RU2267743C1 - Contactless method and device for measuring distance to object - Google Patents

Contactless method and device for measuring distance to object Download PDF

Info

Publication number
RU2267743C1
RU2267743C1 RU2004116220/28A RU2004116220A RU2267743C1 RU 2267743 C1 RU2267743 C1 RU 2267743C1 RU 2004116220/28 A RU2004116220/28 A RU 2004116220/28A RU 2004116220 A RU2004116220 A RU 2004116220A RU 2267743 C1 RU2267743 C1 RU 2267743C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
receiver
focusing system
measuring base
axis
Prior art date
Application number
RU2004116220/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лев Петрович Гаврилюк (RU)
Лев Петрович Гаврилюк
Фридрих Моисеевич Данилевич (RU)
Фридрих Моисеевич Данилевич
Юрий Эммануилович Камач (RU)
Юрий Эммануилович Камач
Евгений Николаевич Козловский (RU)
Евгений Николаевич Козловский
Юрий Борисович Пирожков (RU)
Юрий Борисович Пирожков
Лев Львович Шапиро (RU)
Лев Львович Шапиро
Original Assignee
Лев Петрович Гаврилюк
Фридрих Моисеевич Данилевич
Юрий Эммануилович Камач
Евгений Николаевич Козловский
Юрий Борисович Пирожков
Лев Львович Шапиро
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Лев Петрович Гаврилюк, Фридрих Моисеевич Данилевич, Юрий Эммануилович Камач, Евгений Николаевич Козловский, Юрий Борисович Пирожков, Лев Львович Шапиро filed Critical Лев Петрович Гаврилюк
Priority to RU2004116220/28A priority Critical patent/RU2267743C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2267743C1 publication Critical patent/RU2267743C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

FIELD: measuring engineering.
SUBSTANCE: method comprises irradiating the object by a mono-pulse laser, using comparator, focusing the radiation at a point on the object and two points on the measuring base, and receiving the sound signal by means of acoustical aerial. The emitter, receiver, and aerial are arranged along the optical axis of the focusing system. The device comprises focusing system for the laser emitter and comparator with the measuring base. The receiver of the acoustical signals has a wide-band high-frequency aerial. The axes of the aerial, acoustical receiver, measuring base, and focusing system are axially aligned.
EFFECT: enhanced accuracy.
10 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области метрологии, в частности к бесконтактным средствам измерения расстояний и формы объектов, и может применяться в различных отраслях промышленности, например в машиностроении, турбиностроении, судостроении и других.The invention relates to the field of metrology, in particular to non-contact means of measuring distances and the shape of objects, and can be used in various industries, for example, in mechanical engineering, turbine engineering, shipbuilding and others.

Известны способы измерения расстояний до объекта с помощью различных оптических устройств, например визирных труб, дальномеров, координатометров и т.п., использующие, в основном, триангуляционный принцип измерения. Таким способом является, например, [1], который основывается на визировании точки поверхности с одной из двух позиций, расположенных на фиксированной базе с одной плоскостью визирования. При этом с первой позиции визируют изображение контрольной марки и измеряют величину фиксированной базы, со второй позиции проецируют изображение контрольной марки на точку поверхности, а координаты точки определяют в декартовой системе координат путем измерения двух углов отсчета в горизонтальной плоскости и одного угла отсчета в вертикальной плоскости.Known methods for measuring distances to the object using various optical devices, such as sighting tubes, rangefinders, coordinate meters, etc., using mainly the triangulation principle of measurement. This method is, for example, [1], which is based on the sighting of a surface point from one of two positions located on a fixed base with one sighting plane. In this case, from the first position, the image of the control mark is sighted and the value of the fixed base is measured, from the second position the image of the control mark is projected onto the surface point, and the coordinates of the point are determined in the Cartesian coordinate system by measuring two reference angles in the horizontal plane and one reference angle in the vertical plane.

Известен способ [2] измерения расстояний до объекта, при котором облучают поверхность объекта лазерным импульсом и измеряют время от момента излучения лазерного импульса до момента прихода лазерного излучения, отраженного от поверхности объекта, на фотоприемник. При этом расстояние до объекта определяется как половина произведения скорости света на измеренный промежуток времени. Однако при использовании этого способа измерять параметры времени достаточно сложно вследствие высокой скорости лазерного луча, а потому точность измерений этим способом не очень высока, особенно при измерениях на коротком расстоянии до объекта.The known method [2] measuring distances to the object, in which the surface of the object is irradiated with a laser pulse and the time is measured from the moment the laser pulse is emitted until the laser radiation reflected from the surface of the object arrives at the photodetector. In this case, the distance to the object is defined as half the product of the speed of light by the measured time period. However, when using this method, it is quite difficult to measure the time parameters due to the high speed of the laser beam, and therefore the accuracy of the measurements by this method is not very high, especially when measuring at a short distance to the object.

Известен способ [3] измерения расстояний до объекта, принятый за прототип, при котором облучают поверхность объекта лазерным импульсом и измеряют время от момента излучения лазерного импульса до момента прихода на приемник акустического сигнала переднего фронта звуковой волны, возникающей вследствие термического расширения воздуха в месте падения лазерного луча на объект. Облучение объекта осуществляется импульсами длительностью 10-5-10-6 секунды при плотности излучения 106-108 Вт/см2. Расстояние от объекта до микрофона определяется как произведение скорости звука в воздухе на измеренный промежуток времени.The known method [3] measuring distances to the object, adopted as a prototype, in which the surface of the object is irradiated with a laser pulse and the time is measured from the moment the laser pulse is emitted until the acoustic signal of the leading edge of the sound wave arises due to thermal expansion of the air at the point where the laser falls beam on an object. The irradiation of the object is carried out by pulses with a duration of 10 -5 -10 -6 seconds at a radiation density of 10 6 -10 8 W / cm 2 . The distance from the object to the microphone is defined as the product of the speed of sound in air by the measured time period.

Однако эффективность использования этого способа в условиях производственных помещений значительно снижается по следующим причинам:However, the effectiveness of using this method in a production environment is significantly reduced for the following reasons:

- неизвестно точное текущее значение скорости звука в воздухе в момент посылки импульса, что снижает точность конечных измерений;- the exact current value of the speed of sound in air at the moment of sending the pulse is unknown, which reduces the accuracy of the final measurements;

- лазерный луч и линия, соединяющая облучаемую точку поверхности и микрофон, непараллельны, что также снижает точность измерений и усложняет компоновку измерительных приборов при наведении на измеряемую точку объекта;- the laser beam and the line connecting the irradiated point on the surface and the microphone are not parallel, which also reduces the accuracy of measurements and complicates the layout of measuring instruments when pointing to the measured point of the object;

- в связи с тем, что источником звукового сигнала является область термического расширения воздуха в приповерхностном слое, в спектре принимаемого акустического сигнала преобладают относительно низкие частоты, близкие к диапазону основных производственных шумов (до 10 кГц), это резко ухудшает качество принятого акустического сигнала и делает невозможным использование высокочувствительных микрофонов, что, в целом, снижает точность и дальность измерений.- due to the fact that the source of the sound signal is the region of thermal expansion of air in the surface layer, relatively low frequencies prevail in the spectrum of the received acoustic signal, close to the range of the main production noise (up to 10 kHz), this sharply affects the quality of the received acoustic signal and makes it is impossible to use highly sensitive microphones, which, in general, reduces the accuracy and range of measurements.

Известно устройство измерения расстояния до поверхности объекта [4], принятое за прототип, содержащее лазер, приемник акустического излучения, выполненный на 3-х микрофонах, закрепленных в вершинах треугольника, стороны которого образованы жесткими стержнями, последовательно соединенные приемник оптического излучения и формирователь переднего фронта импульса, а также трехканальный электронный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные полосовой усилитель, компаратор, счетчик измерителя временных интервалов и подключен к общим интерфейсу и ЭВМ.A known device for measuring the distance to the surface of an object [4], adopted as a prototype, containing a laser, an acoustic radiation receiver, made on 3 microphones mounted at the vertices of a triangle, the sides of which are formed by rigid rods, serially connected to an optical radiation receiver and a pulse leading edge shaper as well as a three-channel electronic unit, each channel of which includes a series-connected strip amplifier, a comparator, a counter for measuring the time intervals, and Connected to a common interface and computer.

Известно также аналогичное устройство для измерения расстояния до различных точек поверхности объекта [5], в котором вместо лазера в качестве возбудителя акустического излучения использован электроискровой щуп, а в электронный блок введена дополнительная линия регулируемой задержки переднего фронта импульса.A similar device is also known for measuring the distance to various points on the surface of an object [5], in which instead of a laser an electrospark is used as an exciter of acoustic radiation, and an additional line for adjustable delay of the leading edge of the pulse is introduced into the electronic unit.

Однако можно отметить, что при использовании второго указанного устройства возникает сильная электромагнитная помеха низкой частоты, которую генерирует примененный в нем возбудитель акустического излучения - электроискровой щуп, что может при работе вызывать сбой работы счетчика временных интервалов. Кроме того, измерения с помощью этого устройства производятся контактным способом, что делает невозможным его использование при измерении как крупногабаритных объектов, так и объектов сложной формы.However, it can be noted that when using the second specified device, there is a strong electromagnetic interference of low frequency, which is generated by the acoustic pathogen used in it - an electric spark probe, which can cause a malfunction of the counter of time intervals during operation. In addition, measurements using this device are made by the contact method, which makes it impossible to use it when measuring both large-sized objects and complex objects.

Причины недостаточной эффективности использования прототипа устройства тождественны, в основном, перечисленным выше при описании прототипа способа. Хотя здесь можно отметить, что в схему прототипа устройства введены полосовые усилители, дающие возможность отфильтровывать влияние низкочастотных промышленных помех, однако на уровне электрического сигнала это недостаточно эффективно.The reasons for the lack of effectiveness of the use of the prototype device are identical, mainly listed above in the description of the prototype method. Although it can be noted here that strip amplifiers are introduced into the prototype circuit of the device, which make it possible to filter out the influence of low-frequency industrial noise, however, this is not effective enough at the level of the electric signal.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности, дальности и функциональности измерений, достигаемых за счет уменьшения погрешности измерений благодаря применению фокусирующей системы и компаратора с мерной базой, а также улучшением качества принимаемого акустического сигнала.The objective of the proposed technical solution is to increase the accuracy, range and functionality of measurements achieved by reducing the measurement error due to the use of a focusing system and a comparator with a measured base, as well as improving the quality of the received acoustic signal.

Указанные технические результаты достигаются, когда в способе измеряемый объект облучают через оптическую фокусирующую систему моноимпульсным лазерным излучателем с модулированной добротностью и плотностью мощности в точке фокусировки более 108 Вт/см2, для получения поправки на текущую скорость звука используют компаратор с мерной базой, а излучение фокусируют в точке измерения объекта и одновременно в двух точках мерной базы, звуковой сигнал принимают с помощью широкополосной акустической антенны, причем точки облучения, а также приемник и его антенну располагают на оптической оси фокусирующей системы, а отсчет времени приема звуковой волны производят в конце первого полупериода электрического сигнала приемника, индуцированного этой волной.The indicated technical results are achieved when the measured object is irradiated through an optical focusing system with a monopulse laser emitter with a Q-factor and power density at the focal point of more than 10 8 W / cm 2 , to obtain a correction for the current speed of sound, a comparator with a measured base is used, and radiation focus at the measuring point of the object and simultaneously at two points of the measuring base, the sound signal is received using a broadband acoustic antenna, and the irradiation points, as well as the receiver and its antenna are placed on the optical axis of the focusing system, and the time of reception of the sound wave is counted at the end of the first half-cycle of the electrical signal of the receiver induced by this wave.

Предлагаемое устройство для измерения расстояний в отличие от прототипа дополнительно содержит оптическую фокусирующую систему лазерного излучателя и компаратор с мерной базой, которую размещают между приемником и измеряемым объектом, лазер используется с модулируемой добротностью и с плотностью мощности более 108 Вт/см2, а приемник акустических сигналов содержит широкополосную высокочастотную антенну, при этом оси антенны, акустического приемника и мерной базы совмещены с оптической осью фокусирующей системы.The proposed device for measuring distances, unlike the prototype, additionally contains an optical focusing system of a laser emitter and a comparator with a measuring base, which is placed between the receiver and the measured object, the laser is used with modulated Q-factor and with a power density of more than 10 8 W / cm 2 , and the acoustic receiver The signal contains a broadband high-frequency antenna, while the axis of the antenna, acoustic receiver and measuring base are aligned with the optical axis of the focusing system.

Кроме того, в изобретении предлагается несколько частных решений, направленных на увеличение функциональности, точности и возможности измерений. Так, в одном случае предлагается в качестве мерной базы использовать две пластины, соединенные между собой с помощью инварного или кварцевого эталона длины.In addition, the invention proposes several particular solutions aimed at increasing the functionality, accuracy and measurement capabilities. So, in one case, it is proposed to use two plates connected to each other using an invar or quartz length standard as a measuring base.

В другом частном случае предлагается выполнять линзы фокусирующего устройства из оптического анизотропного материала, имеющего два фокусных расстояния, что дает возможность фокусировать лазерный луч одновременно на объект и на плоскости мерной базы.In another particular case, it is proposed to make the lenses of the focusing device from an anisotropic optical material having two focal lengths, which makes it possible to focus the laser beam simultaneously on the object and on the plane of the measuring base.

В еще одном частном случае предлагается дополнить фокусирующую систему визирным микроскопом, ось которого будет расположена параллельно или перпендикулярно оси фокусирующей системы лазера. В то же время в качестве визирного микроскопа можно будет использовать микротелескоп с лазерным целеуказателем, расположенным перед визирной сеткой микротелескопа. Кроме того, в этом случае возможен вариант, при котором ось фокусирующей системы лазерного излучателя совмещена с осью лазерного целеуказателя и с измеряемой точкой объекта с помощью откидной зеркально-отражающей пластины или дихроичного зеркала, причем лазерный излучатель и лазерный целеуказатель помещаются в карданную систему их наклонов, что дает возможность очень точно совмещать направление их осей в любом положении по отношению к объекту измерения.In another particular case, it is proposed to supplement the focusing system with a sighting microscope, the axis of which will be parallel to or perpendicular to the axis of the laser focusing system. At the same time, it will be possible to use a micro-telescope with a laser target designator located in front of the micro-telescope's target network as a sighting microscope. In addition, in this case, a variant is possible in which the axis of the focusing system of the laser emitter is aligned with the axis of the laser pointer and with the measured point of the object using a folding mirror-reflective plate or dichroic mirror, and the laser emitter and laser pointer are placed in a cardan system of their tilts, which makes it possible to very accurately combine the direction of their axes in any position with respect to the measurement object.

Кроме того, в другом частном случае предлагается фокусирующую систему выполнить в виде зеркально-линзовой системы. В то же время в этом случае возможен вариант, когда зеркально-линзовая система, приемник акустических сигналов с антенной и мерная база помещены в карданную систему их наклонов.In addition, in another particular case, it is proposed to perform the focusing system in the form of a mirror-lens system. At the same time, in this case, it is possible that the mirror-lens system, the receiver of acoustic signals with an antenna, and the measuring base are placed in a cardan system of their tilts.

Для пояснения сущности изобретения прилагаются чертежи, где на фиг.1 изображена принципиальная схема устройства, на фиг.2 - один из вариантов предлагаемого устройства.To explain the essence of the invention are attached drawings, in which Fig. 1 shows a schematic diagram of a device;

Реализация способа осуществляется следующим образом.The implementation of the method is as follows.

При фокусировании моноимпульсного лазерного излучения с плотностью мощности более 108 Вт/см2 на поверхности объекта измерения, а также на плоскостях мерной базы образуются плазменные точки с характерным диаметром точки ≈0,01 мм, индуцирующие высокочастотные акустические импульсные сигналы. Этот эффект связан с повышением температуры поверхности и последующим нагревом приповерхностного слоя газа за счет теплопроводности на их границе. Газ, нагреваясь, расширяется и создает звуковую волну. Регистрация времени распространения акустического сигнала на мерной базе позволяет определить текущую скорость звука в воздухе на трассе измерения. При этом текущая скорость звука определяется временем распространения акустического сигнала между плоскостями на мерной базе по формулеWhen focusing a single-pulse laser radiation with a power density of more than 10 8 W / cm 2 on the surface of the measurement object, as well as on the planes of the measuring base, plasma points are formed with a characteristic point diameter of ≈0.01 mm, inducing high-frequency acoustic pulsed signals. This effect is associated with an increase in surface temperature and subsequent heating of the surface gas layer due to thermal conductivity at their boundary. Gas, when heated, expands and creates a sound wave. Registration of the propagation time of the acoustic signal on a measured base allows you to determine the current speed of sound in air on the measurement path. In this case, the current speed of sound is determined by the propagation time of the acoustic signal between the planes on the measuring base according to the formula

v1=s1/t1,v 1 = s 1 / t 1 ,

где v1 - текущая скорость звука в м/сек, s1 - расстояние между плоскостями мерной базы, t1 - интервал времени между сигналами от двух плоскостей мерной базы.where v 1 is the current speed of sound in m / s, s 1 is the distance between the planes of the measured base, t 1 is the time interval between signals from two planes of the measured base.

Время, прошедшее от момента импульса лазерного излучения до момента прихода на широкополосную высокочастотную антенну акустического приемника звукового сигнала, совместно с полученной текущей скоростью звука используется для расчета расстояний от объекта до базовой поверхности компаратора в ЭВМ. Широкополосная высокочастотная антенна позволяет отстроить получаемый сигнал от низкочастотных производственных шумов, что позволяет далее усиливать его, практически, без искажений. Точность измерения указанным способом расстояний до объекта с учетом погрешности измерения текущей скорости звука на мерной базе длиной 100±0,001 мм составляет ±(3+10D) мкм, где D - расстояние до объекта в метрах.The time elapsed from the moment of the laser pulse to the moment the acoustic receiver of the sound signal arrives at the broadband high-frequency antenna, together with the obtained current speed of sound, is used to calculate the distances from the object to the base surface of the comparator in a computer. A broadband high-frequency antenna allows you to tune the received signal from low-frequency industrial noise, which allows you to further amplify it, almost without distortion. The accuracy of measuring the distances to the object in this way, taking into account the error in measuring the current speed of sound on a measured base length of 100 ± 0.001 mm, is ± (3 + 10D) μm, where D is the distance to the object in meters.

На принципиальной схеме устройства, реализующего заявляемое изобретение и представленного на фиг.1, изображено: объект измерения 1, мерная база 2 с базовыми плоскостями 3 и полупрозрачными пластинами 4, приемник акустических сигналов 5 с антенной 6, оптическая фокусирующая система 7, лазер 8, источник питания лазера 9, компьютер 10 с монитором 11, фотоприемник 12, усилитель светового сигнала 13, электронный блок 14 обработки светового сигнала, измеритель временных интервалов 15, контроллер 16, усилитель антенны 17, широкополосный усилитель 18 и блок 19 обработки звукового сигнала.The schematic diagram of a device that implements the claimed invention and is shown in FIG. 1 shows: measurement object 1, measuring base 2 with base planes 3 and translucent plates 4, acoustic signal receiver 5 with antenna 6, optical focusing system 7, laser 8, source laser power 9, computer 10 with monitor 11, photodetector 12, light signal amplifier 13, light signal processing electronic unit 14, time interval meter 15, controller 16, antenna amplifier 17, broadband amplifier 18 and rpm unit 19 sound work.

На фиг.2 изображен один из вариантов предлагаемого устройства, а именно трехкоординатное устройство для измерения деталей и узлов сложной формы.Figure 2 shows one of the variants of the proposed device, namely a three-coordinate device for measuring parts and assemblies of complex shape.

Это устройство имеет основание 20, на котором закреплена подвижная по оси "X" каретка 21 с фотоэлектрическим отсчетным устройством 22 и центрами 23 для крепления деталей. Также на основании 20 закреплена подвижная по оси "Y" каретка 24 с фотоэлектрическим отсчетным устройством 25. На каретке 24 закреплен неподвижно в кронштейне визирный микроскоп 26. На визирном микроскопе 26 закреплены лазерный излучатель 8 с оптической фокусирующей системой 7, приемник акустических сигналов 5 с антенной 6 и мерная база 2 с полупрозрачными пластинами 4. Оптическая ось излучателя 8 совмещена с осью визирного микроскопа с помощью двух плоских зеркал 27, рассчитанных на длину волны лазерного излучения, и совпадает с линией измерения изделия (объекта) 1, установленного в центрах 23. Визирный микроскоп 26 может перемещаться кареткой 24 в направляющих 27 по оси "Y" и настраиваться вертикально по оси "Z" на линию измерения изделия (объекта) 1.This device has a base 20, on which is mounted a movable along the "X" axis carriage 21 with a photoelectric reading device 22 and centers 23 for mounting parts. Also, a carriage 24 with a photoelectric reading device 25 is mounted on the Y axis along the "Y" axis. A sighting microscope 26 is fixedly mounted in the bracket 24 on the carriage. A laser emitter 8 with an optical focusing system 7 is mounted on the sighting microscope 26, an acoustic signal receiver 5 with an antenna 6 and the measuring base 2 with translucent plates 4. The optical axis of the emitter 8 is aligned with the axis of the sighting microscope using two flat mirrors 27, designed for the wavelength of the laser radiation, and coincides with the measurement line from divisions (objects) 1 installed in the centers 23. The sighting microscope 26 can be moved by the carriage 24 in the guides 27 along the "Y" axis and adjusted vertically along the "Z" axis to the measurement line of the product (object) 1.

С помощью таких устройств можно измерять с точностью ±(3+10D) мкм не только любые параметры деталей сложной геометрической формы, таких как резьбовые калибры, турбинные лопатки и т.п., но и полный профиль измеряемого изделия, используя специальные компьютерные программы.Using such devices, it is possible to measure with an accuracy of ± (3 + 10D) μm not only any parameters of parts of complex geometric shapes, such as threaded gauges, turbine blades, etc., but also the full profile of the measured product using special computer programs.

Реализация способа и функционирование устройства осуществляются следующим образом:The implementation of the method and the operation of the device are as follows:

Размещают на одной оси с измеряемой точкой объекта 1 и лазером 8 оптическую фокусирующую систему 7, приемник акустических сигналов 5 с антенной 6 и мерную базу 2. Затем измеряемую точку поверхности объекта измерения 1 и одновременно базовые плоскости 3 мерной базы 2 облучают через оптическую фокусирующую систему 7 и полупрозрачные пластины 4, прозрачные в видимом диапазоне и отражающие акустические волны, а также длины волн лазерного излучения моноимпульсным излучением лазера 8 с модулируемой добротностью при плотности мощности излучения в точках фокусировки более 108 Вт/см2.An optical focusing system 7, an acoustic signal receiver 5 with an antenna 6 and a measuring base 2 are placed on the same axis as the measured point of the object 1 and the laser 8. Then, the measured point of the surface of the measuring object 1 and simultaneously the base planes 3 of the measuring base 2 are irradiated through the optical focusing system 7 and translucent plates 4, transparent in the visible range and reflecting acoustic waves, as well as wavelengths of laser radiation by single-pulse laser radiation 8 with modulated Q factor at a radiation power density in t focusing points over 10 8 W / cm 2 .

Передний фронт импульса лазерного луча фиксируется с помощью фотоприемника 12, который через усилитель светового сигнала 13 и электронный блок 14 обработки сигнала запускает измеритель временных интервалов 15.The leading edge of the laser beam pulse is fixed using a photodetector 12, which, through the light signal amplifier 13 and the electronic signal processing unit 14, launches a time interval meter 15.

В точках облучения возникают плазменные точки, а возникающие при этом звуковые волны принимаются антенной 6 приемника 5, где они преобразуются в электрический сигнал. Далее полученный сигнал обрабатывается усилителем антенны 17 и усилителем 18 и поступает на блок 19 обработки звукового сигнала. Обработанный сигнал поступает в измеритель временных сигналов 15, где измеряются три временных интервала между передним фронтом импульса лазерного излучения и временем окончания первого полупериода электрического сигнала, полученного в приемнике 5 от звуковых волн, пришедших от первой и второй базовой плоскости мерной базы и от облученной точки объекта измерения. Измеритель временных сигналов 15 через контроллер 16 передает измеренные интервалы распространения сигналов на компьютер 10. В компьютере по специальной программе с введением поправки на текущую скорость звука компаратором, использующим полученные данные временного интервала между сигналами, индуцированными от двух плоскостей мерной базы, вычисляется расстояние от базовой поверхности компаратора до измеряемой точки объекта по формулеPlasma points arise at the irradiation points, and the sound waves arising from this are received by the antenna 6 of the receiver 5, where they are converted into an electrical signal. Next, the received signal is processed by the antenna amplifier 17 and amplifier 18 and is supplied to the audio signal processing unit 19. The processed signal enters the time meter 15, where three time intervals are measured between the leading edge of the laser pulse and the end time of the first half-cycle of the electric signal received in receiver 5 from sound waves coming from the first and second base planes of the measuring base and from the irradiated point of the object measurements. The time signal meter 15 passes the measured signal propagation intervals to the computer 10 through the controller 16. In the computer, using a special program with the current sound speed corrected by a comparator, using the obtained time interval data between the signals induced from two planes of the measuring base, the distance from the base comparator to the measured point of the object according to the formula

s=t·v,s = tv

где v - скорость звука в м/сек, t - интервал времени между передним фронтом импульса лазерного излучения и моментом приема отраженной звуковой волны акустическим приемником.where v is the speed of sound in m / s, t is the time interval between the leading edge of the laser pulse and the moment of reception of the reflected sound wave by the acoustic receiver.

После этого полученные результаты измерения координат точек изделия или полного профиля изделия выводятся на экран ЭВМ или печатающее устройство.After that, the results of measuring the coordinates of the points of the product or the full profile of the product are displayed on a computer screen or a printing device.

Список использованной литературы:List of used literature:

1. Патент РФ №2102701.1. RF patent No. 2102701.

2. А.А.Генике и др. Геодезические фазовые дальномеры. М., Недра, 1974.2. A. A. Genike et al. Geodetic phase range finders. M., Nedra, 1974.

3. Патент РФ №1835048.3. RF patent No. 1835048.

4. Патент РФ №2139497.4. RF patent No. 2139497.

5. Патент РФ №2225591.5. RF patent No. 2225591.

Claims (10)

1. Бесконтактный способ определения расстояний до объекта, при котором измеряемый объект облучают импульсами лазерного излучения и измеряют интервал времени между передним фронтом импульса лазерного излучения и моментом приема звуковой волны приемником акустических сигналов, которая возбуждается при взаимодействии лазерного импульса с измеряемой точкой объекта, отличающийся тем, что облучение объекта осуществляют моноимпульсами лазера с плотностью мощности более 108 Вт/см2, снабженного оптической фокусирующей системой, с использованием компаратора с мерной базой, импульсы излучения фокусируют в точке измерения на объекте и одновременно в двух точках мерной базы, причем эти точки, а также приемник с широкополосной высокочастотной антенной располагают на оптической оси фокусирующей системы, а отсчет времени приема звуковой волны производят в конце первого полупериода электрического сигнала приемника, индуцированного этой волной.1. A non-contact method for determining the distances to the object at which the measured object is irradiated with laser pulses and measure the time interval between the leading edge of the laser pulse and the moment of receiving the sound wave by the acoustic signal receiver, which is excited when the laser pulse interacts with the measured point of the object, characterized in that the object is irradiated with mono-pulses of a laser with a power density of more than 10 8 W / cm 2 equipped with an optical focusing system, using By using a comparator with a measuring base, the radiation pulses are focused at the measurement point on the object and simultaneously at two points of the measuring base, and these points, as well as the receiver with a broadband high-frequency antenna, are located on the optical axis of the focusing system, and the sound wave is counted at the end of the first half-period of the electrical signal of the receiver induced by this wave. 2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее последовательно соединенные моноимпульсный лазер, фотоприемник, усилитель светового сигнала и блок обработки светового сигнала, выход которого соединен с входом измерителя временных интервалов, а также приемник акустических сигналов, который последовательно соединен с широкополосным усилителем и блоком обработки звукового сигнала и подключен к другому входу измерителя временных сигналов, выход которого подключен к соответствующему входу контроллера и ЭВМ, отличающееся тем, что оно содержит оптическую фокусирующую систему лазерного излучателя и компаратор с мерной базой, которая расположена между приемником и измеряемым объектом, лазер используется с модулируемой добротностью и с плотностью мощности более 108 Вт/см2, приемник акустических сигналов содержит широкополосную высокочастотную антенну, при этом оси антенны, акустического приемника и мерной базы совмещены с оптической осью фокусирующей системы.2. The device for implementing the method according to claim 1, comprising a series-connected monopulse laser, a photodetector, a light signal amplifier and a light signal processing unit, the output of which is connected to the input of the time interval meter, as well as an acoustic signal receiver, which is connected in series with a broadband amplifier and the audio signal processing unit and is connected to another input of the time signal meter, the output of which is connected to the corresponding input of the controller and the computer, characterized in that about it comprises an optical focusing system of the laser oscillator and a comparator with the measuring base, which is arranged between the receiver and the object to be measured, the laser used with the Q-switched and a power density greater than 10 8 W / cm 2, a receiver of acoustic signals comprises a broadband high-frequency antenna, the axis antennas, acoustic receiver and measuring base are combined with the optical axis of the focusing system. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что компаратор содержит установленные вдоль оси мерной базы пластины, прозрачные в видимом диапазоне и отражающие сигналы в диапазоне длин волн лазерного излучения. 3. The device according to claim 2, characterized in that the comparator contains plates installed along the axis of the measuring base, transparent in the visible range and reflecting signals in the wavelength range of the laser radiation. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве мерной базы используются две пластины, соединенные между собой с помощью инварного или кварцевого эталона длины.4. The device according to claim 2, characterized in that two plates are used as a measuring base, interconnected using an invar or quartz length standard. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что линзы фокусирующей системы выполнены из оптического анизотропного материала, имеющего два фокусных расстояния.5. The device according to claim 2, characterized in that the lenses of the focusing system are made of optical anisotropic material having two focal lengths. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фокусирующаяся система содержит визирный микроскоп, ось которого параллельна или перпендикулярна ее оси.6. The device according to claim 2, characterized in that the focusing system contains a sighting microscope, the axis of which is parallel or perpendicular to its axis. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве визирного микроскопа используется микротелескоп с лазерным целеуказателем, расположенным перед визирной сеткой микротелескопа.7. The device according to claim 6, characterized in that a microscope with a laser pointer located in front of the sighting grid of the microtectoscope is used as a sighting microscope. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что ось фокусирующей системы лазерного излучателя совмещена с осью лазерного целеуказателя и с измеряемой точкой объекта с помощью откидной зеркально-отражающей пластины или дихроичного зеркала, причем лазерный излучатель, лазерный целеуказатель и мерная база помещены в карданную систему их наклонов.8. The device according to claim 7, characterized in that the axis of the focusing system of the laser emitter is aligned with the axis of the laser pointer and the measured point of the object using a hinged mirror-reflective plate or dichroic mirror, and the laser emitter, laser pointer and measuring base are placed in a gimbal system of their inclinations. 9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фокусирующая система лазера выполнена в виде зеркально-линзовой системы.9. The device according to claim 2, characterized in that the focusing system of the laser is made in the form of a mirror-lens system. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что зеркально-линзовая система, приемник акустических сигналов с антенной и мерная база помещены в карданную систему их наклонов.10. The device according to claim 9, characterized in that the mirror-lens system, the receiver of acoustic signals with an antenna and the measuring base are placed in a gimbal system of their tilts.
RU2004116220/28A 2004-05-31 2004-05-31 Contactless method and device for measuring distance to object RU2267743C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004116220/28A RU2267743C1 (en) 2004-05-31 2004-05-31 Contactless method and device for measuring distance to object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004116220/28A RU2267743C1 (en) 2004-05-31 2004-05-31 Contactless method and device for measuring distance to object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2267743C1 true RU2267743C1 (en) 2006-01-10

Family

ID=35872602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004116220/28A RU2267743C1 (en) 2004-05-31 2004-05-31 Contactless method and device for measuring distance to object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2267743C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010044699A1 (en) * 2008-10-16 2010-04-22 Abduev Aslan Hadjimuratovich Distance measuring method and a device for carrying out said method
RU2525472C1 (en) * 2013-01-29 2014-08-20 Анатолий Сергеевич Иваницкий Acoustic range-finder
RU2539773C1 (en) * 2013-09-11 2015-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") Laser target-range finder
RU2685793C1 (en) * 2018-05-24 2019-04-23 Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС") Method of measuring the shape of parts bent from sheet metal and device for its implementation

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010044699A1 (en) * 2008-10-16 2010-04-22 Abduev Aslan Hadjimuratovich Distance measuring method and a device for carrying out said method
RU2481554C2 (en) * 2008-10-16 2013-05-10 Аслан Хаджимуратович Абдуев Distance measuring method, and device for its implementation (versions)
RU2525472C1 (en) * 2013-01-29 2014-08-20 Анатолий Сергеевич Иваницкий Acoustic range-finder
RU2539773C1 (en) * 2013-09-11 2015-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") Laser target-range finder
RU2685793C1 (en) * 2018-05-24 2019-04-23 Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС") Method of measuring the shape of parts bent from sheet metal and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS63500119A (en) Instruments for measuring surface morphology
CN109520425B (en) Precise tracking error testing device and testing method
KR101447392B1 (en) Apparatus and method for measuring metal structure and material
RU2267743C1 (en) Contactless method and device for measuring distance to object
JP2010043992A (en) Method and device for detecting electrostatic discharge generation position
CN105066983A (en) Detection method and device of radical cooling temperature, flying speed, and movement track
RU2383858C2 (en) Contactless device for measurement of distance to various points of object surface
JP2001194137A (en) Non-contact measuring method and apparatus for material thickness
CN203720351U (en) Laser radar measuring instrument for measuring object angles and angular velocities accurately
JP2016212098A (en) Scanner tracker composite device including focus adjustment mechanism
Wang et al. Measurement of underwater acoustic pressure in the frequency range 100 to 500 kHz using optical interferometry and discussion on associated uncertainties
CN107121091A (en) A kind of profile scan measurement apparatus based on PSD
JP2002202108A (en) Plate thickness measuring device
Piper et al. Sensing sound pressure in an anechoic chamber using backscattered laser light
JP2000171232A (en) Ultrasonic wave measuring instrument
JP3874749B2 (en) Target sound detection method and apparatus
CN112179626B (en) Method and device for measuring absorption loss of optical crystal
JP2587732B2 (en) Laser beam position detection method
SU1658105A1 (en) Radioacoustics atmospheric probing
CN117347015B (en) High-energy laser beam quality outfield high-precision measurement method and system
Zhou et al. Study on installation and adjustment of bathymetric LiDAR optical system
CN111551503B (en) Laser ultrasonic system and method for detecting elastic modulus of material in non-contact manner
RU2139497C1 (en) Device measuring distance to various points on surface of objects
RU2725514C1 (en) Beam pattern and reflecting surface antenna system control device
RU2262117C2 (en) Method for adjustment of radiolocation station antenna

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060601

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080601