Фотоэлектрическое устройство для измерения линейных перемещений
О И И С Л Н И Е а2946
ИЗОЬГЯтЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Зависимое от авт. свидстельстьа (22) Заявлено 16.06.72 (21) 1798366/25-28 (51) М. Кл. G 01Ь 11/02 с присоединением заявки № (32) Приоритет
Опубликовано 05.04.74. Бюллетень ¹ 13
Дата опубликования описания 16.09.74
Государственный комитет
Совета Министров СССР
flo делам изобретений и открытий (53) УДК 531.7!5,27 (088.8) g гт (72) Автор изобретения
Е. И. Финкельштейн (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Изобретение относится к фотоэлектрическим системам и предназначено для точного измерения линейных перемещений, например, в инструментальных микроскопах, проекторах, а также в отсчетных устройствах станков.
Известно фотоэлектрическое устройство для измерения линейных перемещений, содержащее осветитель с конденсором, растровую шкалу, оптическую систему, фотоприемники для получения отсчетпых электрических сигналов и электронную схему обработки этих сигналов.
Оптическая система предназначена для совмещения изображения штрихов шкалы с продолжением самих же штрихов в пределах одного и того же участка шкалы и содержит две разделительные призмы, одну отражающую призму, линзы и три канала с объективом в каждом канале.
Два объектива имеют специальную подвижку для получения необходимого сдвига по фазе.
Недостатком таких устройств является сложность конструкции и юстировки.
Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что оно снабжено разделительным приспособлением, расположенным в плоскости изображения штрихов растровой шкалы и делящим это изображение на две части, взаимно сдвинутые на 1/4 шага, Разделительное приспособление выполнено в виде двух плоскопараллельных пластин, скрепленных оптическим контактом под углом, обеспечивающим сдвиг частей на 1/4 шага.
5 Такое выполнение упрощает конструкцию и юстировку устройства.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого фотоэлектрического устройства; на фиг.
2 — конструкция разделительного приспособ10 ления; на фиг. 3, 4 — картины совмещения изображения штрихов с плоскостью штрихов шкалы.
Фотоэлектрическое устройство содержит осветитель 1, конденсор 2, растровую шкалу 3, 15 оптическую систему, состоящую пз двух объективов 4, отклоняющую призму 5, разделительную призму 6, раздел:пельное приспособчение 7, линзы 8 и 9, ромбическпе призмы 10, 11, фотоприемники 12 для получения отсчет2О ных электрически.; сигналов. фотоэлемент !
3, выдающий электрический сигнал для автоматической стабилизации общего светового потока, и электронную схему обработки этих сигналов (не показана), Ня фпг. детали 7 и
25 10 повернуты ня 90 .
Устройство работает следующим образом.
Освещаемая источником света (осветителем 1) часть штрихов (прпмерно половина их длины) растровой шкалы 3 (на фпг. 3 эта
ЗО часть обозна цифрой 1) через призмы 11, 422946
10
40 и — 1
Q(= d/, 7 п
6 и 5 проектируется объективами 4 на продолжение штрихов того же участка растровой шкалы (на фиг. 4 о обозначены цифрамп 11 и III) Разделительная призма б служит для выделения части общего светового потока, подаваемого на фотоэлемент 13, который, выдавая электрический сигнал через обратную связь, стабилизирует величину общего светового потока, исходящего от осветителя. Разделительное приспособление 7 предназначено для разделения изображения поля, даваемого объективами 4, на две одинаковые части, сдвинутые одна относительно другой на 1/4 шага.
Тем самым электрические сигналы, снимаемые с фотоприемников 12, сдвинуты по фазе на 90, что обеспечивает реверсивный отсчет величины перемещения.
Разделительное приспособление (фиг. 2) состоит из двух плоскопараллельных пластин, соединенных между собой оптическим контактом так, что образуют определенный угол между нормалями к своим плоскостям. Толщина и угол взаимного наклона пластин подбираются таким образом, чтобы одна половина изображаемого поля оказалась смещенной относительно другой половины поля на 1/4 шага (фиг. 4) . Смещение световых пучков, даваемое одной наклонной пластинкой при небольшой величине наклона, определяется по известной формуле где а — смещение пучков;
А — толщина пластины;
i> — угол наклона пластины; п — показатель преломления стекла пластины.
Соответственно вторая пластина даст сме щение
Общее взаимное смещение пучков при одинаковой толщине обеих пластин, изготовленных из одинакового сорта стекла
z = d(i, +i,) п является величиной постоянной, независимой от небольших наклонов всего приспособления.
Точно изготовленное такое приспособление автоматически создает необходимый сдвиг по фазе и делает излишним юстировочные подвижки объективов 4. Кроме того, оно обеспечивает постоянство этого сдвига независимо от растройства положения объектива. Так как небольшие наклоны и сдвиги приспособления не вызывают никаких растройств по фазе, то система в этом отношении является нерастраиваемой.
При перемещении растровой шкалы изображения освещенной части штрихов, проектируемые объективами на продолжение штрихов того же участка растровой шкалы, движутся навстречу самим штрихам и периодически открывают доступ световому потоку на фотоприемники для получения отсчетных электрических сигналов, через усилитель и электронную схему обработки сигналов поступают на отсчетное устройство прибора.
Предмет изобретения
1. Фотоэлектрическое устройство для измерения линейных перемещений, содержащее осветитель с конденсором, растровую шкалу, оптическую систему, состоящую из призм, линз и объективов, фотоприемники для получения отсчетных электрических сигналов и электронную схему обработки этих сигналов, о т л и ч аю щеес я тем, что, с целью упрощения конструкции и юстировки устройства, оно снабжено разделительным приспособлением, расположенным в плоскости изображения штрихов растровой шкалы и делящим это изображение на две части, взаимно сдвинутые на
1/4 шага.
2. Фотоэлектрическое устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что разделительное приспособление выполнено в виде двух плоскопараллельных пластин, скрепленных оптическим контактом под углом, обеспечивающим сдвиг частей на 1/4 шага.
