RU108132U1

RU108132U1 - DEVICE FOR MEASURING ANGULAR DEVIATIONS

Info

Publication number: RU108132U1
Application number: RU2011105935/28U
Authority: RU
Inventors: Тимур Хусаинович Ахмедов; Георгий Львович Форсов; Василий Семенович Никулин
Original assignee: Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики"
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2011-09-10

Abstract

Устройство для измерения угловых отклонений, содержащее источник некогерентного излучения, выпуклое цилиндрическое зеркало, нить подвеса и шкалу отсчета отраженного луча света, источник некогерентного излучения направлен на поверхность выпуклого цилиндрического зеркала, отраженный луч от поверхности которого направлен на шкалу отсчета, отличающееся тем, что дополнительно содержит собирающую линзу, установленную между источником некогерентного излучения и поверхностью выпуклого цилиндрического зеркала, подвешенного на нити подвеса с эксцентриситетом, фокусное расстояние собирающей линзы равно расстоянию до поверхности выпуклого цилиндрического зеркала, измеряемый угол отклонения определяется с помощью выражения ! ! где R - эксцентриситет подвески выпуклого цилиндрического зеркала; ! α - угол отклонения нити подвеса выпуклого цилиндрического зеркала; ! L - радиус кривизны шкалы отсчета; ! γ - угол, дополняющий до значения π/2 падение луча на поверхность выпуклого цилиндрического зеркала; ! β - угол между радиусами цилиндрического зеркала в точках падения луча на его поверхность в исходном положении и после отклонения на угол τ, при этом диапазон измерения угла отклонения τ выбирают исходя из условия A device for measuring angular deviations containing a source of incoherent radiation, a convex cylindrical mirror, a suspension thread and a reference scale of a reflected light beam, an incoherent radiation source is directed to the surface of a convex cylindrical mirror, the reflected beam from the surface of which is directed to a reference scale, characterized in that it further comprises a collecting lens mounted between the source of incoherent radiation and the surface of a convex cylindrical mirror suspended on a suspension thread and with an eccentricity, the focal distance of the collecting lens is equal to the distance to the surface of a convex cylindrical mirror, the measured deflection angle is determined by the expression! ! where R is the eccentricity of the suspension of a convex cylindrical mirror; ! α is the angle of deviation of the suspension thread of a convex cylindrical mirror; ! L is the radius of curvature of the reference scale; ! γ is the angle that complements up to π / 2 the incidence of the beam on the surface of a convex cylindrical mirror; ! β is the angle between the radii of the cylindrical mirror at the points of incidence of the beam on its surface in the initial position and after deflection by the angle τ, while the range of measurement of the deflection angle τ is chosen based on the condition

Description

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована в устройствах прецизионного измерения угловых отклонений.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used in devices for precision measurement of angular deviations.

Известно устройство измерения угловых и линейных координат объекта, содержащее источник света, световой поток которого поступает через светоделитель на вход матричного фотоприемника непосредственно и на вход маркерного выпуклого зеркала через объектив [1]. Маркерное выпуклое зеркало соединено с измеряемым объектом и отраженный луч света от маркерного выпуклого зеркала попадает обратно через объектив и светоделитель на вход матричного фотоприемника. Информационные сигналы с выхода матричного фотоприемника подаются на вход ЭВМ для компьютерной обработки прямого и обратного изображений маркера. В результате вычислительных и логических операций в ЭВМ предлагаются угловые и линейные координаты измеряемого объекта.A known device for measuring the angular and linear coordinates of an object containing a light source, the luminous flux of which enters through the beam splitter to the input of the matrix photodetector directly and to the input of a convex marker mirror through the lens [1]. A convex marker marker is connected to the measured object, and the reflected light beam from the convex marker mirror falls back through the lens and the beam splitter to the input of the matrix photodetector. Information signals from the output of the matrix photodetector are fed to the input of a computer for computer processing of forward and reverse marker images. As a result of computational and logical operations in a computer, the angular and linear coordinates of the measured object are proposed.

Недостаток известного устройства состоит в том, что точность измерения угловых и линейных отклонений прямо пропорционально зависит от разрешающей способности матричного фотоприемника и вычислительных возможностей ЭВМ. Повышение точности измерений ведет к нежелательному усложнению и удорожанию матричного фотоприемника и ЭВМ.A disadvantage of the known device is that the accuracy of measuring angular and linear deviations is directly proportional to the resolution of the matrix photodetector and the computing capabilities of the computer. Improving the accuracy of measurements leads to undesirable complication and appreciation of the matrix photodetector and computer.

Наиболее близким к предлагаемому известным техническим решением в качестве прототипа является устройство для измерения угловых отклонений, содержащее источник некогерентного излучения, выпуклое цилиндрическое зеркало, нить подвеса и шкалу отсчета отраженного луча света, источник некогерентного излучения направлен на поверхность выпуклого цилиндрического зеркала, отраженный луч от поверхности которого направлен на шкалу отсчета [2]. За счет выпуклой поверхности цилиндрического зеркала обеспечивается высокая чувствительность при измерении угла отклонения нити подвеса цилиндрического зеркала. Использование некогерентного источника излучения, в отличие от когерентного (лазерного), упрощает конструкцию измерителя углового отклонения.Closest to the proposed known technical solution as a prototype is a device for measuring angular deviations, containing a source of incoherent radiation, a convex cylindrical mirror, a suspension thread and a reference scale of the reflected light beam, the incoherent radiation source is directed to the surface of the convex cylindrical mirror, the reflected beam from the surface of which directed to the reference scale [2]. Due to the convex surface of the cylindrical mirror, high sensitivity is provided when measuring the angle of deviation of the suspension thread of the cylindrical mirror. The use of an incoherent radiation source, in contrast to a coherent (laser), simplifies the design of the angular deviation meter.

Недостатком прототипа является не совсем высокая достоверность измерения углового отклонения нити подвеса выпуклого цилиндрического зеркала по причине «размытости» отраженного луча от выпуклой зеркальной поверхности на шкале отсчета и наличия мультипликативной погрешности измерения, значение которой заранее определить не представляется возможным, так как эта мультипликативная погрешность всецело зависит от измеряемого угла отклонения, точное (истинное) значение которого при измерении неизвестно.The disadvantage of the prototype is the not very high reliability of measuring the angular deviation of the suspension thread of a convex cylindrical mirror due to the “blurring” of the reflected beam from the convex mirror surface on the reference scale and the presence of a multiplicative measurement error, the value of which cannot be determined in advance, since this multiplicative error completely depends from the measured deviation angle, the exact (true) value of which is not known during the measurement.

Целью полезной модели является повышение достоверности измерения углового отклонения нити подвеса выпуклого цилиндрического зеркала за счет фокусировки источника некогерентного излучения и задания условий обеспечения линейного участка измерения угла отклонения подбором эксцентриситета подвеса подвижного выпуклого цилиндрического зеркала.The purpose of the utility model is to increase the reliability of measuring the angular deviation of the suspension thread of a convex cylindrical mirror by focusing the incoherent radiation source and setting the conditions for providing a linear portion of the measurement of the deviation angle by selecting the suspension eccentricity of the moving convex cylindrical mirror.

Сущность полезной модели состоит в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: источника некогерентного излучения, выпуклого цилиндрического зеркала, нити подвеса и шкалы отсчета отраженного луча света, источник некогерентного излучения направлен на поверхность выпуклого цилиндрического зеркала, отраженный луч от поверхности которого направлен на шкалу отсчета, предлагаемое устройство для измерения угловых отклонений дополнительно содержит собирающую линзу, установленную между источником некогерентного излучения и поверхностью выпуклого цилиндрического зеркала, подвешенного на нити подвеса с эксцентриситетом, фокусное расстояние собирающей линзы равно расстоянию до поверхности выпуклого цилиндрического зеркала, измеряемый угол отклонения определяется с помощью выражения:The essence of the utility model is that, in addition to the well-known and general distinguishing features, namely: a source of incoherent radiation, a convex cylindrical mirror, a suspension thread and a reference scale of the reflected light beam, the source of incoherent radiation is directed to the surface of the convex cylindrical mirror, the reflected beam from the surface which is directed to a reference scale, the proposed device for measuring angular deviations further comprises a collecting lens mounted between an incoherent source of teachings and surface convex cylindrical mirror suspended from a suspension strand with an eccentricity, the focal distance of the collecting lens is equal to the distance to the surface of a convex cylindrical mirror, the measured deflection angle is determined by the expression:

где R - эксцентриситет подвески выпуклого цилиндрического зеркала; where R is the eccentricity of the suspension of a convex cylindrical mirror;

α - угол отклонения нити подвеса выпуклого цилиндрического зеркала;α is the angle of deviation of the suspension thread of a convex cylindrical mirror;

L - радиус кривизны шкалы отсчета;L is the radius of curvature of the reference scale;

γ - угол, дополняющий до значения π/2 падение луча на поверхность выпуклого цилиндрического зеркала;γ is the angle that complements up to π / 2 the incidence of the beam on the surface of a convex cylindrical mirror;

β - угол между радиусами цилиндрического зеркала в точках падения луча на его поверхность в исходном положении и после отклонения на угол α, при этом диапазон измерения угла отклонения τ выбирают исходя из условияβ is the angle between the radii of the cylindrical mirror at the points of incidence of the beam on its surface in the initial position and after deflection by the angle α, while the range of measurement of the deflection angle τ is chosen based on the condition

Новизна полезной модели заключается в том, что предлагаемое устройство для измерения угловых отклонений дополнительно содержит собирающую линзу, установленную между источником некогерентного излучения и поверхностью выпуклого цилиндрического зеркала, подвешенного на нити подвеса с эксцентриситетом, фокусное расстояние собирающей линзы равно расстоянию до поверхности выпуклого цилиндрического зеркала, измеряемый угол отклонения определяется с помощью выражения (1), при этом диапазон измерения угла отклонения т выбирают исходя из условия (2), что обеспечивает повышение достоверности измерения углового отклонения нити подвеса выпуклого цилиндрического зеркала.The novelty of the utility model lies in the fact that the proposed device for measuring angular deviations further comprises a collecting lens mounted between the incoherent radiation source and the surface of the convex cylindrical mirror suspended on an eccentric suspension, the focal length of the collecting lens is equal to the distance to the surface of the convex cylindrical mirror, measured the deviation angle is determined using expression (1), while the range of measurement of the deviation angle m is chosen based on y loviya (2), which increases the reliability of the measurement of angular deflection of the suspension strand convex cylindrical mirror.

Функциональная схема предлагаемого устройства для измерения угловых отклонений изображена на чертеже, где обозначено:Functional diagram of the proposed device for measuring angular deviations is shown in the drawing, where it is indicated:

1 - точка подвеса нити выпуклого цилиндрического зеркала;1 - the suspension point of the filament of a convex cylindrical mirror;

2 - измеряемый угол отклонения нити подвеса выпуклого цилиндрического зеркала;2 - the measured angle of deviation of the suspension thread of a convex cylindrical mirror;

3 - отраженный луч от выпуклого цилиндрического зеркала после его отклонения;3 - reflected beam from a convex cylindrical mirror after its deflection;

4 - отраженный луч от выпуклого цилиндрического зеркала до его отклонения;4 - reflected beam from a convex cylindrical mirror to its deflection;

5 - шкала с отчетными делениями (шкала отсчета);5 - a scale with reporting divisions (reference scale);

6 - собирающая выпуклая линза;6 - collecting convex lens;

7 - считываемый со шкалы отсчета измеряемый угол отклонения нити подвеса;7 - measured from the reference scale, the measured angle of deviation of the suspension thread;

8 - источник некогерентного излучения;8 - source of incoherent radiation;

9 - продольная ось сфокусированного некогерентного излучения;9 - the longitudinal axis of the focused incoherent radiation;

10 - отражающая поверхность выпуклого цилиндрического зеркала в его поперечном сечении в исходном (не отклоненном) положении;10 - reflective surface of a convex cylindrical mirror in its cross section in the initial (not deviated) position;

11 - отражающая поверхность выпуклого цилиндрического зеркала в его поперечном сечении в отклоненном положении;11 - reflective surface of a convex cylindrical mirror in its cross section in a deflected position;

12 - нить подвеса.12 - suspension thread.

В исходном положении к точке 1 подвеса присоединена нить подвеса, которая отклонена на измеряемый угол отклонения 2. Отраженные лучи 3 и 4 от выпуклого цилиндрического зеркала после и до его отклонения соответственно высвечивают деления шкалы отсчета 5. Выпуклая линза 6 выполняет функцию собирающего оптического элемента. Считываемый со шкалы отсчета 5 измеряемый угол отклонения 2 нити подвеса имеет значение 7. Некогерентный источник излучения 8 после фокусировки выпуклой линзой 6 распространяется вдоль продольной оси 9 сфокусированного некогерентного излучения на отражающие поверхности не отклоненного 10 и отклоненного 11 цилиндрического зеркала, который подвешен к неподвижной точке 1 с помощью нити подвеса 12 с эксцентриситетом.In the initial position, a suspension thread is attached to the suspension point 1, which is deflected by the measured deflection angle 2. The reflected rays 3 and 4 from the convex cylindrical mirror after and before its deflection respectively display the scale divisions 5. The convex lens 6 performs the function of a collecting optical element. Read from the reference scale 5, the measured deflection angle 2 of the suspension thread is 7. The incoherent radiation source 8, after focusing by a convex lens 6, propagates along the longitudinal axis 9 of the focused incoherent radiation onto the reflecting surfaces of the non-deflected 10 and deflected 11 cylindrical mirrors, which are suspended from a fixed point 1 using a suspension thread 12 with an eccentricity.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

При угловом отклонении 2 нити подвеса 12 от исходного (вертикального) положения отраженный луч 3 переместится относительно отраженного луча 4 за счет известного в прототипе выпуклого зеркала 10 (11) на больший угол 7, что свидетельствует о высокой чувствительности измерителя угловых отклонений. Возможная нежелательная размытость отраженного от выпуклого зеркала луча устраняется в предлагаемом устройстве за счет фокусировки некогерентного (с широким амплитудным и фазовым частотным спектром) светового излучения от источника 8 с помощью собирающей линзы 6. Фокусное расстояние собирающей линзы 6 совпадает с расстоянием между линзой 6 и отражающей поверхностью выпуклого зеркала 10 (11), что позволяет уменьшить размытость луча 3 и повысить достоверность отсчета результата углового измерения по шкале отсчетов 5.With an angular deviation 2 of the suspension thread 12 from the initial (vertical) position, the reflected beam 3 will move relative to the reflected beam 4 due to the convex mirror 10 (11) known in the prototype by a larger angle 7, which indicates a high sensitivity of the angular deviation meter. Possible unwanted blurring of the beam reflected from the convex mirror is eliminated in the proposed device by focusing incoherent (with a wide amplitude and phase frequency spectrum) light radiation from the source 8 using the collecting lens 6. The focal length of the collecting lens 6 coincides with the distance between the lens 6 and the reflecting surface convex mirror 10 (11), which allows to reduce the blurriness of the beam 3 and to increase the reliability of counting the result of angular measurements on a scale of samples 5.

Подбирая эксцентриситет подвеса выпуклого зеркала и выполняя условие (2) можно существенно расширить линейный режим измерения углового отклонения 2 нити подвеса 12 и исключить мультипликативную погрешность измерения. Мультипликативная погрешность углового измерения растет по мере увеличения этого углового измерения.Selecting the eccentricity of the suspension of a convex mirror and fulfilling condition (2), one can significantly expand the linear mode of measuring the angular deviation 2 of the suspension thread 12 and exclude the multiplicative measurement error. The multiplicative error of the angular measurement increases as this angular measurement increases.

Промышленная осуществимость предлагаемой полезной модели обосновывается тем, что в ней используются известные в аналоге и прототипе узлы и элементы по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлен действующий макет устройства в 2011 году.The industrial feasibility of the proposed utility model is justified by the fact that it uses the nodes and elements known in the analogue and prototype for their intended purpose. The applicant organization made a valid mock device in 2011.

Положительный эффект от использования полезной модели заключается в том, что повышается не менее чем на 20…30% достоверность измерения углового отклонения нити подвеса выпуклого цилиндрического зеркала за счет фокусировки источника некогерентного излучения 8 собирающей линзой 6 и задания условий обеспечения линейного участка измерения угла отклонения подбором эксцентриситета подвеса подвижного выпуклого цилиндрического зеркала 10.The positive effect of using the utility model is that the reliability of measuring the angular deviation of the suspension thread of a convex cylindrical mirror increases by at least 20 ... 30% by focusing the incoherent radiation source 8 with a collecting lens 6 and specifying the conditions for providing a linear portion of the measurement of the deviation angle with eccentricity selection suspension of a movable convex cylindrical mirror 10.

Источники информации:Information sources:

1. Патент RU 2366893, Устройство измерения угловых и линейных координат объекта, МПК G01B 11/26, приоритет: 19.02.2008 г., автор: Вензель В.И., патентообладатель: ФГУП НИИКИ ОЭП, (аналог).1. Patent RU 2366893, Device for measuring the angular and linear coordinates of an object, IPC G01B 11/26, priority: 02/19/2008, author: Venzel V.I., patentee: FSUE NIIKI OEP, (analogue).

2. Электрические измерения, учебн. под ред. А.В.Фремке и Е.М.Душина, Л.: Энергия, 1980 г., с.102, 163, 164, (прототип).2. Electrical measurements, textbook. under the editorship of A.V. Fremke and E.M. Dushina, L .: Energy, 1980, p. 102, 163, 164, (prototype).

Claims

A device for measuring angular deviations containing a source of incoherent radiation, a convex cylindrical mirror, a suspension thread and a reference scale of a reflected light beam, an incoherent radiation source is directed to the surface of a convex cylindrical mirror, the reflected beam from the surface of which is directed to a reference scale, characterized in that it further comprises a collecting lens mounted between the source of incoherent radiation and the surface of a convex cylindrical mirror suspended on a suspension thread and with an eccentricity, the focal distance of the collecting lens is equal to the distance to the surface of a convex cylindrical mirror, the measured deflection angle is determined by the expression

where R is the eccentricity of the suspension of a convex cylindrical mirror;

α is the angle of deviation of the suspension thread of a convex cylindrical mirror;

L is the radius of curvature of the reference scale;

γ is the angle that complements up to π / 2 the incidence of the beam on the surface of a convex cylindrical mirror;

β is the angle between the radii of the cylindrical mirror at the points of incidence of the beam on its surface in the initial position and after deflection by the angle τ, while the range of measurement of the deflection angle τ is chosen based on the condition