Устройство для измерения перемещений

Устройство для измерения перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения влияния нестабильности параметров фотоприемника. Устройство состоит из оптически связанных блока 1 формирования сфокусированного излучения, диска 7 с нанесенными на него измерительной и опорной штриховыми решетками, плоскопараллельной пластины 12 с окнами, наложенной на измерительную решетку диска 7, и фотоприемника 11. Вращение пластины 12 вместе с диском 7 приводит к периодическим изменениям хода лучей от блока 1, а это - к периодическим изменениям амплитуды импульсов на выходе фотоприемника 11. Величина данных изменений амплитуды зависит от положения точки фокусировки лучей от блока 1 относительно диска 7. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

2705 А 1 ((9> (III

SU, (S1) 5 С 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

l10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4454710/24-28 (22) 04 ° 07.88 (46) 07,05.90. Вюп. - 17 (72) Т.М.Айсин, В.If.Асташкин, А.В9Подобрянский и Ф,Н.Хлебников (53) 531.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

fl- 868341, кл. G 01 В 11/02, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ IIEPEMEЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности за счет уменьшения влияния нестабильности параметров фотоприемника. Устройство состоит из оптически связанных блока 1 формирования сфокусированного излучения, диска 7 с нанесенными на него измерительной и опорной штриховыми решетками, плоскопараллельной пластины 12 с окнами, наложенной на измерительную решетку 8 диска 7, и фотоприемника ii Вращение пластины

12 вместе с диском 7 приводит к периодическим изменениям хода лучей от блока 1, а это — к периодическим изменениям амплитуды импульсов на выходе фотоприемника 11. Величина данных изменений амплитуды зависит от положения точки фокусировки лучей от блока 1 относительно диска 7. I з.п. ф-лы, 6 ил.

1562705

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля перемещений объекта.

Цель изобретения — повышение точ5 ности и расширение диапазона за счет уменьшения влияния нестабильности параметров фотоприемника и конструкции диска. 10

На фиг.i представлена. блок-схема устройства; на фиг.2 — конструктивое выполнение диска с наложенной плоскопараллельной стеклянной пластиной; на фиг.3 - вариант выполнения блока формирования изображения диафрагмы; на фиг.4а,б — ход лучей при выведенной и введенной плоскопараллельной стеклянной пластине, на фиг.5а,б — амплитуда сигнала на вы- .2О ходе фильтра верхних частот при выве,денной и введенной плоскопараллельной стеклянной пластине; на фиг,6 временные диаграммы сигналов, формируемых на выходе отдельных узлов уст- 25 ройства.

Устройство (фиг.1) состоит из оптически связанных блока 1 формирования сфокусированного излучения, выполненного в виде оптически связанных источника 2 света, конденсатора 3,,диафрагмы 4, коллимирующего объекти-, ва 5 и фокусирующего объектива 6, и диска 7 (фиг,2) с нанесенными на кольцевые дорожки. диска измеритель35

Ной и опорной штриховыми решетками

В и 9, привода 10, механически связанного с диском 7, фотоприемника 11, оптически связанного с блоком 1, при этом диск 7 расположен между блоком

1 и фотоприемником 11, плоскость диска 7 перпендикулярна оптической оси блока 1, измерительная штриховая решетка 8, нанесенная на диск 7, рас" положена на оптической оси блока I, 45 плоскопараллельной стеклянной плас" тины 12 с окнами, наложенной на диск

7.; угловая ширина окон плоскопараллельной стеклянной пластины l2 равна угловому полупериоду опорной штрихо50 вой рашетки 9, нанесенной на диск 7, фотосчитывателя 13, оптически связанного с опорной штриховой решеткой

9, нанесенной на. диск 7, причем фотосчитыватель 13 выполнен в виде оптически связанных светодиода 14 и фото-55 диода 15, формирователя 16, вход которого подключен к выходу фотодиода

15, последовательно соединенных фильтра 17 верхних частот, детектора 18 и фильтра 19 нижних частот, вход фильтра 17 верхних частот подключен к выходу фотоприемни,:а 11, синхронного детектора 20, информационный и управляющий входы которого подключены соответственно к выходам фильтра

19 нижних частот и формирователя 16, фильтра 21 нижних частот, вход которого подключен к выходу синхронного детектора 20, дополнительного привода 22, вход которого подключен к выходу фильтра 21 нижних частот, привод 22 механически связан с коллимирующим объективом 5 индикатора 23, механически связанного с приводом 22.

Блок 1 формирования сфокусированного излучения может быть выполнен в виде блока формирования автоколлимационного изображения диафрагмы (фиг.3). При этом он состоит из оптически связанных источника 2 света, конденсора 3, диафрагмы 4, полупрозрачного элемента 24, коллимирующего объектива 5 и фокусирующего объектива 6, привод 22 механически связан с объективом 6.

Устройство работает следующим образом.

Источник 2 света, входящий в блок

1 формирования сфокусированного излучения диафрагмы, формирует пучки лучей, проходящие через конденсор 3 и падающие на диафрагму 4.

Изображение диафрагмы 4 с помощью коллимирующего объектива 5 и фокусирующего объектива 6 строится в плоскости анализа. Диск 7 вращается с помощью привода 10. Измерительная штри ховая решетка 8, нанесенная на диск, 7, осуществляет пространственную фильтрацию изображения диафрагмы 4.

На выходе фотоприемника 11 формируется электрический сигнал, частота переменной составляющей которого определяется частотой нанесения измерительной решетки 8 на диск 7 и скоростью его вращения. Амплитуда переменной составляющей электрического сигнала, формируемого на выходе фотоприемника 11, определяется взаимным положением плоскостиизображения диафрагмы 4 и плоскости диска 7 с нанесенной измерительной решеткой. При совмещении этих плоскостей амплитуда переменной составляющей электрического сигнала максимальна и уменьшается при увеличении расстояния между плоскостями

5 15 (фиг.5). Размер иэображения диафрагмы выбирается равным или меньшим половине периода измерительной решетки

8, нанесенной на диск 7.

При вращении диска 7 пучки лучей, формируемых фокусирующим объективом

6, периодически проходят через плоскопараллельную стеклянную пластину

12, скрепленную с диском 7. При этом происходит периодическое измерение хода лучей и смещение плоскости формирования изображения диафрагмы 4 относительно плоскости измерительной решетки 8, нанесенной на диск 7 (фиг.4) .

Смещение плоскости изображения диафрагмы 4 приводит к формированию огибающей электрического сигнала (фиг.6), амплитуда которой связана с величиной периодического смещения изображения диафрагмы 4 относительно измерительных решеток, нанесенных на диск, а фаза огибающей зависит от положения плоскости, находящейся посередине плоскостей формирования изображений диафрагмы 4 при выведенной и введенной плоскопараллельной стеклянной пластине, относительно плоскости нанесения измерительных решеток

8 на диск 7.

Переменная составляющая сигнала, снимаемого с фотоприемника 11, выделяется фильтром 17 верхних частот, детектируется детектором 18, сглаживается фильтром 19 нижних частот, на выходе которого формируется огибающая, поступающая на информационный вход синхронного детектора 20.

Опорный сигнал, частота которого равна частоте огибающей, формируется фотосчитывателем 13.Светодиод 14 формирует поток излучения, который периодически прерывается опорной штриховой решеткой 9, нанесенной на диск 7 °

Промодулированный по интенсивности поток излучения преобразуется фотодиодом 15 в электрический сигнал, преобразуемый в прямоугольный формирователем 16. Опорный сигнал поступает на опорный вход синхронного детектора 20, который осуществляет е. синхронное детектирование огибающей, формируемой на выходе фильтра 19 нижних частот.

Постоянная составляющая, амплитуда и знак которой связаны с амплитудой и знаком огибающей электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 11, выделяется фильтром 21 ниж62705

6 них частот и поступает на привод 22, осуществляющий перемещение коллимирующего объекгива 5 или фокусирующего

5 объектива 6. Величина перемещения коллимирующего объектива 5 или фокусирующего объектива 6 фиксируется индикатором 23.

При формировании изображения диафрагмы 4 на одинаковых расстояниях от плоскости нанесения измерительной штриховой решетки 8 при выведенной и введенной плоскопараллельной стеклянной пластине 12 амплитуда огибающей, формируемой на выходе фильтра

19 нижних частот, равна нулю, привод

22 не перемещает коллимирующий объектив 5 или фокусирующий объектив 6.

При смещении изображения диафраг20 мы 4 от указанных положений на выходе фильтра 19 нижних частот формируется огибающая соответствующего знака, привод 22 перемещает коллимируюший объектив 5 или фокусирующий абъ25 ектив 6 в положение, при котором амплитуда огибающей, формируемой на выходе фипьтра 19 нижних частот, близка к нулю.

Диапазон перемещения коллимирую3О щего объектива 5 или фокусирующего объектива 6 связан с глубиной резкости фокусирующего объектива 6. которая, в свою очередь, связана с его относительным отверстием.

Для факусирующего объектива 6 с большим относительным отверстием используются измерительные решетки с более высокими пространственными частотами, нанесенные на периферийные

40 кольцевые дорожки диска 7 (фиг.2).

Для выбора оптимального соотношения пространственной частоты измерительной штриховой решетки 8, нанесенной-на диск 7, и толщины плоско45 параллельной стеклянной пластины 12, обеспечивающих в совокупности максимальный диапазон перемещения каллимирующего объектива 5 или фокусирующего объектива 6 и точности фиксации, 5О штриховые измерительные решетки имеют различные угловые периоды, а диск

7 совместно с фатосчитывателем 13 перемешают в радиальном направлении, перпендикулярно оптической аси фоку55 сирующего объектива 6.

Таким образом, устройство позволяет автоматически фиксировать положение плоскости изображения фокуси, рующего объектива 6 относительно плос=

1562705 кости нанесения измерительных штри- ховых решеток 8, нанесенных на диск 7.

Работа устройства и случае построения блока 1 формирования сфокусированного излучения по автоколлимационной схеме (фиг.З) аналогична описанной.

Измеряется перемещение объекта 25.

Дри этом пучки лучей, прошедшие через 10 диафрагму 4, отражаются от полупрозрачного элемента 24, проходят коллимирующий объектив 5, фокусирующий объектив 6, отражаются от отражающей поверхности объектива 25 и в обратном 15 ходе проходят через фокусирующий объектив 6, коллимирующий обьектив 5, полупрозрачный элемент 24 и падают на измерительную штриховую решетку

8, нанесенную на диск 7. 20

Изменение чувствительности фотоприемника 11 мало влияет на результат измерения, так как величина электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 11 при выведенной и введен- 25 ной плоскопараллельной стеклянной пластине 12, изменяется на одну и ту

Фе величину. формула изобретения 30

Устройство для измерения перемещений, содержащее оптически связанные блок формирования сфокусированного излучения и фотоприемник, синхрон- З ный детектор, привод, механически

Связанный с блоком формирования сфоКусированного излучения, о т л ич а-ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно 40 снабжено диском с нанесенным по кольцевым дорожкам измерительной и опорной штриховыми решетками, диск расположен между блоком формирования сфокусированного и зл учения и фотоприемником, плоскость диска перпендикулярна оптической оси блока формирования сфокусированного излучения, дополнительным приводом, механически связанным с диском, плоскопараллельной стеклянной пластиной с окнами, зао крепленной на диске и сопряженной с измерительной штриховой решеткой диска, угловая ширина окон плоскопараллельной стеклянной пластины равна угловому полупериоду опорной штриховой решетки, нанесенной на диск, фотосчитывателем, оптически связанным с опорной штриховой решеткой, нанесенной на диск, формирователем, вход которого подключен к выходу фотосчитывателя, выход формирователя подклю.— чен к управляющему входу синхронного детектора, последовательно соединенными фильтром верхних частот, детектором и первым фильтром нижних частот, вход фильтра верхних частот под ключен к выходу фотоприемника, выход первого фильтра нижних частот соединен C информационным входом синхронного детектора, вторым фильтром нижних частот, вход которого подключен к выходу синхронного детектора, выход второго фильтра нижних частот соединен с входом привода.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения, диапазона измерений, на кольцевые дорожки диска нанесены дополнительные измерительные штриховые решетки с различными угловыми периодами, а диск выполнен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оптической оси блока формирования сфокусированного излучения.

1562705

l117

Qluz.5

Составитель М.Кузнецов

Техред И, Ходанич Корректор M,Øàðoøè

Редактор С.Пекарь

Тираж 483 Подписное

Заказ 1055

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101. 25 рог.3

-8

tJ1g

È6