RU2117244C1

RU2117244C1 - Device checking small angular displacements

Info

Publication number: RU2117244C1
Application number: RU96124351A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Костин; В.Н. Куликов
Original assignee: Муниципальное предприятие "Водоканал"
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: proposed device includes source of coherent radiation, mechanical converter, optical unit composed of two beam splitters, reflector which normal coincides with bisectrix of angle between beam splitters and monitor. Bisectrix of angle between beam splitters is oriented perpendicular to optical axis of device. Mechanical converter is manufactured in the form of belt transmission with one driving wheel which rotation axis is coupled to object and with five driven discs. Rotation axes of four driven discs are located in angles of rectangle which major side is perpendicular to optical axis. Rotation axis of fifth disc is placed in center of mentioned side of rectangle. Optical unit is fitted with five reflectors, each put on driven disc. Reflector put of fifth disc has reflecting coat on both surfaces and is optically coupled to source of coherent radiation. EFFECT: increased accuracy thanks to elimination of influence of distance between optical unit and monitor. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых смещений объектов различного назначения. The invention relates to measuring technique and can be used to measure the angular displacements of objects for various purposes.

Известно устройство контроля малых угловых смещений, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу пучка лучей светопрозрачный диск, коэффициент прозрачности которого изменяется вдоль одной из осей декартовой системы координат, и два фотоэлектронных преобразователя, включенных в мостовую схему [1]. A known device for controlling small angular displacements, containing a light source and sequentially located along the beam of rays, a translucent disk, the transparency coefficient of which varies along one of the axes of the Cartesian coordinate system, and two photoelectronic converters included in the bridge circuit [1].

Выходной сигнал известного устройства при угловом смещении объекта изменяется по нелинейному закону, что снижает точность контроля. The output signal of the known device when the angular displacement of the object varies according to a nonlinear law, which reduces the accuracy of the control.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство контроля малых угловых смещений, содержащее источник когерентного излучения и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь в составе держателя, ось вращения которого предназначена для скрепления с объектом, оптический блок в составе первого отражателя, установленного в держателе механического преобразователя, двух светоделителей, установленных с обеспечением перпендикулярной ориентации биссектрисы угла между ними относительно оптической оси устройства, и второго отражателя, оптически связанного с внешними гранями светоделителей и установленного с обеспечением совмещения его нормали с биссектрисой угла между светоделителями, и регистратор [2]. The closest in technical essence and the achieved effect is a device for controlling small angular displacements, containing a source of coherent radiation and sequentially located along the beam of rays, a mechanical transducer in the holder, the rotation axis of which is designed for fastening with the object, the optical unit as part of the first reflector installed in holder of a mechanical transducer, two beam splitters installed to ensure perpendicular orientation of the bisector of the angle between and the optical axis of the device and a second reflector optically coupled with the external faces of the beam splitters and the set ensuring its normal alignment with the bisector of the angle between the beam splitters and the receptionist [2].

В известном устройстве линейное расстояние между изображениями световых пучков в плоскости регистратора определяется не только значением углового смещения объекта, но и расстоянием от оптического блока устройства до его регистратора. Это накладывает определенные требования к соответствию реального значения указанного расстояния с его номиналом, несоблюдение которого снижает точность контроля. In the known device, the linear distance between the images of light beams in the plane of the registrar is determined not only by the value of the angular displacement of the object, but also by the distance from the optical unit of the device to its registrar. This imposes certain requirements for the correspondence of the real value of the specified distance with its nominal value, non-observance of which reduces the accuracy of the control.

Кроме того, достигаемого известным устройством четырехкратного углового смещения световых пучков относительно углового смещения объекта может быть недостаточно для точного определения конкретного углового смещения последнего. In addition, achieved by the known device four-fold angular displacement of light beams relative to the angular displacement of the object may not be sufficient to accurately determine the specific angular displacement of the latter.

Задача изобретения - повышение точности контроля. The objective of the invention is to increase the accuracy of control.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве контроля малых угловых смещений, содержащем источник когерентного излучения и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь, оптический блок в составе двух светоделителей, установленных с обеспечением перпендикулярной ориентации биссектрисы угла между ними относительно оптической оси устройства, и отражателя, оптически связанного с внешними гранями светоделителей и установленного с обеспечением совмещения его нормали с биссектрисой угла между светоделителями, и регистратор, механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи с одним ведущим колесом и пятью ведомыми дисками, ось вращения ведущего колеса предназначена для скрепления с объектом, оси вращения четырех ведомых дисков установлены по углам прямоугольника, большая сторона которого перпендикулярна оптической оси, ось вращения пятого ведомого диска установлена на середине указанной стороны прямоугольника, оптический блок снабжен пятью отражателями, по одному установленному на ведомых дисках ременной передачи, отражатель, установленный на пятом ведомом диске, выполнен с отражающим покрытием на обеих поверхностях и оптически связан с источником когерентного излучения. The problem is solved in that in the device for controlling small angular displacements, containing a coherent radiation source and sequentially located along the beam of rays, a mechanical transducer, an optical unit consisting of two beam splitters installed to ensure perpendicular orientation of the bisector of the angle between them relative to the optical axis of the device, and the reflector optically coupled to the external faces of the beam splitters and installed to ensure that its normal is aligned with the bisector of the angle between the dividers, and the recorder, the mechanical converter is made in the form of a belt drive with one drive wheel and five driven disks, the axis of rotation of the drive wheel is designed for fastening with an object, the axis of rotation of the four driven disks are installed at the corners of a rectangle, the larger side of which is perpendicular to the optical axis, the rotation axis the fifth driven disk is mounted in the middle of the indicated side of the rectangle, the optical unit is equipped with five reflectors, one mounted on the driven drives of the belt in front of Chi, with a reflective coating reflector positioned at the fifth drive plate, is formed on both surfaces and is optically coupled with a source of coherent radiation.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 поясняется его работа. In FIG. 1 presents a functional diagram of the proposed device; in FIG. 2 explains his work.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения (лазер) и последовательно расположенные по ходу пучка лучей механический преобразователь 2, оптический блок 3 и регистратор 4. Механический преобразователь выполнен в виде ременной передачи с одним ведущим колесом 5 и пятью ведомыми дисками 6-7. В состав оптического блока включены пять отражателей 8-12, по одному установленными на ведомых дисках ременной передачи, а также два светоделителя 13-14, биссектриса угла между которыми ориентирована перпендикулярно относительно оптической оси устройства, и шестой отражатель 15, оптически связанный с внешними гранями светоделителей и установленный с обеспечением совмещения его нормали с биссектрисой угла между светоделителями (фиг. 1). The device contains a coherent radiation source 1 (laser) and a mechanical transducer 2, an optical unit 3 and a recorder 4. sequentially located along the beam of rays. The mechanical transducer is made in the form of a belt drive with one driving wheel 5 and five driven disks 6-7. The optical unit includes five reflectors 8-12, one mounted on the driven belt drive disks, as well as two beamsplitters 13-14, the angle bisector between which is oriented perpendicular to the optical axis of the device, and the sixth reflector 15, which is optically coupled to the external faces of the beamsplitter and established with the provision of combining its normal with the bisector of the angle between the beam splitters (Fig. 1).

Ось вращения ведущего колеса 5 предназначена для скрепления с объектом (не показан), оси вращения четырех ведомых дисков 6 установлены по углам прямоугольника, большая сторона 2L₀ которого перпендикулярна оптической оси устройства, ось вращения пятого ведомого диска 7 установлена на середине указанной стороны прямоугольника. Отражатель 12 оптического блока, установленный на пятом ведущем диске 7, выполнен с отражающим покрытием на обеих поверхностях и оптически связан с источником 1 когерентного излучения.The axis of rotation of the drive wheel 5 is intended for fastening with an object (not shown), the axis of rotation of the four driven discs 6 are set at the corners of the rectangle, the larger side 2L _{0 of} which is perpendicular to the optical axis of the device, the rotation axis of the fifth driven disc 7 is installed in the middle of the specified side of the rectangle. The reflector 12 of the optical unit mounted on the fifth drive disk 7 is made with a reflective coating on both surfaces and is optically coupled to a coherent radiation source 1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Световой пучок лазера 1 направляется на первую отражающую поверхность отражателя 12. В исходном состоянии контролируемого объекта (не показан) отражатели 8 и 9, 10 и 11 образуют два уголковых отражателя, а отражатель 12 ориентирован под углом сорок пять градусов к оптической оси устройства. Поэтому световой пучок J₀ при своем распространении опишет прямоугольник, по углам которого установлены оси вращения дисков 6, и второй отражающей поверхностью отражателя 12 направится в блок 3 вдоль оптической оси устройства. В оптическом блоке 3 световой пучок J₀ проходит через светоделители 13-14. При этом первый из указанных светоделителей делит световой пучок на два, первый из которых, световой пучок

, проходит блок 3, не изменяя своего направления, а второй пучок

отражателем 15 направляется на светоделитель 14. В результате световые пучки

совмещаются и в плоскости регистратора 4 формируется одно световое пятно (фиг. 1).The light beam of the laser 1 is directed to the first reflective surface of the reflector 12. In the initial state of the controlled object (not shown), the reflectors 8 and 9, 10 and 11 form two corner reflectors, and the reflector 12 is oriented at an angle of forty-five degrees to the optical axis of the device. Therefore, the light beam J ₀ during its propagation will describe a rectangle, the angles of rotation of the disks 6 are set at its corners, and the second reflecting surface of the reflector 12 will be directed to the block 3 along the optical axis of the device. In the optical unit 3, the light beam J ₀ passes through the beam splitters 13-14. In this case, the first of these beam splitters divides the light beam into two, the first of which, the light beam

passes block 3 without changing its direction, and the second beam

the reflector 15 is sent to the beam splitter 14. As a result, the light beams

are combined and in the plane of the recorder 4 one light spot is formed (Fig. 1).

Угловое смещение контролируемого объекта, скрепленного с осью вращения ведущего колеса 5 ременной передачи, вызывает поворот ведомых дисков 6-7 с установленными на них отражателями 8-12 на угол β, превышающий угловое смещение объекта на величину, равную отношению диаметров ведущего колеса 5 и ведомых дисков 6-7. В результате того, что все ведомые диски ременной передачи повернутся в одну и ту же сторону, световой пучок J₀ лазера 1 после первого, третьего и пятого переотражения в преобразователе 2 (световые пучки J₁, J₃ и J₅ на фиг. 2) будут иметь угловое отклонение, равное 2β, , а после каждого четного переотражения (световые пучки J₂, J₄ и J₆ на фиг. 2) его угловое отклонение будет нулевым. При этом линейное отклонение световых пучков J₂, J₄ и J₆ будет пропорциональным угловому смещению контролируемого объекта и иметь значение 2βL₀,6βL₀ и 8βL₀ (фиг. 2).The angular displacement of the controlled object, bonded to the axis of rotation of the drive belt 5 of the belt drive, causes the driven discs 6-7 to rotate with reflectors 8-12 mounted on them by an angle β greater than the angular displacement of the object by an amount equal to the ratio of the diameters of the driving wheel 5 and the driven discs 6-7. As a result of the fact that all driven belt drives rotate in the same direction, the light beam J _{0 of the} laser 1 after the first, third and fifth re-reflection in the transducer 2 (light beams J ₁ , J ₃ and J ₅ in Fig. 2) will have an angular deviation equal to 2β, and after each even re-reflection (light beams J ₂ , J ₄ and J ₆ in Fig. 2), its angular deviation will be zero. In this case, the linear deviation of the light beams J ₂ , J ₄ and J ₆ will be proportional to the angular displacement of the controlled object and have the value 2βL ₀ , 6βL ₀ and 8βL ₀ (Fig. 2).

В этом случае из светового пучка J₀ светоделители 13-14 и отражатель 15 блока 5 сформируют два световых пучка

, параллельных и симметричных относительно оптической оси устройства. В результате в плоскости регистратора 4 будут наблюдаться два световых пятна, линейное расстояние между которыми составит 16βL₀. Таким образом, за счет устранения влияния расстояния между блоком 3 и регистратором 4 на результаты контроля углового смещения объекта исключается погрешность, обусловленная несоответствием реального значения указанного расстояния номиналу, что повышает точность контроля.In this case, from the light beam J _{0, the} beam splitters 13-14 and the reflector 15 of block 5 will form two light beams

parallel and symmetrical about the optical axis of the device. As a result, two light spots will be observed in the plane of the recorder 4, the linear distance between which will be 16βL ₀ . Thus, by eliminating the influence of the distance between the block 3 and the recorder 4 on the results of monitoring the angular displacement of the object, an error due to the discrepancy between the real value of the specified distance and the nominal value is eliminated, which increases the accuracy of the control.

Кроме того, за счет повышения кратности линейного смещения изображений световых пучков в плоскости регистратора точность контроля также повышается. In addition, by increasing the magnitude of the linear displacement of the images of light beams in the plane of the recorder, the accuracy of the control also increases.

Источники информации
1. Патент Японии N 57-5287, G 01 B 11/26.Sources of information
1. Japan patent N 57-5287, G 01 B 11/26.

2. Патент Японии N 57-8403, G 01 B 11/26. 2. Japan Patent N 57-8403, G 01 B 11/26.

Claims

A device for controlling small angular displacements, containing a source of coherent radiation and a mechanical transducer sequentially located along the beam of rays, an optical unit consisting of two beam splitters installed to provide perpendicular orientation of the bisector of the angle between them relative to the optical axis of the device, a reflector optically coupled to the external faces of the beam splitters, and established with the provision of combining its normal with the bisector of the angle between the beam splitters, and a registrar different the fact that the mechanical converter is made in the form of a belt drive with one driving wheel and five driven disks, the axis of rotation of the driving wheel is designed to be fastened to the object, the rotation axes of the four driven disks are set at the corners of the rectangle, the larger side of which is perpendicular to the optical axis, the rotation axis of the fifth driven the disk is mounted in the middle of the indicated side of the rectangle, the optical unit is equipped with five reflectors, one mounted on the driven drives of the belt drive, a reflector, a tained at the fifth drive plate is formed with a reflective coating on both surfaces and is optically coupled with a source of coherent radiation.