RU2073196C1

RU2073196C1 - Photoelectric measuring microscope

Info

Publication number: RU2073196C1
Application number: RU93031495A
Authority: RU
Inventors: Л.С. Привер
Priority date: 1993-06-10
Filing date: 1993-06-10
Publication date: 1997-02-10

Abstract

FIELD: measuring instruments for aiming at line of reference scale with transparent lines. SUBSTANCE: microscope has case accommodating scanner in the form of multiface mirror, as well as photoelectric collimator and autocollimator used to produce metering and reference pulses. Time intervals between these pulses depend on location of center of light spot scanning and strip line which makes it possible to discriminate output signal proportional to deflection from center of line by means of electronic unit. EFFECT: improved measuring accuracy within several millimeters. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-электронной прецизионной измерительной технике, допускающей прямой отсчет показаний механических смещений. The invention relates to optical-electronic precision measuring equipment, allowing direct reading of the readings of mechanical displacements.

Известно устройство для высокоточной наводки на центр штриха эталонной шкалы фотоэлектрический микроскоп. A device for high-precision aiming at the center of the stroke of the reference scale photoelectric microscope.

В устройстве в оптическом тракте содержатся источник света, щелевая диафрагма, конденсор, объектив, сканатор в виде колеблющегося зеркала, шкала с темными штрихами, основные и вспомогательные фотоприемники и блок преобразования импульсных сигналов выходной сигнал /1/. The device in the optical path contains a light source, a slit diaphragm, a condenser, a lens, a scanner in the form of an oscillating mirror, a scale with dark strokes, primary and secondary photodetectors, and a pulse signal conversion block output signal / 1 /.

Недостатком указанного устройства, в котором происходит фазово-импульсное преобразование информации о положении штриха, является пригодность его к работе только в режиме нуль-индикации. The disadvantage of this device, in which there is a phase-pulse conversion of information about the position of the stroke, is its suitability for operation only in zero indication mode.

Измерение даже малых отклонений от центра штриха происходит с низкой точностью из-за искажения формы импульсов, а также непостоянства амплитуды сканирования. Even small deviations from the center of the line are measured with low accuracy due to distortion in the shape of the pulses, as well as inconsistencies in the scanning amplitude.

Наиболее близким техническим решением является измерительный фотоэлектрический микроскоп, содержащий корпус, источник света и оптически связанные коллиматор, включающий конденсор, щелевую диафрагму и фотодиод, зеркальный сканатор, объектив и измерительную линейку, и электронный блок преобразования сигналов /2/. The closest technical solution is a measuring photoelectric microscope containing a housing, a light source and an optically coupled collimator, including a capacitor, a slit diaphragm and a photodiode, a mirror scanner, a lens and a measuring line, and an electronic signal conversion unit / 2 /.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерения, обусловленная искажением формы импульсов. A disadvantage of the known device is the lack of measurement accuracy due to distortion of the shape of the pulses.

Целью изобретения является повышение точности измерения. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement.

На фиг.1 представлена схема оптического тракта и электронного блока микроскопа. Figure 1 presents a diagram of the optical path and the electronic unit of the microscope.

На фиг.2 графики сигналов в электронном блоке. Figure 2 graphs of the signals in the electronic unit.

Фотоэлектрический микроскоп содержит корпус 1, оптически связанные коллиматор 2, включающий источник 3, конденсор 4, щелевую диафрагму 5 и фотодиод 6, зеркальный сканатор 7, объектив 8, измерительную линейку 9, электронный оптический блок 10 преобразования сигналов, выполненный в виде двухканальной схемы 11 усиления и формирования импульсов, RS-триггера 12 и фильтра 13 нижних частот, автоколлиматор 14, установленный с возможностью изменения углового положения и выполненный в виде последовательно расположенных объектива 15, диафрагмы 16 с двумя параллельно ориентированными щелями 17 и с размещенными за одной из них фотодиодом 18 и соответственно за другой светодиодом 19, автоколлиматор 14 расположен на боковой стенке корпуса 1 таким образом, что угол между его оптической осью и осью коллиматора 2 составляет нечетное число половин углов, граней зеркального сканатора 7, который выполнен в виде многогранника, расположенного со стороны, противоположной установке объектива 8 относительно измерительной линейки 9, фотодиод 18 коллиматора 14 выполнен с размером входного окна вдоль направления перемещения линейки 9, не меньшим половины, и не большим, чем целое расстояние между соседними штрихами линейки 9, фотодиоды 6 и 18 соединены с входами схемы 11, выходы которой подключены к входам триггера 12, выход которого соединен с фильтром 13 нижних частот, а коллиматор 2 установлен на той же стенке корпуса 1, что и автоколлиматор 14 и размещен таким образом, что оптические оси источника 3 и объектива 8 составляют угол 90^o и биссектриса указанного угла проходит через ось вращения сканатора 7.The photoelectric microscope contains a housing 1, optically coupled collimator 2, including a source 3, a condenser 4, a slit aperture 5 and a photodiode 6, a mirror scanner 7, a lens 8, a measuring line 9, an electronic optical signal conversion unit 10, made in the form of a two-channel amplification circuit 11 and pulse shaping, RS-flip-flop 12 and low-pass filter 13, auto-collimator 14, mounted with the possibility of changing the angular position and made in the form of a sequentially located lens 15, aperture 16 with two parallels with the specifically oriented slots 17 and with the photodiode 18 located behind one of them and respectively the other LED 19, the autocollimator 14 is located on the side wall of the housing 1 so that the angle between its optical axis and the axis of the collimator 2 is an odd number of half angles, faces of the mirror scanner 7, which is made in the form of a polyhedron located on the side opposite to the lens 8 relative to the measuring line 9, the photodiode 18 of the collimator 14 is made with the size of the input window along the direction room line 9, not less than half, and not more than the whole distance between adjacent strokes of line 9, the photodiodes 6 and 18 are connected to the inputs of the circuit 11, the outputs of which are connected to the inputs of the trigger 12, the output of which is connected to the low-pass filter 13, and the collimator 2 is mounted on the same wall of the housing 1 as the autocollimator 14 and is arranged in such a way that the optical axes of the source 3 and the lens 8 make an angle of 90 ^° and the bisector of the specified angle passes through the axis of rotation of the scanner 7.

Микроскоп функционирует следующим образом. The microscope operates as follows.

В положении, показанном на фиг.1, в результате вращения сканатора 7, происходит многократное одностороннее линейное сканирование световой полоски по линейки 9, в результате чего в фотодиодах 6 и 18 возникают импульсы через одинаковые интервалы времени
r₁=r₂=T/2,
где Т период сканирования.In the position shown in Fig. 1, as a result of the rotation of the scanner 7, multiple single-sided linear scanning of the light strip along the line 9 occurs, as a result of which pulses occur at the same time intervals in the photodiodes 6 and 18
r ₁ = r ₂ = T / 2,
where T is the scanning period.

Графики этих импульсов после их формирования, показаны на фиг.2а, на котором опорный импульс от автоколлиматора 14 показан с большей амплитудой. В сигнале триггера 12, приведенном на фиг.2б, нет постоянной составляющей напряжения, т.е. микроскоп установлен точно против центра щели линейки 9 и с этой точкой совпадает центр сканирования /точного совпадения добиваются путем юстировки положения автоколлиматора 14/. Graphs of these pulses after their formation are shown in FIG. 2a, in which the reference pulse from the autocollimator 14 is shown with a larger amplitude. In the signal of the trigger 12, shown in figb, there is no constant component of the voltage, i.e. the microscope is installed exactly against the center of the slit of the ruler 9 and the center of scanning coincides with this point / exact match is achieved by adjusting the position of the autocollimator 14 /.

Если теперь линейка 9 сместится на небольшое расстояние, то опорные импульсы останутся в том же месте на графике фиг.2а, а измерительные импульсы займут другое положение /прерывистые линии/. В результате длительности положительных и отрицательных импульсов на выходе триггера 12 r₁≠r₂, фиг.2в, и в его сигнале появляется постоянная оставляющая

, выделяемая фильтром 13 нижних частот,
где U_o амплитуда импульсов с триггера;
X_o амплитуда сканирования.If now the ruler 9 is shifted a short distance, then the reference pulses will remain in the same place on the graph of figa, and the measuring pulses will occupy a different position / broken lines /. As a result of the duration of the positive and negative pulses at the output of the trigger 12 r ₁ ≠ r ₂ , figv, and in his signal appears constant leaving

allocated by the low pass filter 13,
where U _{o the} amplitude of the pulses from the trigger;
X _{o the} amplitude of the scan.

В силу оговоренных выше условий о размерах d фотодиода

где: l расстояние между штрихами, микроскоп допускает измерения отклонений от центра щели на расстоянии несколько превышающие

.Due to the above conditions on the dimensions d of the photodiode

where: l the distance between the strokes, the microscope allows the measurement of deviations from the center of the gap at a distance slightly exceeding

.

Однако, плавный переход без потери информации от измерения вблизи одной щели к измерениям вблизи соседней не представляется возможным. However, a smooth transition without loss of information from measurements near one slit to measurements near the neighboring one is not possible.

В данном случае необходимо сначала установить нулевое положение микроскопа над другой щелью, а затем измерять отклонения от этого положения. In this case, you must first establish the zero position of the microscope over another slit, and then measure the deviations from this position.

Claims

A measuring photoelectric microscope containing a housing and an optically coupled collimator, including a source, a capacitor, a slit aperture and a photodiode, a mirror scanner, a lens and a measuring line, an electronic signal conversion unit, characterized in that it is equipped with an autocollimator configured to change the angular position, made in in the form of a lens arranged in series, a diaphragm with two parallel-oriented slits and a photodiode placed behind one of them and correspondingly but behind another LED located on the side wall of the housing so that the angle between the optical axis and the collimator axis is an odd number of half the corners of the edges of the mirror scanner, which is made in the form of a polyhedron located on the side opposite to the lens mount relative to the measuring line, the collimator photodiode is made with the size of the input window along the direction of movement of the ruler is not less than half and not greater than the whole distance between adjacent strokes of the ruler, the electronic block The signal conversion is performed in the form of a two-channel amplification and pulse shaping circuit, RS-trigger and low-pass filter, photodiodes of the collimator and autocollimator are connected to the inputs of the two-channel circuit, the outputs of which are connected to the inputs of the trigger, the output of which is connected to the low-pass filter, and the collimator is installed on that the same wall of the casing as the autocollimator, and is placed in such a way that the optical axis of the source and lens make an angle of 90 ^o and the bisector of the specified angle passes through the axis of rotation of the scanner.