.

Эта цель достигается тем, что датчик угла скручивания, содержащий оптический блок в виде осветителя и оптически связанных коллиматора, отражателя, предназначенного для скрепления с объектом, и приемника излучения, снабжен вторым оптическим блоком, выполненным в виде осветителя и коллиматора, между которыми в обоих блоках расположены две прямоугольные призмы, ориентированные гипотенузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, две входные щелевые диафрагмы, расположенные на взаимно перпендикулярных катетных гранях соответствующих призм, отражатель, выполненный в виде третьей прямоугольной призмы и ориентированный гипотенузной гранью перпендикулярно подающим пучкам обоих блоков., плоским зеркалом, сопряженным с отражателем и установленным за коллиматорными объективами обоих оптических блоков параллельно гипотенузной грани отражателя, четвертой и пятой прямоугольными призмами, на катетных гранях которых размещены выходные третья и четвертая щелевые диафрагмы, двумя проекционными объективами, каждым в своем блоке, последовательно за ними шестой и седьмой прямоугольными призмами, ориентированными гипотенузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, между которыми разположена восьмая суммирующая прямоугольная призма, гипотенузная грань которой перпендикулярна плоскому зеркалу, а катетные грани направлены к приемнику излучения. при этом датчик снабжен блоком электронной обработки информации, вход которого свя1776989

55 зан с выходом приемника излучения и механизмом управления поворота отражателя, вход которого связан с выходом блока обработки.

Датчик угла скручивания показан на чертеже.

Датчик угла скручивания содержит два оптических блока, в каждом из которых расположены осветитель 1, отражательные прямоугольные призмы 2, 3, на входных гранях которых расположены щелевые диафрагмы 4, отражатель 5, выполненный в виде третьей прямоугольной призмы и ориентированный гипотенузной гранью перпендикулярно падающим пучкам обоих оптических блоков, коллиматорных объективов 6„плоское зеркало 7, сопряженное с отражателем 5 и установленное за последними обоих оптических блоков параллельно гипотенузной грани отражателя, четвертую и пятую прямоугольные призмы, на входных патентных гранях которых размещены выходные третья и четвертая щелевые диафрагмы. Далее в каждом оптическом блоке последовательно за четвертой и пятой призмами 8 установлены проекционные обьективы 9, отражательные прямоугольные пятая и шестая призмы 10, ориентированные гипотеиузными гранями взаимно перпендикулярно одна относительно другой, между которыми рэсполо>кена восьмая суммирующая прямоугольная призма 11, гипотенуэная грань которой перпендикулярна плоскому зеркалу 7, а катетные грани направлены к приемнику излучения 12, выход которого электрически связан с входом блока электронной обработки информации 13, выход последнего связан с входом механизма 14 управления поворота отражателя 5.

Отражатель 5 установлен нэ объекте 15. Все остальные элементы размещены на неподвижном основании 16.

Световые пучки от источников в осветителях 1 освещают входные щелевые диафрагмы 4, нанесенные на входных гранях прямоугольных призм 2 и 3. После этих призм световой поток каждого блока падает на общую прямоугольную призму 5, пройдя гипотенуэную грань, отражается от одной катетной ее грани. второй грани и попадают нэ два коллимэторных объектива 6, Диафрагмы 4 рэсполо>кены в фокальной плоскости коллимэто рных сбъектива б, в результате чего иэ последних выходят параллельные пучки света. Эти пучки отражаются от плоского зеркала 7 и вновь попадают нэ объективы 6, призму 5, призмы

2, 3 и осветитель 1. Если обьект 15 скручивается, то призма 5 вместе с обьективом поворэчивае-.ся. Тогда световые пучки, отрэзившись от плоского зеркала 7, пройдя коллиматоры 6, гипотенуэную грань смещенной призмы 5. отразившись от одной ее катетной грани и второй, попадают на призмы 8, освещая выходные (третью и четвертую) щелевые диафрагмы, размещенные на выходных гранях отражательных призм 8.

Изображения этих щелевых диафрагм переносятся проекционными объективами 9 с помощью прямоугольных призм 10 и общей суммирующей прямоугольной призмы 11 на фотоприемник 12.

Щелевые диафрагмы 4 относительно оси скручивани расположены симметрично на расстоянии L одна от другой. Принцип действия датчика основан на свойстве прямоугольного углового отражателя поворачивать отраженное от него изображение предмета на двойной угол.

При развороте коллимирующего объекта на линейный ПЗС приемник 12 попадают два изображения щелевых диафрагм и отстоящих друг от друга нэ расстоянии L

Призма 5 вместе с объектом 15 вокруг оси скручивания разворачивается на угол а, и в результате двойного отражения света от катетных граней и ризмы 5 изображения щелевых диафрагм на приемнике будут смещаться от первоначального положения в противоположные стороны. Величина перемещения си íàëîâ Лсвязана с углом разворота а зависимостью где à — увеличение объективов;

К вЂ” коэффициент, учитывающий разворот изображений диафрагм 4 в зависимости от числа отражений от призмы 5. При двойном отражении от катетных граней призмы

5 коэффициент К = 4, тогда Л= 4: а L Гоь, При чувствительности ПЗС приемника к смещению светового сигнала = 1 мкм, L-= -60 мм, Гоо. - 40" точность определения угла скручивания будет равна 0,02 угл.с. По сравнению с прототипом точность повышается в

500 раз, С устройством, в котором имеется один оптический блок чисто теоретически, точность повышается в 4 раза, Электрические сигналы, снимаемые с

ПЗС приемника 12, обрабатываются в блоке электронной обработки 13 и выдаются команды в механизм управления 14 согласования обьактом 15, поворачивая последний в исходное положение, Датчик угла скручивания позволяет быстро и точна фиксировать отклонения об екта от температурных деформаций, магнитных, силовых, вибрация высокой ча1776989

Составитель А. Бэкуев

Техред М.Моргентэл Корректор M. Демчик

Редактор. Г. Бельская.Заказ 4115 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитвтэ по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Рэуаскэя нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 стоты. Устройство опробовано нэ макете, прошло испытания, показало расчетные технические характеристики.

Формула изобретения

Датчик угла скручивания, содержащий 5 оптический блок в виде ответителя и.оптически связанных коллимэторэ, отражателя. преднээнэченного для скрепления с объектом, и приемнике излучения, о т л и ч э юшийся твм, что. с целью повышения 10 точности, он снэбжен вторым оптическим блоком, выполненным в виде осветителя и оптически связанных коллимэторэ, двух прямоугольных призм, ариентировэнных гипотенузными гранями взаимно перпенди- 15 кулярно однэ относительно другой, двух щвлевых диафрагм,. рэсположенных нэ взаимно перпендикулярных кэтетных грэнях соответствующих призм, объективэ, третьей прямоугольной призмы, ориентиро- 20 ванной гипотенузной гранью перпендикулярно пэдэющвму пучку, и четвертой прямоугольной призмы, устэновлвнной в общем для двух оптических блоков пучке, плоским зеркалом, выполненным общим 25 для двух оптических блоков и сопряженным с отражателем, выполненным в виде прямоугольной призмы и ориентированным гипотенуэой гранью параллельно поверхности зеркала, двумя объективами, установленными между отражателями и плоским зеркалом, каждый из которых сопряжен с соответствующим оптическим блоком, пятой и шестой прямоугольными призмами, расположенными в первом оптическом блоке и ориентированными гипотенузными грэнями взэимно перпендикулярно Одна относительно другой, третьей и четвертой щелевыми диэфрэгмэми, расположенными нэ взаимно перпендикулярных кэтетных гранях соответственно пятой и шестой призм, седьмой прямоугольной призмой. оривнтировэнной гипотенузной гранью перпендикулярно ведающему потоку и расположенной в первом блоке, э датчик снабжен блоком электронной отработки информации, вход которого связан с выходом приемника излучения, и мехэнизм упрэвления поворотом отражателя, вход которого связан с вйходом блока обработки.