Устройство контроля малых угловых смещений

 

Устройство относится к измерительной технике. Устройство содержит источник когерентного излучения, механический преобразователь, оптический блок из отражателей и светоделителя и регистратор. Механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи из ведущего колеса, ось вращения которого связана с объектом, и четного числа ведомых дисков, оси вращения которых с равным шагом установлены вдоль окружности, соосной с ведущим колесом. Отражатели и светоделитель по одному установлены на ведомых дисках, каждый четный из которых установлен с возможностью взаимодействия с ведущим колесом с помощью приводного ремня. Каждый нечетный - установлен в положении непосредственного контакта с ведущим колесом через приводной ремень. За счет многократного переотражения светового пучка значительно увеличено линейное смещение световых пятен в плоскости регистратора и тем самым повышена точность контроля. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых смещений объектов различного назначения.

Известно устройство контроля малых угловых смещений, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу пучка лучей светопрозрачный диск, коэффициент прозрачности которого изменяется вдоль одной из осей декартовой системы координат, и два фотоэлектронных преобразователя, включенных в мостовую схему [1].

Выходной сигнал известного устройства при угловом смещении объекта изменяется по нелинейному закону, что снижает точность контроля.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство контроля малых угловых смещений, содержащее источник когерентного излучения и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь в составе держателя, ось вращения которого предназначена для скрепления с объектом, оптический блок в составе первого отражателя, установленного в держателе механического преобразователя, двух светоделителей, установленных с обеспечением перпендикулярной ориентации биссектрисы угла между ними относительно оптической оси устройства, и второго отражателя, оптически связанного с внешними гранями светоделителей и установленного с обеспечением совмещения его нормали с биссектрисой угла между светоделителями, и регистратор [2].

Известное устройство производит четырехкратное увеличение углового смещения объекта, что может быть недостаточным для точного определения указанного смещения, а увеличение расстояния до регистратора - нецелесообразным. Кроме того, известное устройство не позволяет определять направление смещения контролируемого объекта.

Задача изобретения - повышение точности контроля и определение направления углового смещения контролируемого объекта.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в устройстве контроля малых угловых смещений, содержащем источник когерентного излучения и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь, оптический блок в составе отражателей и светоделителя, и регистратор, механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи из ведущего колеса, ось вращения которого предназначена для скрепления с объектом и четного числа ведомых дисков, оси вращения которых с равным шагом установлены вдоль окружности, соосной с ведущим колесом, а отражатели и светоделитель оптического блока по одному установлены на ведомых дисках, каждый четный из которых установлен с возможностью взаимодействия с ведущим колесом посредством приводного ремня, а каждый нечетный установлен в положении непосредственного контакта с ведущим колесом через приводной ремень.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 поясняется его работа.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения (лазер), механический преобразователь с оптическим блоком 2 и регистратор 3. Механический преобразователь устройства выполнен в виде ременной передачи из ведущего колеса 4, ось вращения которого предназначена для скрепления с объектом (не показан), и четного числа ведомых дисков 5, оси вращения которых с равным шагом установлены вдоль окружности, соосной с ведущим колесом. В состав оптического блока устройства включено нечетное количество отражателей 6 и светоделитель 7, которые по одному установлены на ведомых дисках механического преобразователя. Взаимодействие ведомых дисков с ведомым колесом посредством приводного ремня 8 показано на фиг. 1.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок J₀ лучей лазера 1, попадая на светоделитель 7, делится последним на два пучка J⁰_A и J⁰_B . Первый из указанных пучков светоделителем 7 направляется в сторону регистратора 3, второй - пропускается на один из отражателей 6 оптического блока устройства.

При нулевом угловом смещении ведущего колеса 4 отражатели 6 и светоделитель 7 ориентированы таким образом, что их плоскости являются касательными к окружности, вдоль которой с равным шагом размещены оси вращения ведомых дисков 5. Поэтому световой пучок J⁰_B, пройдя по замкнутой траектории, образованной отражателями 6, совместится со световым пучком J⁰_A . В плоскости регистратора 3 при этом будет наблюдаться одно световое пятно, соответствующее исходному угловому положению контролируемого объекта (на фиг. 1 не показан).

Угловое смещение объекта (ведущего колеса 4) на угол вызывает поворот ведомых дисков на угол , превышающий угол на величину, равную отношению диаметров ведущего колеса 4 и ведомых дисков 5. При этом угловое отклонение световых пучков после каждого очередного переотражения тем или иным отражателем 6 удваивается и составляет для светового пучка , для светового пучка , где N - количество оптических элементов 6 и 7, для светового пучка и т.д. (фиг. 2).

В результате в плоскости регистратора 3 будут наблюдаться несколько световых пятен (в приведенном на фиг. 2 примере - три пятна), смещенных в ту или иную сторону от нулевого положения световых пучков J⁰_A,B,C в зависимости от направления углового смещения контролируемого объекта. Расстояние от крайнего светового пятна до нулевого положения на регистраторе 3 при этом будет пропорциональным углу с кратностью 2(2N-1) и параметру L₀ (фиг. 1) устройства.

Количество регистрируемых световых пучков определяется установкой соответствующего порогового уровня чувствительности регистратора 3, т.к. при многократных расщеплениях пучка лучей светоделителем 7 уменьшается его интенсивность. При этом регистратор может быть выполнен в виде линейки ПЗС с блоком формирования выходного сигнала.

Таким образом, за счет многократного переотражения светового пучка отражателями 6 и светоделителем 7, изменяющими свою ориентацию относительно друг друга в зависимости от углового положению контролируемого объекта, линейное смещение световых пятен в плоскости регистратора 3 во много раз превышает смещение светового пятна при однократном отражении, что приводит к повышению точности контроля.

Кроме того, за счет обеспечения указанного многократного переотражения светового пучка отпадает необходимость (для повышения точности контроля) в формировании в плоскости регистратора 3 дополнительного светового пучка, симметричного основному пучку относительно нулевого положения световых пятен на регистратор. Это позволяет, по сравнению с известным устройством, определять направление углового смещения контролируемого объекта.

Источники информации: 1. Патент Японии N 57-5287, G 01 B 11/26.

1. Патент Японии N 57-8403, G 01 B 11/26.

Формула изобретения

Устройство контроля малых угловых смещений, содержащее источник когерентного излучения и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь, оптический блок в составе отражателей и светоделителя, и регистратор, отличающееся тем, что механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи из ведущего колеса, ось вращения которого предназначена для скрепления с объектом, и четного числа ведомых дисков, оси вращения которых с равным шагом установлены вдоль окружности, соосной с ведущим колесом, а отражатели и светоделитель оптического блока по одному установлены на ведомых дисках, каждый четный из которых установлен с возможностью взаимодействия с ведущим колесом посредством приводного ремня, а каждый нечетный установлен в положении непосредственного контакта с ведущим колесом через приводной ремень.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2