CS267653B1 - Optoelectronical device for accuracy aligning and flatness measuring - Google Patents

Description

Optoelektronické zařízení k přesnému vytyčování a měření rovinnosti

Optoelektrické zařízení na přesné vytyčování a měření přímosti se týká oblasti optického měření přímosti a rovinnosti. Účelem řešení je vývo^j prvku na měření pravoúhlých posunů vůči etalonové přímce, jež je určena laserovými paprsky který má elektrické spojení se zpracovatelskou jednotkou, využívá celý vyzařovací výkon na zpracování signálů a maximálně omezuje prosvícenou vzduchovou mezeru. Stanovený úkol se řeší pomocí oddělovače paprsku (1). který je volně nastavitelný mezi zdrojem laserového záření a fotočlánkem (3), jenž je napevno umístěn na konci oblasti posunu, přičemž tento oddělovač paprsku (1) odděluje dopadající paprsky v závislosti na jejich postavení a směruje jejich komponenty na fotočlánky (3).

PA

rVD CU

CS 267653 81

Vynález se týká oblasti optického přenosu vytyčování a také měření přímosti a rovinnosti.

Ve stávajících známých technických řešeních optického měření přímosti, při němž je etalonem přímosti světelný paprsek, jmenovitě laserový paprsek, patří hlavní úloha čtvercovým fotografickým přijímačům, plošným diodám a také pentagonálním hranolům s krytem, kde jako detektory slouží diskrétní fotočlánky. Použití těchto přístrojů je v mnoha případech dobře přizpůsobeno požadavkům měřicí techniky a umožňuje plně automatické Drovádění měření.

Funkční princip těchto zařízení je založen na optoelektrickém zpracování jednotlivých složek kapacity, na které se laserový paprsek rozkládá měřicím přijímačem podle jejich relativní polohy. Všechna známá technická provedení tohoto druhu mají ten nedostatek, že zařízení má geometrické rozdělení paprsku a optoelektrické detektory tvoří kompaktní uzel / zejména u čtvercových fotografických přijímačů, plošných diod apod. V tomto případě jsou zapotřebí elektrické kabelové spoje se zpracovatelskou jednotkou, které zpravidla znamenají zdroj poruch. Požadavky praxe proto v první řadě směřují к elektricky bezkontaktnímu prvku, který podobným způsobem umožňuje provádět měření přímosti a rovinnosti·

V tomto směru je známým technickým řešením zrcadlo 90° nebo hranol 90°» které místo přijímače při pravoúhlém posunu vytvářejí dvojitý posun celého odraženého paprsku, jenž se na záčátku oblasti posunu měří známým optoelektrickým přijímacím uzlem. Podobné zařízení má ten nedostatek, že dráha, kterou urazí světelný paprsek, má dvojnásobnou délku, co v případě rozbíhání svazku způsobuje velké nepřesnosti v závislosti na vzdálenosti. Navíc, na základě turbulencí prozářeného optického prostředí je nutno u dvojnásobné délky dráhy také počítat s velkými nepřesnostmi.

V DE - OS č. 2,208.004 je popsáno zařízení na měření přímosti, které používá clonu na úpravu barevného odstínu a jako elektricky bezkontaktní prvek podle relativního postavení vůči etalonovámu paprsku odfiltrovává část vyzařovacího výkonu. Výkon měřený na konci oblasti posunu je přímo úměrný posunu vůči etalonu přímosti. Toto zařízení má ten nedostatek, že pro zpracování není využit celý vyzařovací výkon a tím se zmenšuje citlivost měřicího zařízení. Kromě toho tímto zařízením nelze současně měřit vertikální a horizontální posuny.

V DS - AS č. 1,673*846 je popsáno zařízení, které pracuje na principu, že к laserovému paprsku se pomocí fázového měniče přidá minimální intenzita a při tom se vytvoří etalon přímosti. Měření relativní vzdálenosti к etalonovému normálu se provádí jednoduchou děrovanou clonou, kdy její difrakční obraz je závislý na postavení a zpracovává se pomocí optoelektrických snímačů. U tohoto zařízení se měření pravoúhlých posunů provádí jednoduchým optickým prvkem, jmenovitě děrovanou clonou. Na rozdíl však od technického principu, který je použit v navrhovaném vynálezu, se technická metoda, aplikovaná ve výše uvedeném zařízení, zakládá na změření centrálního minima intenzity. Nedostatkem tohoto zařízení je to, že pro elektronické zpracování signálů může být použita jen nepatrná část vyzařovacího výkonu, takže je nutný buá vysoký celkový vyzařovací výkon, nebo je nutno mít vysoké nároky na fotočlánky a zpracovatelskou elektroniku.

Účelem vynálezu je vývoj zařízení na přesné vytyčování a měření přímosti, které odpovídá požadavkům praxe a na měření pravoúhlých posunů vůči etalonovému paprsku používá prvek, jenž nemá elektrické spojení se zpracovatelským uzlem, využívá navíc celý vyzařovací výkon na zpracování signálů a maximálně omezuje vzduchovou mezeru, kterou prochází etalonový paprsek.

Podle daného vynálezu zařízení se skládá ze zdroje laserového světla včetně příslušné optiky, který stanoví etalon přímosti, z volně nastavitelného oddělovače paprsku s množstvím optických hran, odpovídajícím laserovým paprskům a souřadnicovým směrům, který v závislosti na postavení geometricky odděluje paprsek a podle složení způsobuje prostorové nebo fyzické oddělení jednotlivých komponent paprsku a jejich paralelní přemístění na konec oblasti posunu, kde jsou napevno umístěny optické prostředky, jež zaostřují světlo padající na fotočlánky, po čemž následuje známé elektronické zpracování. Laserové paprsky dopadající na jednotlivé optické hrany prvku se geometricky oddělují v souladu s postavením prvku vůči etalonu přímosti. Podle konstrukce oddělovače paprsku se na základě optického odrazu nebo lomu prostorově oddělují, nebo s použitím zařízení na natáčení polarizační roviny oddělují fyzicky jednotlivé komponenty paprsku, které ve formě zakódované podle výkonu, již obsahují informace o pravoúhlém posunu vůči etalonovému normálu.

Další konstrukce oddělovače paprsku je taková, aby zajišťovala, že se částečně oddělené paprsky paralelně přemístí na konec oblasti posunu. To se v podstatě provádí na základě optického lomu, kdy se pentagonální hranoly, s krytem, vhodné к prostorovému a geometrickému oddělování, doplňují podobnými hranoly s opačnou orientací, pokud jde o lom paprsku, tak-že každé vstupní ploše hranolu odpovídá paralelní výstupní plocha a tím se každý částečný paprsek paralelně posune. Komponenty paprsku, které jsou tímto způsobem paralelně přemístěny na konec oblasti posunu, jsou pomocí optických prostředků, napevno zde umístěných, zejména pomocí čoček, zaostřovány na příslušné fotočlánky. V případe polarizačního oddělování jednotlivých komponent paprsku, které se provádí oddělovačem paprsků, se tyto komponenty prostorově slučují, a proto na konci

CS 267653 Bí oblasti posunu je především nutno je prostorově oddělit za použití polarizačního oddělovače. Známé elektronické zesilovací a logické obvody nakonec dají měřicí signál, který odpovídá postavení jednotlivých částí. Zařízení konstruované podle daného vynálezu charakteristické tím, že měření přímosti podél oblasti posunu lze provádět oddělovačem paprsku, který nemá přímé elektrické spojení s elektronickou zpracovatelskou jednotkou. Navíc jsou využity výhody elektronického zpracování celého vyzařovacího výkonu. Zařízení splňuje požadavek na minimální vzdálenost mezi zdrojem záření a měřicím přijímačem.

Vynález je v dalším textu objasněn na pěti příkladech praktické realizace. Na obr. 1 je oddělovač paprsku 1 realizován v hranolové konstrukci. Prostorové oddělení částečných paprsků, které vznikly geometrickým oddělením na optické hraně 1', se uskladňuje na základě plného odrazu. Částečné paprsky, paralelně přemístěné na konec oblasti posunu, pomocí napevno zde umístěných čoček 2 se zaostřují na f otoč lánky 2. » P° čemž následuje známé elektronické zpracování signálů.

Na obr. 2 je oddělovač paprsků tvořen pentagonálním hranolem s krytem 4 a s příslušným symetrickým prodloužením £ . Geometrické oddělování a také oddělování paralelním posunem každé komponenty раргвки se provádí pomocí optického lomu. Současné měření ve dvou souřadnicových směrech se může provádět, jestliže místo jednoho pentagonálního hranolu (4) použije zdvojený pentagonální hranol s krytem 6 a se symetrickým doplňkem, který tvoří další dvojlomný hranol 2 s opačnou orientací.

Obr. 3/. Světelný paprsek dopadá na vrchol krytu a rozkládá se na čtyři částečné paprsky, přičemž и každého z těchto částečných paprsků dochází к paralelnímu posunu vůči původnímu směru a každý částečný paprsek je tak ve stavu prostorového oddělení na konci oblasti posunu zaostřen na jednotlivý fotočlánek 2·

Na obr. 4 je oddělovač paprsku tvořen opticky aktivním materiálem 8, který má tu vlastnost, že natáčí polarizační rovinu světla o 90°, například z křemenného skla. Při použití lineárního polarizovaného laserového paprsku se část svazku světelných paprsků, která prochází opticky aktivním materiálem 8, natáčí o 90° ve směru polarizace vůči druhé části. Komponenty vyzařovacího výkonu, které .isou tak kódovány v závislosti na postavení, se na konci oblasti posunu při aplikaci polarizačního děliče 2 prostorově oddělují a jednotlivě se zaostřují na fotočlánky 2·

Na obr. 5 je znázorněn optický prvek 10. který v případě etalonu přímosti určeného dvěma laserovými paprsky způsobuje geometrické oddělení obou paprsků a který také prostorově odděluje jednotlivé komponenty paprsku na základě optického lomu a paralelně posouvá část jejich komponent. Dvě příslušné komponenty paprsku lze prostorově sloučit tak, že je možné pomocí jedné čočky 2 je zaostřit na fotočlánek 2·

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Optoelektronické zařízení к přesnému vytyčování a měření rovinnosti v němž se jeden nebo několik světelných a jmenovitě laserových paprsků, které určují etalonovou přímku, geometricky odděluje v závislosti na svém postavení, přičemž každý geometricky oddělený částečný paprsek se zaostřuje na fotočlánek, vyznačující se tím, že oddělovačem paprsku (1) je volně nastavitelný optický prvek, umístěný mezi světelným zdrojem a napevo zabudovaným fotočlánkem (3) na konci oblasti posunu.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že optický prvek, který odděluje paprsky, je tvořen odrazovými plochami·
3. 3. · Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že optický prvek, který odděluje paprsky, je hranol.
4. 4. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že optický prvek, který odděluje paprsky, je tvořen opticky aktivním materiálem (8).

   3 výkresy

   Obf.2

   CS 267653 Bl

   Ohr.3