Способ измерения расстояния до отражающей поверхности

Способ измерения расстояния до отражающей поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле перемещений объектов, имеющих отражающую поверхность. Цель изобретения - повышение точности измерений достигается путем уменьшения температурной погрешности и уменьшения влияния среды за счет возможности использования прибора с зарядовой связью, работающего в одинаковых условиях при обработке изображений тест-объектов в одной плоскости. Источник 1 света освещает щелевые диафрагмы 3,4, изображения которых с помощью полупрозрачного элемента 5 коллимирующего и фокусирующего объективов 6,7 строятся на отражающей поверхности 31, а в обратном ходе - на поверхности прибора 8 с зарядовой связью (ПЗС). ПЗС 8 опрашивается синхрогенератором 21. Гармонические составляющие видеосигнала выделяются блоком 10 выделения гармонической составляющей, селектируются и усредняются по времени блоком 15 формирования разностного сигнала, управляемого синхрогенератором 21. Разностный сигнал регистрируется регистратором 20. При смещении отражающей поверхности 31 от среднего положения происходит одновременное фокусирование и расфокусирование двух изображений щелевых диафрагм 3,4 на поверхности ПЗС 8. Регистратор 20 фиксирует сигнал, знак которого связан с направлением перемещения отражающей поверхности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 15114 С О1 В 21 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ. СВИЯЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4378530/24-28 (22) 04. 12,87 (46) 23.10.89. Бюл. У 39 (72) Т,М.Айсин (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11!! 868341, кл. G 01 В 11/02, 1980. (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО

ОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле перемещений объектов, имеющих отражающую поверхность. Цель изобретения — повышение точности измерений достигается путем уменьшения температурной погрешности и уменьшения влияния среды за счет возможности использования прибора с зарядовой связью, работающего в ,одинаковых условиях при обработке иэображений тест-объектов в одной плоскости. Источник 1 света освещает щелевые диафрагмы 3, 4, изображения которых с помощью полупроэрач2 ного элемента 5 коллимирующего и фокусирующего объективов 6, 7 строятся на отражающей поверхности 31, а в обратном ходе — на поверхности прибора 8 с зарядовой связью (ПЗС).

ПЗС 8 опрашивается синхрогенератором 21. Гармонические составляющие видеосигнала выделяются блоком

10 выделения гармонической составляющей, селектируются и усредняются по времени блоком 15 формирования раэ ностного сигнала, управляемого синхрогенератором 21. Разностный сигнал регистрируется регистратором 20. При смещении отражающей поверхности 31 от среднего положения происходит одновременное фокусирование и расфокусирование двух иэображений щелевых диафрагм 3, 4 на поверхности ПЗС 8. Регистратор

20 фиксирует сигнал, знак которого связан с направлением перемещения отражающей поверхности. 1 э.п. ф-лы, 5 ил.

1516788

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле перемещений различных объектов, имеющих отражающую поверхность> например, прн юс тир овк е з еркал.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается путем уменьшения температурной погрешности и уменьшения влияния среды за счет воэможности использования прибора с зарядовой связью, работающего в одинаковых условиях при обработке изображений тест-объектов в одной плоскости.

На фиг ° 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способа; на фиг, 2 — плоскости формирования изображений двух тестобъектов а, d и плоскость анализа на фи",.Çñ., с1 — временные диаграммы сигналов, формируемых на выходах отдел ьных блок о в; на фиг. 4 — функциональнал схема варианта устройства, реализующего способ;на фиг.5— вариант выполнения блока формирования изображений двух диафрагм.

Устройство, реализующее способ (фиг.1), содержит оптически связанные источник 1 света, блок 2 формирования изображений двух диафрагм, состоящих из шелевых диафрагм 3 и

4, установленных симметрично относительно оптической оси источника 1 света и смещенных друг относительно друга, полупрозрачный элемент 5, коллимирующий обьектив 6, фокусирующий объектив 7, прибор 8 с зарядовой связью (ПЗС), блок 9 выборки, блок 10 вьделенпл гармонической составляющей, выполненный в виде полосовьх фильтров 11 и 12, входы

Koòорьж под|тючены к выходу блока

9 выборки, блок 10 выделения гарМоиической составляющей, выполненный в виде полосовых фильтров 11 и 12, входы которых подключены к выходу блока 9 выборки, сумматора 13, входы которого подключены к выходам полосовых фильтров 11 и 12, детектора 14, вход которого подключен к выходу сумматора 13, блок 15 формирования раз постного сигнала, выполненный в виде ключевого элемента

16, информационный вход которого подключен к выходу детектора 14, инвертора 17, ключевого элемента 18, выход которого подключен к выходу инвертора 17, фильтра 19 нижних частот, вход которого подключен к выходам ключевых элементов 16 и

18, регистратор 20, вход которого подключен к выходу фильтра 19 нижних част от, синхр ог енера тора 2 1, выполненного в виде генератора 22,счет1ð чика 23, вход которого подключен к генератору 22, дешифратора 24, вход которого подключен к выходу счетчика 23, а один из выходов соединен с блоком 9 выборки, логического элемента И 25, входы которого подключены к генератору 22 и дешифратору

24, формирователя 26, вход которого подключен к выходу логического элемента И 25, выход формирователя

20 26 соединен с ПЗС 8, триггеров 27 и 28, установочные входы которых подключены к дешифратору 24, выходы триггеров 27 и 28 соединены соответственно с управляющими входами ключевых элементов 16 и 18, механизм

29 перемещения и индикатор 30, кинематически связанные с фокусируюшим объективом 7, Измеряется перемещение отражаю30 щей поверхности 3 1.

Вариант устройства, реализующий способ (фиг,4), содержит оптически связанные источник 1 света, блок 2 формирования изображений двух диафрагм, щелевые диафрагмы 32 и 33, установленные в плоскости анализа, ПЗС 8, блок 9 выборки, блок 15 формирования разностного сигнала, регистратор 20, синхрогенератор 21, механизм 29 перемещения, индикатор 30, Блок формирования изображений двух диафрагм (фиг.5) может быть выполнен в виде щелевой диафрагмы

34, полупрозрачного элемента 5, кол45 лимирующего и фокуснрующего объективов 6 и 7, светоделительного элемента 35, зеркала 36.

Способ реализуется следующим образом.

Источник 1 света (фиг.1) формирует пучки лучей, направляемые на диафрагмы 3 и 4, входящие в блок 2 формирования изображений двух диафрагм. Изображение щелевых диафрагм

3 и 4 с помощью светоделительного элемента S, коллимирующего и фокусирующего объективов 6 и 7 строятся на отражающей поверхности 31 и обратном ходе, с помощью фокусирую151Ü 788 6 щего и коллимирующего объективов

7 и 6 строятся в двух плоскостях а и д (фиг.2) . В плоскости анализа (фиг.2) установлен ПЗС 8.

Иэображения щелевых диафрагм

3 и 4 формируется в двух плоскостях, смещенных друг относительно друга (фиг.2) .

ПЗС 8, управляемый синхрогенератором 21, преобразует распределение интенсивности потока излучения в плоскости анализа в периодический импульсный сигнал, поступающий на блок 9 выборки, на выходе которого формируется периодический видеосигнал, огибающая которого пропорциональна распределению интенсивности потока излучения в плоскости анализа.

Синхрогенератор 21 работает следующим образом.

Генератор 22 формирует импульсы, поступающие на счетчик 23. Дешифратор 24 формирует время накопления зарядов в ПЗС 8 и считывания.

При считывании сигналов с ПЗС Я с дешифратора 24 поступает сигнал

"Лог.1" на логический элемент И 25, выходные сигналы с которого поступают на формирователь 26, формирующий сигналы опроса ПЗС 8.

Дешифратор 24 также формирует импульсы, поступающие на блок 9 выборки, а также сигналы, поступающие на триггеры 28 и 27. ,На выходе триггеров 27 и 28 последовательно формируются два временных интервала (фиг,3). Начало первого временного интервала формируется после начала считывания сигнала с ПЗС 8, окончание первого временного интервала совпадает с серединой временного интервала опроса ПЗС 8.

Начало второго временного интервала совпадает с серединой временного интервала опроса ПЗС 8, окончание второго временного интервала происходит перед окончанием временного интервала опроса ПЗС 8.

Сформированный периодический ви деосигнал поступает с выхода блока 9 выборки на полосовые фильтры

11 и 12, входящие в блок 10 вьщеления гармонических составляющих.

Полосовые фильтры 11 и 12 выделяют высокочастотную и низкочастотную гармонические составляющие, поступающие ка сумматор 13. Выходной сиг10

При этом на выходе блока 9 выборки формируются два симметричных импульса, амплитуды которых равны (фиг.3а). Частотный спектр двух частей видеосигнала одинаков, одинаковы амплитуды гармонических составляющих для каждой из частей видеосигнала, выделяемых полосовыми фильтрами 11 и 12, и разностный сигнал, формируемый на выходе фильтра 19 нижних частот, равен нулю.

При смещении отражающей поверхности, происходит смещение плоскостей иэображения щелевых диафрагм 3 и

4 относительно плоскости анализа.

При этом на выходе блока 9 выборки формируются два несимметричных импульса (фиг.38) амплитуды которых не равны друг другу. Неодинаковы частотные спектры двух частей видеосигнала. Неодинаковы амплитуды гармонических составляющих для каждой иэ частей видеосигнала. Для одной из ч".ñòåé видеосигнала высокочастотная составляющая уменьшается, для другого увеличивается.

S5 нал с сумматора 13 петектируется детектором 14 и поступает на ключевые элементы 16 и 17, входящие в блок 15 выделения временных интервалов.

По сигналам, поступающим с выходов триггеров 27 и 28, входящих в синхрогенератор 21, осуществляется временное разделение сигналов,формируемых на выходе детектора 14.

Сигнал, формируемый на выходе ключевого элемента 16, поступает на вход фильтра 19 нижних частот,сигнал, формируемый на выходе ключевого элемента 18, предварительно проинвертированный HHBpptopoM 17, поступает на вход фильтра 19 нижних частот. На выходе фильтра 19 нижних частот формируется разностный сигнал, связанный с разностью амплитуд гармонических составляющих двух частей видеосигнала, формируемого на выходе блока 9 выборки.

Разностный сигнал поступает на регистратор 20.

При нахождении отражающей поверхности 3 1 в среднем положении глоскости изображений щелевых диафрагм

3 и 4 одинаково смещены относительно плоскости анализа, в которой установлен ПЗС 8 (фиг.2).

1516788

15

25

3

Раз ностный сигнал, формируемый на выходе фильтра 19 нижних частот и ре гистрир уемый р егис трат ор ом 20, не р а в ен нулю.

3 нак раз иост ног о си г нала, р е1гистрируемого регистратором 20, связан с направлением перемещения отражающей поверхности 31 относительно среднего положения. С помощью механизма 29 перемещений перемещают фокусирующий объектив 7 до положения, при котором показания регистратора 20 не станут близкими к нулю.

Величину смещения отражающей поверхности 31 фиксируют индикатором 30.

При больших смещениях отражающей поверхности 31 в спектре видеосигнала мало высокочастотных гармонических составляющих, и разностный сигнал формируется путем сравнения амплитуд низкочастотных гармонических составляющих, выделяемых полосовым фильтром 12.

При малых смещениях отражающей поверхности в спектре видеосигнала появляются высокочастотные гармонические составляющие, а разностный сигнал формируется путем сравнения амплитуд высокочастотных гармонических составляющих, выделяемых поло-, совым фильтром 11.

При малых смещениях отражающей поверхности возможно исключение полосового фильтра 12 и сумматора 13.

При этом сигнал, снимаемый с полосового фильтра 11, поступает на детектор 14.

В варианте реализации способа (фиг.4) в плоскости анализа устанавливаются щелевые диафрагмы 32 и

33, осуществляющие пространственную фильтрацию изображений шелевых диафрагм 3 и 4. При этом сигнал,снимаемый с выхода блока 9 выборки, поступает на блок 15 формирования разностного сигнала.

IIpH нахождении отражающей поверхности 31 в среднем положении энергии потоков излучения, прошедшие через щелевые диафрагмы 32 и 33,равны. Видеосигнал, формируемый на выходе блока 9 выборки, содержит два симметричных импульса, энергии которых равны.

Регистратор 20 регистрирует нулевой раэностный сигнал.

При смещении отражающей поверхности 31 относительно среднего положения энергии потоков излучения, прошедших через щелевые диафрагмы 3 и

4, не равны друг другу. Видеосигнал, формируемый на выходе блока 9 выборки, содержит два импульса, энергии которых не равны друг другу вследствие ограничения пучков лучей, осуществляющих построение изображений цвух щелевых диафрагм, апертурами анализирующих диафрагм 32 и 33.

Регистратор 20 регистрирует ненулевой разностный сигнал, знак которого указывает на направление смещения отражающей поверхности 32.

Осуществляют перемещение фокусирующего объектива 7 механизмом 29 перемещения до положения, при котором раэностный сигнал, регистрируемый регистратором 20, становится равным нулю.

Возможна иная реализация блока

2 формирования изображений двух диафрагм (фиг.5).

Изображение щелевой диафрагмы 34 с помощью светоделительного элемента 5, коллимирующего и фокусирующего объективов 6 и 7 строится на отражающей поверхности 31 и в обратном ходе, с помощью фокусирующего и коллимирующего объективов 7 и 6 строится в плоскости d (фиг.2).

Часть пучков лучей отражается светоделительным элементом 35, зеркалом 36 и строится в плоскости анализа а, (фиг.2) .

Предлагаемое выполнение блока 2 формирования иэображения двух диафрагм является менее предпочтительным по энергетике по сравнению с исполнением, представленным на фиг.1 и 4, так как осуществляется потеря энергии на светоделительном элементе 35 в два раза.

Формула изобретения

1. Способ измерения расстояния до отражающей поверхности, заключающийся в том, что формируют с помощью источника света и отражающей поверхности изображения двух тестобъектов, смещенных друг относительно друга в направлении, перпендикулярном направлению хода лучей, перемещают изображения двух тест-объектов отражающей поверхности, фор1516788 а11

1 ! мируют сигнал, фиксируют величину перемещения иэображений двух тестобъектов при равенстве нулю сигнала и по величине перемещения иэображений определяют расстояние до отражающей поверхности, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений„ иэображения двух тест-объектов одновременно со смещением в направлении, перпендикулярном ходу лучей, смещают в направлении хода лучей, перед формированием сигнала преобразуют распределение интенсивности потока излучения от двух тест-объектов в плоскости анализа, перпендикулярной направлению хода лучей, в периодический видеосигнал, разделяют по времени периодический видеосигнал на два видеосигнала так, что момент времени разделения периодического видеосигнала на два находится между моментами времени преобразования распределения интенсивности потока излучения от двух тест-объектов в периодический видеосигнал, а сигнал формируют из двух видеосигналов.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что проводят пространственную фильтрацию изображений двух тест-объектов в плоскости анализа.

1516788

Фие. S

Составитель В.Чулков

Техред A.Êðàâ÷óê Корректор В.)ярняк

Редактор Е.Папп

Заказ 6373/39 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина, 101