Бесконтактный цифровой датчик линейных размеров и положения объектов

Бесконтактный цифровой датчик линейных размеров и положения объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3I3 079

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 10.XI.1969 (¹ 1375858/25-28) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 31.VIII.1971. Ьтоллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 23.XI.1971

МПК б Olb 11/10

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 531.715 (088.8) Авторы изобретения

В. М. Мамкин и В. А. Рабинович

Заявитель

БЕСКОНТАКТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ

РАЗМЕРОВ И ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к бесконтактному измерению линейных размеров и положения объектов, например горячих заготовок, в процессе их обработки на кузнечных прессах и т. п.

Известен бесконтактный цифровой датчик линейных размеров и положения объектов, например горячих заготовок, содержащий источник монохроматического света, модулятор светового потока, кодирующее устройство, расположенное на пути светового, потока, отраженного от поверхности контролируемого объекта, блок фотоприемников, установленных на выходе кодирующего устройства и электронный блок. Известный датчик работает по способу пространственного цифрового кодирования мгновенного положения светового сечения поверхности контролируемого проката. Б известном датчике в качестве кодирующего устройства используется пучок светопроводящих волокон, уложенных в коде Грея и разведенных по фотоэлементам.

Известный датчик работает в реальном масштабе времени без развертки, что устраняет динамические ошибки, и по эффективности приближается к идеальным, но применение ограничено лишь диапазоном световых волн, который в ряде случаев невозможно использовать из-за тяжелых условий измерения. Кроме того, на результат измерения накладываются инструментальные ошибки из-за разброса световодов по толщине и неточности из-за укладки на входном зрачке кодирующего устройства, а также ошибки из-за дисторсии

5 объектива, фокусирующего световые лучи в плоскости входного зрачка кодирующего устройства. Еще одним недостатком известного датчика является сложная технология изготовления волоконно-оптических кодирующих

1о устройств, требующая ручной укладки большого количества очень тонких стеклянных волокон по заранее заданному коду.

Предлагаемый датчик отличается от известного тем, что, с целью повышения точности и

1S расширения диапазона используемых при измерении световых волн, кодирующее устройство выполнено в виде пластины с голограммой, представляющей суперпозицию интерферограмм кодов чисел, равных номерам эле20 ментов квантования зоны измерения. Пластина с голограммой выполнена отражательной, а между пластиной и блоком фотоприемников установлено устройство выделения действительно восстановленного изображения кода

2S числа, равного результату измерения, выполненное, например, в виде параболических отражателей и пучка волноводов.

Голограмма выполнена расчетной, причем при ее синтезе на электронной вь1числительной

30 машине выполнено условие восстановления

313079 действительного изображения кода числа,равного результату измерения при облучении голограммы сВетоВыми Волнами„отраженными от объекта, а в качестве устройства выделения этого изображения при IeIIeIIa маска с отверстиями, установленная перед блоком фотоприемников.

На фиг, 1 изображена принципиальная схема датчика с кодирующим устройством, в виде голограммы; на фиг. 2 — схема градуировки датчика.

Предлагаемый датчик (см. фиг. 1) содержит источник монохроматического света 1, модулятор 2, кодирующее устройство 8, выполненное в виде голограммы, устройство выделения действительного изображения кода числа, выполненное, например, в виде параболитических отражателей 4 и 5 и пучка волноводов б, блок фотоприемников 7, электронный блок с электрическими фильтрами 8, настроенными на частоту модуляции пучка — света.

Индексом 9 обозначен измеряемый объект, 10 — опорный пучок а и б — область мнимого изображения кодовой маски, восстанавливаемого с помощью голограммы; а и б — пятна действительного восстановленного изображения кода числа, равного результату измерения, сфокусированныс с помощью параболических отра кателей на входных зрачках волноводов.

В процессе градуировки датчика на голограмму наносится суперпозиция интерферограмм кодов чисел, равных номерам элементов квантования зоны измерения, Эта схема содержит лазерный осветитель 11, зеркала 12, кодовую маску 18 с диффузно рассеивающей стеклянной подложкой 14, создающую кодовый набор сигнальных пучков 15, интерферирующих с опорным пучком 1б на фотопластинке 17 с накопительной средой, рассеивающие

18 и коллиматорную 19 линзы.

При градуировке датчика голограмму записывают на одной пластинке с накопительной средой, чувствительной к излучению, например на фотопластинке, в виде суперпозиции N отдельных интерферограмм по числу элементов квантования зоны измерения. Каждая из этих интерферограмм соответствует одному из номеров элементов квантования, представленных, например, в коде Грея в виде отверстий на кодовых масках. Такая голограмма записывается при освещении кодовой маски пучком когерентного излучения, сфокусированным с помощью рассеивающей и коллиматорной линз. При освещении кодовой маски с диффузнорассеивающей подложкой возникает кодовый набор сигнальных пучков 15, интерферирующих с опорным пучком 1б на фотопластинке 17, на которую они падают с противоположных сторон.

Как известно, при этом в толще фотоэмульсионного слоя записывается объемная иптерференционная картина в виде голограммы кодов чисел, равных номерам элементов кванто5

65 вания. Для диапазонов ультразвуковых и радиоволн подобная голограмма может быть выполнена в виде отражательной пластинки с суперпозицией интерферограмм, заранее рассчитанных на элсктроннои ВычислительноЙ ма шине и нанесенных каким-либо способом, например, гравировкой травлением на пластинку с поглощающим материалом.

Измерение линейных размеров и положения объектов с помощью предлагаемого датчика осуществляют следующим Образом.

Объект измерения 9, например горячий прокат, перемещающийся в зоне измерения, облучается пучком когерентных волн, идущих от исто:ишка света 1 через модулятор 2, модулирующим этот пучок по интенсивности с частотой Е, и отражается от поверхности в точке ее сечения модулированным пучком. Эта точка или Вернее пятно сечения отражающей поверхности IIO сути дела является набором большого числа точегпых излучателей, образующих суммарную монохроматическую волну, составленную из большого количества сферических волн н имеющую сло кный волновой фронт. Эта отраженная монохроматическая волна и используется в качестве опорного пучка 10 при восстановлении изображения кода в процессе измерения. При облучении отражательной пластины с голограммой

8опорным пучком волн,,отраженных от поверхности контролируемого объекта, в результате дифракции этих волн на элементах голограммы, в области «аб» за голограммой восстанавливается мнимое изображение кодовой маски. Восстановление этого изображения в процессе происходит в плоскости «аб» за голограммой, .причем положение этого изображения зависит от угла падения пучка отраженных волн от отражателей 4 и 5 на голограмму, и следовательно и от положения объекта в зоне измерения. Параболические отражатели фокусируют расходящиеся пучки дифрагирующих на голограмме волн в плоскости входных зрачков волноводов б, по которым сфокусированное излучение проходит к блоку фотоприемников 7. При этом на линию входных зрачков попадает лишь изображение кода числа, равного результату измерения.

Электрические сигналы, вырабатываемые блоком фотоприемников и,промодулированные по амплитуде с частотой модуляции секущего пучка волн, проходят к пересчетному устройству через электрические фильтры 8, настроенные на частоту модуляции, При этом собственное излучение горячей полосы проката селективно (по длине волны), отражающееся от пластинки с голограммой, не создает каких-либо помех на входе пересчетного устройства, так как сигналы этого излучения не модулированы и не проходят через фильтры 8.

Аналогичным образом осуществляется измерение и с помощью датчика с расчетной голограммой.

Точность измерения в данном случае зависит лишь от числа элементов квантования и

313079

Предмет изобретения о а

1 о

Составитель Л. Лобзова

Редактор Л. Герасимова Техред А. А. Камышникова Корректор И. М. Шматова

Заказ 3032/9 Изд. № 1255 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 точности градуировки, в процессе которой записывается голограмма, используемая в качестве кодирующего устройства датчика. Технология изготовления пластинки с голограммой проще технологии изготовления волоконно-оптических кодирующих устройств.

1. Бесконтактный цифровой датчик линейных размеров и положения объектов, например горячих заготовок, содержащий источник монохроматического света, модулятор световаго потока, кодирующее устройство, расположенное на пути светового, потока, отраженного от поверхности контролируемого объекта, блок фотоприемников, установленных на выходе кодирующего устройства, и электронный блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона используемых при измерении световых волн, кодирующее устройство выполнено в виде пластины с голограммой, представляющей собой супорпозицию интерферограмм кодов чисел, равных номерам элементов квантования зоны измерения.

2. Бесконтактный цифровой датчик по п. 1, отличающийся тем, что пластина с голограммой выполнена отражательной, а между пластиной и блоком фотоприемников установлено устройство выделения действительного восстановленного изображения кода числа, равного результату измерения, выполненное, например, в виде параболических отражателей и пучка волноводов.

3. Бесконтактный цифровой датчик .по п. 1, отличающийся тем, что голограмма выполнена расчетной, причем при ее синтезе на электронной вычислительной машине выполнено условие восстановления действительного изображения кода числа, равного результату измерения при облучении голограммы световыми волнами, отраженными от объекта, а в качестве устройства выделения этого изображения применена маска с отверстиями, установленная перед блоком фотоприемников.