RU2384812C1 - Autocollimator for measuring angle of torque - Google Patents

Autocollimator for measuring angle of torque Download PDF

Info

Publication number
RU2384812C1
RU2384812C1 RU2008149452/28A RU2008149452A RU2384812C1 RU 2384812 C1 RU2384812 C1 RU 2384812C1 RU 2008149452/28 A RU2008149452/28 A RU 2008149452/28A RU 2008149452 A RU2008149452 A RU 2008149452A RU 2384812 C1 RU2384812 C1 RU 2384812C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mark
raster
angle
lens
measuring
Prior art date
Application number
RU2008149452/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Вензель (RU)
Владимир Иванович Вензель
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП)
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 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП)
Priority to RU2008149452/28A priority Critical patent/RU2384812C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2384812C1 publication Critical patent/RU2384812C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention refers to measurement equipment, to measuring devices characterised with optic measuring devices, and can be used to solve a wide range of engineering problems including measurement of flat angles, such as adjustment of optic-electronic system, assembly large-sized constructions, remote control and remote transfer of values of the angle, etc. Autocollimator meant for measuring the angle of torque includes lighter, the following which is installed in beam direction: capacitor, mark, beam divider, objective, reflector in the form of triple prism, which is installed with possibility of being turned about optic axis, and one of the edges of the above prism has deflection from straight angle, photodetector array connected to the computing device. At that, mark is installed in focal plane of the objective, and photoreceiver - at autocollimating point. Photoreceiver is made in the form of two matrixes installed at autocollimating points, some part of the mark field is made in the form of linear raster, and some part - in the form of a line, and before some matrixes recording the mark field picture in the form of raster. In addition, linear rasters are tightly attached to them; at that, mark raster and additional rasters are oriented parallel to columns of matrix photoreceiver.
EFFECT: increasing measuring sensitivity, increasing the operating measurement distance and decreasing overall dimensions.
2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся оптическими средствами измерений, и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, таких как юстировка оптико-электронных систем, сборка крупногабаритных конструкций, определение параметров жесткости валов, дистанционное измерение и дистанционная передача значения угла скручивания и др.The invention relates to the field of measuring equipment, to measuring devices characterized by optical measuring instruments, and can be used to solve a wide range of technical problems, such as aligning optoelectronic systems, assembling large-sized structures, determining the parameters of shaft rigidity, remote measurement and remote transmission of values twisting angle, etc.

Известен автоколлиматор для измерения угла скручивания [Пат. RU №2182311, МПК G01B 11/26, приор. 10.05.2001 г.]. Автоколлиматор состоит из двух марок в виде низкочастотного растра с осветителями, светоделителя, объектива, отражателя в виде блока призм АР-90, фотоприемника в виде ФПЗС-линеек, разнесенных на измерительную базу, и вычислительного блока. Осветители освещают марки, установленные в фокальной плоскости объектива. Параллельный пучок света после прохождения объектива попадает на отражатель в виде блока призм АР-90, отражается от него, проходит объектив, отражается от светоделителя и попадает на фотоприемник, установленный в фокальной плоскости объектива. На строках ФПЗС-линеек фотоприемника появляется изображение низкочастотных растров марок, разворот которого относительно координат линеек равен удвоенному углу поворота отражателя.Known auto-collimator for measuring the angle of twisting [Pat. RU No. 2182311, IPC G01B 11/26, prior. May 10, 2001]. The autocollimator consists of two grades in the form of a low-frequency raster with illuminators, a beam splitter, a lens, a reflector in the form of an AR-90 prism block, a photodetector in the form of FPSS arrays spaced on a measuring base, and a computing unit. Illuminators illuminate marks mounted in the focal plane of the lens. A parallel light beam after passing through the lens enters the reflector in the form of a block of prisms AP-90, is reflected from it, the lens passes, is reflected from the beam splitter and enters the photodetector installed in the focal plane of the lens. On the lines of the FPSS-lines of the photodetector, an image of low-frequency raster marks appears, the rotation of which relative to the coordinates of the lines is equal to twice the angle of rotation of the reflector.

Информация в виде координат растров марок на ФПЗС-линейках вводится в вычислительный блок, где производится расчет угла скручивания. Угол скручивания определяют какInformation in the form of coordinates of raster marks on FPSS-rulers is entered into the computing unit, where the twist angle is calculated. The twist angle is defined as

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где X1, Х2 - смещение изображения низкочастотного растра относительно координат ФПЗС-линеек 1,2 фотоприемника;where X 1 , X 2 - the offset image of the low-frequency raster relative to the coordinates of the FPSS-lines of 1.2 photodetector;

B - измерительная база (расстояние, на котором установлены ФПЗС-линейки фотоприемника).B - measuring base (the distance at which the FPSS-lines of the photodetector are installed).

Чувствительность устройства зависит от измерительной базы, числа штрихов низкочастотного растра и параметров фотоприемника (размера элемента и отношения сигнал/шум).The sensitivity of the device depends on the measuring base, the number of strokes of the low-frequency raster and the parameters of the photodetector (element size and signal-to-noise ratio).

Недостатками автоколлиматора являются недостаточно высокая чувствительность и необходимость точной угловой установки отражателя в виде блока призм АР-90 относительно оптической оси.The disadvantages of the autocollimator are insufficient sensitivity and the need for accurate angular installation of the reflector in the form of a block of prisms AR-90 relative to the optical axis.

Для увеличения чувствительности измерений необходимо либо увеличивать измерительную базу, что ведет к усложнению конструкции объектива, а также уменьшению рабочей дистанции, либо улучшать параметры фотоприемника (повышать отношение сигнал/шум), что технически очень сложно и малоэффективно. Например, повышение отношения сигнал/шум в 10 раз приводит к увеличению чувствительности в 3,16 раза.To increase the sensitivity of measurements, it is necessary either to increase the measuring base, which leads to a complication of the lens design, as well as a decrease in the working distance, or to improve the parameters of the photodetector (increase the signal-to-noise ratio), which is technically very difficult and ineffective. For example, increasing the signal-to-noise ratio by a factor of 10 leads to an increase in sensitivity by a factor of 3.16.

Известен выбранный нами в качестве прототипа автоколлиматор для измерения угла скручивания [Син Сянмин. Исследование и разработка трехкоординатных оптико-электронных автоколлиматоров.// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Университетские телекоммуникации. Санкт-Петербург. 2007].The known autocollimator for measuring the twist angle [Xing Xiangming. Research and development of three-coordinate optical-electronic autocollimators. // Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. University telecommunications. St. Petersburg. 2007].

Автоколлиматор состоит из источника света, установленных по ходу луча конденсора, марки в виде перекрестия, светоделителя, объектива, установленного с возможностью вращения вокруг оптической оси отражателя в виде триппель-призмы, один из прямых двухгранных углов которой имеет отклонение от 90°, матричного фотоприемника, установленного в автоколлимационной точке, и подключенного к фотоприемнику вычислительного устройства.The autocollimator consists of a light source installed along the condenser beam, a crosshair mark, a beam splitter, a lens mounted with the possibility of rotation around the optical axis of the reflector in the form of a triple prism, one of the direct dihedral angles of which has a deviation from 90 °, of a matrix photodetector, installed at the autocollimation point, and connected to the photodetector of the computing device.

Источник света через конденсор освещает марку, установленную в фокальной плоскости объектива. Параллельный пучок света после прохождения объектива попадает на триппель-призму, отражается от нее в виде двух наклонных параллельных пучков, которые проходят объектив, светоделитель и попадают на фотоприемник, установленный в фокальной плоскости объектива в автоколлимационной точке. На фотоприемнике появляются два изображения перекрестия марки, разнесенные на расстояние, определяемое фокусным расстоянием объектива и отклонением от 90° одного из прямых двухгранных углов триппель-призмы. Вращение триппель-призмы вокруг оптической оси приводит к плоскопараллельному перемещению изображений марки по окружности, причем угловое перемещение вокруг оптической оси равно углу поворота отражателя. Информация с фотоприемника вводится в вычислительный блок, в котором определяется угол скручивания.A light source through a condenser illuminates the brand mounted in the focal plane of the lens. After passing through the lens, the parallel light beam enters the triple prism, is reflected from it in the form of two oblique parallel beams that pass through the lens, the beam splitter and enter the photodetector installed in the focal plane of the lens at the autocollimation point. Two images of the crosshair of the brand appear on the photodetector, spaced by a distance determined by the focal length of the lens and the deviation from 90 ° of one of the direct dihedral angles of the triple prism. The rotation of the triple prism around the optical axis leads to plane-parallel movement of the brand’s images in a circle, and the angular movement around the optical axis is equal to the angle of rotation of the reflector. Information from the photodetector is entered into the computing unit, in which the twist angle is determined.

Угол скручивания определяют какThe twist angle is defined as

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где Х12 - смещение изображения перекрестия относительно Х-координаты фотоприемника при повороте отражателя;wherein X 1 -X 2 - image shift crosshairs relative X-coordinate of the photodetector when rotating the reflector;

f - фокусное расстояние объектива;f is the focal length of the lens;

ϕ - угол отступления двугранного угла триппель-призмы от 90°;ϕ is the angle of deviation of the dihedral angle of the triple prism from 90 °;

n - показатель преломления материала призмы.n is the refractive index of the prism material.

Автоколлиматор менее чувствителен к юстировке отражателя относительно оптической оси, однако его чувствительность зависит от радиуса вращения изображений марки, определяемого фокусным расстоянием объектива и отступлением двугранного угла триппель-призмы от 90°, а также параметров матричного фотоприемника (количества и размеров элемента, отношения сигнал/шум). Для увеличения радиуса вращения, приводящего к увеличению чувствительности измерений, необходимо либо увеличивать фокусное расстояние объектива, либо увеличивать отступление двугранного угла триппель-призмы от 90°, что в обоих случаях ведет к увеличению габаритов и усложнению конструкции объектива и уменьшению рабочей дистанции.The autocollimator is less sensitive to the alignment of the reflector relative to the optical axis, but its sensitivity depends on the radius of rotation of the brand’s images, determined by the focal length of the lens and the diagonal angle of the triple prism from 90 °, as well as the parameters of the photodetector matrix (number and size of the element, signal-to-noise ratio ) To increase the radius of rotation, which leads to an increase in the sensitivity of measurements, it is necessary either to increase the focal length of the lens or to increase the deviation of the dihedral angle of the triple prism from 90 °, which in both cases leads to an increase in size and complexity of the design of the lens and a decrease in the working distance.

Повышение чувствительности за счет улучшения параметров приемника, например повышения отношения сигнал/шум за счет охлаждения, малоэффективно. Так, увеличение отношения сигнал/шум с 46 дБ до 61 дБ (реальные данные серийных фотоприемников) приводит к увеличению чувствительности всего в 2.3 раза при изменении цены фотоприемников ориентировочно в 15 раз.Increasing the sensitivity by improving the parameters of the receiver, for example, increasing the signal-to-noise ratio due to cooling, is ineffective. Thus, an increase in the signal-to-noise ratio from 46 dB to 61 dB (real data from serial photodetectors) leads to an increase in sensitivity by only 2.3 times when the price of photodetectors changes by approximately 15 times.

Принимая плоскопараллельное смещение изображения марки по окружности в небольшом диапазоне углов как линейное смещение по одной из ортогональных составляющих вектора движения (как в прототипе), нами обосновано и экспериментально показано, что можно значительно повысить чувствительность измерения угла скручивания, применив для измерения линейного смещения муаровую систему, для чего выполнив марку в виде линейного растра и дополнительно введя перед приемниками линейные растры, отличные по частоте от частоты растра марки.Taking plane-parallel displacement of the image of the brand around the circumference in a small range of angles as a linear displacement along one of the orthogonal components of the motion vector (as in the prototype), we substantiated and experimentally shown that it is possible to significantly increase the sensitivity of measuring the angle of torsion by applying a moire system to measure linear displacement, why by completing a mark in the form of a linear raster and additionally introducing linear rasters in front of the receivers that are different in frequency from the frequency of the brand raster.

Однако при таком исполнении марки для повышения чувствительности измерения угла скручивания необходимо использовать строго определенные оптические схемы автоколлиматоров. Например, схема с двухгранным отражателем АР-90 (или набором двухгранных отражателей), выбранная нами в качестве аналога, дает вращение изображения марки вокруг осевой точки, что не позволяет применить в ней муаровую систему.However, with such a performance of the brand, in order to increase the sensitivity of measuring the torsion angle, it is necessary to use strictly defined optical schemes of autocollimators. For example, a scheme with a two-sided reflector AR-90 (or a set of two-sided reflectors), which we have chosen as an analogue, gives rotation of the image of the mark around an axial point, which does not allow using the moire system in it.

Плоскопараллельное смещение изображения марки по окружности с радиусом, определяемым углом отклонения лучей отражателем и фокусным расстоянием объектива, даст применение в качестве отражателя, например, таких элементов как триппель-призма с отклонением одного из углов от 90 град., двухгранный отражатель с углом при вершине, близким к 180 град, низкочастотная дифракционная решетка. С точки зрения эффективности лучшим из них является триппель-призма с отклонением одного из углов от 90 град, которая имеет более широкий допуск по плоским углам при установке ее относительно оптической оси.The plane-parallel displacement of the brand image around a circle with a radius determined by the deflection angle of the rays by the reflector and the focal length of the lens will make it possible to use, for example, elements such as a triple prism with a deviation of one of the angles from 90 degrees, a two-sided reflector with an angle at the apex, close to 180 degrees, low-frequency diffraction grating. From the point of view of efficiency, the best of them is a triple-prism with a deviation of one of the angles from 90 degrees, which has a wider tolerance in flat angles when installing it relative to the optical axis.

Нами предложен высокочувствительный автоколлиматор для измерения угла скручивания, работающий при большом диапазоне дистанций.We have proposed a highly sensitive autocollimator for measuring the torsion angle, operating over a wide range of distances.

Такой технический результат достигнут нами, когда в автоколлиматоре для измерения угла скручивания, включающем осветитель, размещенные по ходу луча конденсор, марку, светоделитель, объектив, установленный с возможностью вращения вокруг оптической оси отражатель в виде триппель-призмы, одна из граней которой имеет отклонение от прямого угла, матричный фотоприемник, подключенный к вычислительному устройству, при этом марка установлена в фокальной плоскости объектива, а фотоприемник - в автоколлимационной точке, отличающийся тем, что фотоприемник выполнен в виде двух матриц, установленных в автоколлимационных точках, часть поля марки выполнена в виде линейного растра, часть - в виде штриха, а перед частью матриц, регистрирующих изображение поля марки в виде растра, дополнительно вплотную к ним установлены линейные растры, при этом растр марки и дополнительные растры ориентированы параллельно столбцам матричного фотоприемника.We achieved such a technical result when, in an autocollimator for measuring the twist angle, which includes a illuminator, a condenser, a brand, a beam splitter, a lens mounted with the possibility of rotation around the optical axis, a reflector in the form of a triple prism, one of whose faces deviates from a right angle, a matrix photodetector connected to a computing device, with the mark installed in the focal plane of the lens, and the photodetector at an autocollimation point, characterized in that the receiver is made in the form of two matrices installed at autocollimation points, part of the mark field is made in the form of a linear raster, part is in the form of a dash, and before part of the matrices recording the image of the mark field in the form of a raster, linear rasters are additionally installed close to them, while brand raster and additional rasters are oriented parallel to the columns of the matrix photodetector.

На фиг.1а приведена принципиальная схема автоколлиматора, где источник 1 света, конденсор 2, марка 3, светоделитель 4, объектив 5, отражатель 6, линейные растры 7, 8, матрицы 9, 10 фотоприемника, блок 11 обработки информации и расчета угла скручивания.Figure 1a shows a schematic diagram of an autocollimator, where a light source 1, a condenser 2, a mark 3, a beam splitter 4, a lens 5, a reflector 6, linear rasters 7, 8, photodetector arrays 9, 10, an information processing and twisting angle calculation unit 11.

На фиг.1б приведены в увеличенном масштабе изображения марки, линейные растры и изображение, полученное на фотоприемнике.Figure 1b shows on an enlarged scale the image of the brand, linear rasters and the image obtained on the photodetector.

Автоколлиматор работает следующим образом.Autocollimator works as follows.

Источник света 1 при помощи конденсора 2 освещает марку 3, часть поля которой выполнена в виде растра, а часть - в виде штриха. Марку 3 устанавливают в фокальной плоскости объектива 5. Пучок света отражается от светоделительной поверхности светоделителя 4 и попадает в объектив 5. Параллельный пучок света после прохождения объектива 5 попадает на триппель-призму 6, одна из граней которой имеет отклонение от прямого угла, отражается от него и в виде двух параллельных пучков, наклоненных к оптической оси, попадает на объектив 5, проходит светоделитель 4, нониусные растры 7, 8 и попадает на матрицы 9, 10 фотоприемника, при этом часть марки 3, содержащая растр, проецируется на соответствующую часть матриц 9, 10, перед которыми установлены нониусные растры 7, 8. В результате на одних частях матриц 9, 10 фотоприемников образуется изображение штриха марки 3, а на других частях - изображение муаровой картины, частота которой зависит от соотношения частот двух растров: изображения растра марки 3 и нониусных растров 7, 8. При повороте отражателя 6 вокруг оптической оси происходит плоскопараллельное смещение изображений марки 3 относительно координат матриц 9, 10 фотоприемника с радиусом, определяемым углом отклонения одного двухгранного угла отражателя 6 от 90° и фокусным расстоянием объектива 5. При этом муаровая картина, регистрируемая матрицами 9, 10 фотоприемника, имеет линейное перемещение экстремумов муаровой картины, большее, чем перемещение элементов изображения растра марки. Это позволяет использовать перемещение экстремумов муаровой картины в качестве точного (нониусного) отчета, за счет чего повысить точность определения угла скручивания (при одинаковых параметрах объектива и фотоприемника).The light source 1 by means of a condenser 2 illuminates the brand 3, part of the field of which is made in the form of a raster, and part - in the form of a dash. Mark 3 is installed in the focal plane of the lens 5. A beam of light is reflected from the beam splitter surface of the beam splitter 4 and enters the lens 5. A parallel beam of light after passing through the lens 5 enters the triple prism 6, one of the faces of which has a deviation from the right angle, is reflected from it and in the form of two parallel beams, tilted to the optical axis, hits the lens 5, passes the beam splitter 4, vernier rasters 7, 8 and falls onto the photodetector arrays 9, 10, while the part of mark 3 containing the raster is projected onto the corresponding part of the matrices 9, 10, in front of which there are vernier rasters 7, 8. As a result, on some parts of the matrices 9, 10 of the photodetectors, an image of the mark 3 is formed, and on the other parts - an image of the moire pattern, the frequency of which depends on the ratio of the frequencies of the two rasters: images of brand 3 raster and vernier raster 7, 8. When the reflector 6 is rotated around the optical axis, plane images of brand 3 images move relative to the coordinates of the photodetector matrices 9, 10 with a radius determined by the angle of deviation of one dv hgrannogo corner reflector 6 by 90 ° and the lens focal length 5. In this case the moire pattern is recorded by the matrix 9, the photoreceiver 10 has a linear movement of the extrema of the moiré pattern, more than moving picture element raster stamp. This allows you to use the movement of the extrema of the moire pattern as an accurate (nonius) report, thereby increasing the accuracy of determining the twist angle (with the same parameters of the lens and photodetector).

Грубый отсчет в автоколлиматоре берется по смещению изображения штриха марки (для сохранения однозначности измерений, поскольку муаровая картина имеет периодическую структуру).A rough count in the autocollimator is taken by the displacement of the image of the bar of the brand (to preserve the uniqueness of measurements, since the moire pattern has a periodic structure).

На практике частоту растров выбирают в диапазоне 0,1-0,5 предельной частоты объектива, исходя из получения с одной стороны достаточно высокого контраста изображения растра, а следовательно, и муаровой картины, и с другой стороны получения нескольких периодов муара на фотоприемнике. Соотношение частот растра марки и растров перед матрицами фотоприемного устройства для упрощения алгоритма обработки информации предпочтительно выбирать 10:9.In practice, the frequency of the rasters is chosen in the range of 0.1-0.5 of the limiting frequency of the lens, on the basis of obtaining, on the one hand, a sufficiently high contrast image of the raster, and therefore the moire pattern, and on the other hand, obtaining several periods of moire on the photodetector. The frequency ratio of the brand raster and the rasters in front of the matrices of the photodetector is preferably 10: 9 to simplify the information processing algorithm.

Наличие нониусного отсчета позволяет при использовании стандартного фотоприемника увеличить чувствительность измерений (или увеличить рабочую дистанцию), а использование в качестве отражателя триппель-призмы - уменьшить требования к установке отражателя относительно оптической оси.The presence of a vernier reading allows using the standard photodetector to increase the measurement sensitivity (or increase the working distance), and using a triple prism as a reflector reduces the requirements for installing the reflector relative to the optical axis.

Угол скручивания ψ определяют в вычислительном устройстве какThe twist angle ψ is determined in the computing device as

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где X11-X12 - смещение изображения марки относительно Х-координаты первой матрицы при повороте отражателя;where X 11 -X 12 is the offset image of the brand relative to the X-coordinate of the first matrix when the reflector is rotated;

X21-X22 - смещение изображения марки относительно Х-координаты второй матрицы при повороте отражателя;X 21 -X 22 - offset image brand relative to the X-coordinate of the second matrix when the reflector is rotated;

f - фокусное расстояние объектива;f is the focal length of the lens;

ϕ - угол отступления двугранного угла триппель-призмы от 90°;ϕ is the angle of deviation of the dihedral angle of the triple prism from 90 °;

n - показатель преломления материала призмы.n is the refractive index of the prism material.

Пример конкретного исполнения.An example of a specific implementation.

По схеме на фигуре 1а создан макет автоколлиматора для измерения угла скручивания. В качестве источника света использовался светодиод (λ1=0,87 мкм), объектив имел фокусное расстояние 700 мм, а световой диаметр 80 мм, отклонение одного угла триппель-призмы от прямого 20 угл. мин, в качестве фотоприемников служили цифровые матрицы формата 6,4×5,2 мм, данные с фотоприемников поступали в ЭВМ типа Pentium-4. Растр марки 3 имел частоту 10 штр./мм, растры 7 и 8 имели частоту 9 штр./мм.According to the scheme in figure 1A, a mockup of an autocollimator was created for measuring the twist angle. An LED was used as a light source (λ 1 = 0.87 μm), the lens had a focal length of 700 mm, and a light diameter of 80 mm, the deviation of one angle of the triple prism from a right angle of 20 angles. min, digital arrays of the format 6.4 × 5.2 mm were used as photodetectors, data from the photodetectors entered a Pentium-4 computer. Raster grade 3 had a frequency of 10 lines / mm, rasters 7 and 8 had a frequency of 9 lines / mm.

Соотношение частот растров выбрано 10:9, что приводит к увеличению чувствительности в нониусном канале в 10 раз по сравнению с грубым каналом. Такое соотношение упрощает алгоритм обработки информации. Программное обеспечение по известному алгоритму с усреднением по строкам половины матрицы энергетического центра определяло координату изображения штриха марки относительно координат матрицы. Положение экстремумов муаровой картины относительно координат матрицы производилось с использованием алгоритма двухмерной аппроксимации синусоидой муаровой картины. Затем эти данные пересчитывались в угол поворота триппель-призмы с учетом фокусного расстояния объектива, отклонения одной грани призмы от прямого угла и размера элемента матрицы.The ratio of the frequencies of the rasters was chosen 10: 9, which leads to an increase in sensitivity in the nonius channel by 10 times compared with the coarse channel. This ratio simplifies the information processing algorithm. The software according to the well-known algorithm with averaging over the rows of half the matrix of the energy center determined the coordinate of the image of the stroke of the brand relative to the coordinates of the matrix. The position of the extrema of the moire pattern relative to the coordinates of the matrix was made using the algorithm of two-dimensional approximation of the sinusoid moire pattern. Then these data were recalculated into the angle of rotation of the triple prism, taking into account the focal length of the lens, the deviation of one face of the prism from the right angle and the size of the matrix element.

Диапазон измерений автоколлиматора составил ±2,5 угл. град, чувствительность к изменению угла скручивания - 0,5 угл. сек.The measurement range of the autocollimator was ± 2.5 angles. hail, sensitivity to changes in the angle of twisting - 0.5 ang. sec

Достоинство предложенной схемы автоколлиматора для измерения угла скручивания заключается в возможности значительно повысить чувствительность измерений без существенного изменения конструкции, используя стандартные матричные приемники, увеличить рабочую дистанцию измерений и уменьшить габариты устройства. Наличие в автоколлиматоре двух симметричных автоколлимационных точек упрощает реализацию некоторых полезных схем измерения углов скручивания, например двухспектральной схемы, позволяющей уменьшить влияние воздушных потоков на результаты измерений в полевых условиях.The advantage of the proposed autocollimator scheme for measuring the twist angle is the ability to significantly increase the sensitivity of measurements without significant structural changes using standard matrix receivers, increase the working distance of measurements, and reduce the dimensions of the device. The presence in the autocollimator of two symmetric autocollimation points simplifies the implementation of some useful schemes for measuring the torsion angles, for example, a two-spectral scheme that can reduce the influence of air flow on the results of measurements in the field.

При выполнении триппель-призмы с отклонением одного угла от прямого в 2 угл. мин можно увеличить рабочую дистанцию до 10 м, получив чувствительность к изменению угла скручивания 5 угл. сек. При этом все остальные параметры системы остаются прежними.When performing a triple prism with a deviation of one angle from a straight line at 2 angles. min you can increase the working distance up to 10 m, having received sensitivity to a change in the angle of twist of 5 ang. sec In this case, all other system parameters remain the same.

Предполагается использование предложенного технического решения в системе дистанционной передачи угловой координаты. В настоящее время ведется конструкторская проработка системы.It is supposed to use the proposed technical solution in the system of remote transmission of angular coordinates. Currently, the design study of the system is underway.

Claims (1)

Автоколлиматор для измерения угла скручивания, включающий осветитель, размещенные по ходу луча конденсор, марку, светоделитель, объектив, установленный с возможностью вращения вокруг оптической оси отражатель в виде триппель-призмы, одна из граней которой имеет отклонение от прямого угла, матричный фотоприемник, подключенный к вычислительному устройству, при этом марка установлена в фокальной плоскости объектива, а матричный фотоприемник - в автоколлимационной точке, отличающийся тем, что матричный фотоприемник выполнен в виде двух матриц, установленных в автоколлимационных точках, часть поля марки выполнена в виде линейного растра, часть - в виде штриха, а перед частью матриц, регистрирующих изображение поля марки в виде растра, дополнительно вплотную к ним установлены линейные растры, при этом растр марки и дополнительные линейные растры ориентированы параллельно столбцам матричного фотоприемника. An autocollimator for measuring the angle of twisting, including a illuminator, a condenser, a brand, a beam splitter, a lens mounted with the possibility of rotation around the optical axis of the reflector in the form of a triple prism, one of the faces of which has a deviation from the right angle, a photodetector connected to a computing device, wherein the mark is installed in the focal plane of the lens, and the matrix photodetector is in the autocollimation point, characterized in that the matrix photodetector is made in the form of two ma of the trits installed at the autocollimation points, part of the mark field is made in the form of a linear raster, part is in the form of a dash, and in front of part of the matrices recording the image of the mark field in the form of a raster, linear rasters are additionally installed close to them, while the raster of the mark and additional linear rasters are oriented parallel to the columns of the matrix photodetector.
RU2008149452/28A 2008-12-15 2008-12-15 Autocollimator for measuring angle of torque RU2384812C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008149452/28A RU2384812C1 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Autocollimator for measuring angle of torque

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008149452/28A RU2384812C1 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Autocollimator for measuring angle of torque

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2384812C1 true RU2384812C1 (en) 2010-03-20

Family

ID=42137458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008149452/28A RU2384812C1 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Autocollimator for measuring angle of torque

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2384812C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467285C1 (en) * 2011-06-24 2012-11-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП"), RU Device for twist angle measurement
RU2471148C1 (en) * 2011-06-29 2012-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (НИУ ИТМО) Device for controlling rotation of object
RU2650432C1 (en) * 2017-02-02 2018-04-13 Акционерное общество "ЛОМО" Triaxial photoelectric autocollimator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467285C1 (en) * 2011-06-24 2012-11-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП"), RU Device for twist angle measurement
RU2471148C1 (en) * 2011-06-29 2012-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (НИУ ИТМО) Device for controlling rotation of object
RU2650432C1 (en) * 2017-02-02 2018-04-13 Акционерное общество "ЛОМО" Triaxial photoelectric autocollimator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109579780B (en) Polarization-based light splitting auto-collimation three-dimensional angle measuring device and method
JP2913984B2 (en) Tilt angle measuring device
CN108168468B (en) Focusing photoelectric auto-collimator with laser sighting device inside and sighting method
WO2014074003A1 (en) Method for monitoring linear dimensions of three-dimensional objects
CN1831469A (en) Dynamic photoelectric autocollimator based on PSD
CN109520446A (en) A kind of measurement method of revolution at a high speed shafting dynamic inclination error
EP2793042B1 (en) Positioning device comprising a light beam
CN109387161A (en) Auto-collimation system
CN102865834A (en) Even number narrow slit type photoelectric autocollimator
CN1740742A (en) Grating type photoelectric autocollimator
RU2384812C1 (en) Autocollimator for measuring angle of torque
CN109579782B (en) High-precision large-working-distance auto-collimation three-dimensional angle measuring device and method
CN100342216C (en) Displacement sensor with single grating
US9297656B2 (en) Sensor arrangement having code element
US3552857A (en) Optical device for the determination of the spacing of an object and its angular deviation relative to an initial position
RU85226U1 (en) CORNER INSTRUMENT
RU2612918C9 (en) Device for determining positions of defects on aspherical surface of optical part (versions)
CN103697825B (en) Super-resolution 3D laser measurement system and method
JP6743788B2 (en) Displacement sensor
RU2519512C1 (en) Device to measure angular and linear coordinates of object
RU98596U1 (en) TWO CHANNEL DIGITAL AUTOCollimator
CN114111570B (en) Image positioning calculation method and device based on two-dimensional autocollimator
RU2471148C1 (en) Device for controlling rotation of object
CN202885788U (en) Even number narrow slit type photoelectric autocollimator
RU2769305C1 (en) Autocollimator

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20121224

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

Effective date: 20181216