Устройство для ориентации светового луча

Патент 690286

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, сеид-ву(22) Заявлено 040777 (21} 2503532/18-10 с присоединением заявки HP(23) ПриоритетвЂ”

Опубликовано 05.10.79 Бюллетень М 37

Дата опубликования описания 05.10.79

Союз Советских

Сев4Налнстнческнх

Реслублик

< >690286 (51)М. Кл.2

G 01 С 9/02

G 15/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытмй (53) УДК 528. 541 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е.В.Шундиков и Е.Т.Вагнер (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ СВЕТОВОГО ЛУЧА

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при монтаже крупногабаритной технологической 5 оснастки и оборудования, а также в судостроении и машиностроении. .Известны оптические уровни с автоматической ориентацией луча, в которых оптический луч, проходя 10 через сосуд, заполненный тремя несмешивающимися оптически прозрачными средами различной плотности, преломляетдя на границе раздела сред и ориентируется под определенным углом относительно вертикальной или горизонтальной плоскости (1).

Недостатком устройств является низкая точность ориентации луча, вызываемая волнообразными колебаниями поверхности раздела сред и отсутствие объективного контроля положения луча.

Известны также устройства для самонивелирования лазерного или какого-либо другого луча в заданном горизонтальном или вертикальном направлении при его небольших отклонениях, осуществляемом с помощью двух кювет с налитой в них иммерсионной жидкостью, например маслом, установленных в корпусе по ходу луча (2) > (3), (4) и (5).

При наклоне вертикально установленного корпуса устройства совместно с узконаправленным излучателем на некоторый угол ч, кюветы наклоняются, верхний уровень жидкости в них устанавливается на уровне горизонта, а нижняя плоскость дна кюветы образует с ним тот же угол, образуя при этом оптический клин, при прохождении каждого из которых пуч света отклоняется на половину угла клина М/2 приближаясь к вертикали.

При последовательном прохождении луча через обе кюветы происходит полная коррекция отклонения оси луча, к отора я совмещает ся с верт икалью. Работа устройства, основанная на этом принципе эффективна в пределах малых углов, когда. разницей между величинами sin<аи tg d. (для одних значений углов наклона) можно пренебречь. Кроме того, устройство снабжено поворотными элементами, позволяющими направлять световой луч в любом направлении.

690286. Недостатком известного устройстВа (5 J которое является ближайшим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, является низкая точность автоматической ориентации луча при больших отклонениях от вертикали или горизонтали. Кроме того, в известном устройстве отсутствует контроль вертикального или горизонтального положения луча. 10

Целью изобретения является повыШения точности ориентации светового луча при любых наклонах корпуса устройства.

Это достигается тем, что в предла1 аемом устройстве в каждую кювету помещена оптически прозрачная плос1 коп аралл ель на я пл ас тина с коэффициентомнТом преломления, рав ным коэффициенту преломления жидкости, снабженная поплавком, ориентирующим ее плоскости в уровень горизонта, при этом на наружной плоскости плоскопараллельной пластины нанесена одномерная дифракционная решетка, а пластины ориентированы относительно 25 друг друга с разворотом рисок дифракционных решеток под прямым углом, а каждая плоскопараллельная пластина снабжена шарниром, обеспечивающим ее перемещение относительно стенок 30 кюветы по трем степеням свободы. На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 2 - поперечный разрез кюветы; на фиг. 3 вЂ” кювета в плановой про- 35 екции на.фиг. 4 вЂ” положение дифракционяых одномерных решеток относительно друг друга и опорных регулировочных опор. предлагаемое устройство содержит 4g узконаправленный излучатель света, например лазерный излучатель 1, закрепленный в корпусе 2, который с помощью трех регулировочных опор, например винтов 3, закреплен на штативе 4. При этом регулнровочные опоры 3 размещены в вершинах прямоугольного треугольника в плоскости опорной площадки штатива 4.

В корпусе 2 по ходу луча соосно с ним закреплены две кюветы 5, 6 с оптически прозрачной жидкостью и дном, имеющим равные коэффициенты преломления, близкие к 1,5.

В каждую кювету 5,6 помещена оптически прозрачная плоскопараллельная пластина 7, имеющая тот же, что и у жидкости коэффициент преломления, на наружную поверхность которой нанесена одномерная плоская дифракционная решетка . 8 в виде щ параллельных штрихов.

Плоскопараллельные пластины 7 ориентированы относительно друг друга таким образом, чтобы риски обеих дифракционных Решеток 8 были 65 расположены под прямым углом друг к другу, а проекции их перпендикулярно - катетам прямоугольного

-треугольника, 8 вершинах которого раэмааены опоры 3, расположенные в плоскости опорной площадки штатива

Кажда я плоскоп арал лель на я плас т ин а

7 поддерживается над поверхностью жидкости поплавком 9, расположенным по ее периметру и ориентирующим

1,наружную поверхность плоскопараллельной пластины в уровень горизонTB

Плоскопараллельные пластины 7 соединены сп стенками кювет 5,6 шарн ирами 10, по зв оляющими нм свободно перемещаться по трем степеням свободы: по вертикальному пазу и вращаться . вокруг осей X Õ и у-у.

Иа внутренних стенках кювет 5,6 под прямым углом к оси паза 11 диаметрально противоположно установлены ограничители 12 с параллельными направляющими.

На корпусе 2 установлена поворотная головка 13 с пентаприэмой 14, коллиматором 15 (на который ссосно с ним может быть установлена вторая понорстная головка с пентапризмой для раэнорота луча н вертикальной плоскости) н фотоприемным устройством 16, соединенным с усилителем 17 и блоком индикации 18 °

Устройство работает следующим

Ь бра зом, Одномодовый луч от лазера 1 проходит через кюветы 5,6 и плоскопараллельные оптически прозрачные пластины 7 с нанесенными на них одномерными днфракционными решетками 8, затем частично преломляется под пряьжм углом пентаприэмой с клином 14 и проходит через колпиматор 15. Вторая часть луча, пройдя через пентапризму с клином 14 н вертикальном направлении, попадает ыа фотоприемное устройство 16, интенсивность засветки которого, усиленная блоком 17, регистрируется блоком индикации 18, При отклонении корпуса 2 от вертикали уровень жидкости, оставаясь горизонтальным, образует из оптически прозрачной жидкости клин, с коэффициентом преломления, близким к 1,5. При малых углах наклона корпуса 2, когда разницей между

s1n u tg углов можно пренебречь, лазерный луч автоматически займет вертикальное положение, а преломленный пентапризмой луч - горизонтальное.

В случае больших углов отклонений оси корпуса 2 устройства от вертикали световой луч, пройдя через однсиерную дифракционную решет690286 ку 8, уменьшит засветку Фотоприеиного устройства, что зарегистрирует блок индикации 18. Этот эффект будет происходить вследствие изменения ширины щели (параметров решетки) при наклоне плоскости решетки 8 относительно лазерного луча. Так как щели одномерных дифракционных решеток 8 расположены перпендикулярно друг относительно друга, то изменение интенсивности засветки Фотоприемного устройства 16 будет происходить при отклонении оси луча в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях.

Для выставления оси корпуса 2 и луча в вертикальное положение корпус 2 перемещают регулировочньв и опорами 3, добиваясь по блоку индикации 18 максимальной засветки лучом Фотоприемного устройства 16.

Таким образом, в предлагаемом устройстве вертикальная (горизонтальная) ориентация луча при малых углах наклона осуществляется автоматически, а при больших - путем регулировки опор 3 и контроля положения луча по 25 блоку индикации 18.

Практическое применение устройства в работах по монтажу сборочной оснастки в самолетостроении и вертолетостроении позволяет повысить точ- 30 ность ориентирования светового луча, осуществить контроль положения луча, а также сократить время на выставление устройства в рабочее положение.

Формула изобретения

1,Устройство для ориентации светового луча, содержащее иэлучатель света, закрепленный в корпусе, в котором по 4О ходу луча установлены две кюветы с оптически прозрачным дном и жидкостью с равными коэффициентами преломления, поворотную головку, в которой размещены пентаприэма, коллиматор и фотоприемное устройство, соединенное с усилителем и блоком индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в каждую кювету помещена оптически прозрачная плоскопараллельная пластина с коэфФициентом преломления, равным коэфФициенту преломления жидкости, снабженная поплавком, ориентирующим ее плоскость в уровень горизонта, при этом на наружной плоскости плоскопараллельной пластины нанесена од« номерная дифракционная решетка, а пластины ориентированы относительно друг друга с разворотом рисок дифракционных решеток под прямьм углом.

2, устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что:каждая плоскопараллельная пластина снабжена шарниром, обеспечивающим ей при перемещении три степени свободы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент С(1Ж Р 3905707, кл. 356-249, 1974.

2. Патент ФРГ 9 1252910, кл. 42 С б/03 1967.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 559110, кл. G 01 С 5/02, С 01 С 15/10с 1967 °

4. Вагнер Е.Т. и др. Лазерные и оптические методы контроля в самолетостроении. h1., Машиностроение, 1977, с. 96-97.

5. Патент CMA Р 3684381, кл. 356-138, 1972 (прототип).