RU2687511C1 - Laser beam position measuring device - Google Patents

Laser beam position measuring device Download PDF

Info

Publication number
RU2687511C1
RU2687511C1 RU2018112744A RU2018112744A RU2687511C1 RU 2687511 C1 RU2687511 C1 RU 2687511C1 RU 2018112744 A RU2018112744 A RU 2018112744A RU 2018112744 A RU2018112744 A RU 2018112744A RU 2687511 C1 RU2687511 C1 RU 2687511C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
matrix
semi
cylindrical lens
laser beam
linear
Prior art date
Application number
RU2018112744A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ахметсалим Сабирович Галеев
Раис Насибович Сулейманов
Олег Владимирович Филимонов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Priority to RU2018112744A priority Critical patent/RU2687511C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2687511C1 publication Critical patent/RU2687511C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to mounting of rotor or other machines and is intended for measurement of relative position of shaft axes. Receiving device for measuring position of laser beam by linear photosensitive matrix in plane of matrix, consisting of linear light-sensitive matrix and an optical system arranged in parallel to said matrix, providing for scanning of the beam into a horizontal line. Optical system is an optically transparent collecting semi-cylindrical lens, which provides focusing of the laser beam on the photosensitive matrix, wherein half-cylinder length l not less than height of matrix h (l≥h), and the distance r between the optical center of the semi-cylindrical lens and the light-sensitive matrix satisfies the following condition: r=ƒ±z=R/(n-1)±z, where ƒ is the focal distance of the semi-cylindrical lens, R is the radius of the semi-cylindrical lens, n is the refractive index of the optically transparent substance from which the semi-cylindrical lens is made, and z is the depth of focus.
EFFECT: high reliability of determining the position of a laser spot with a linear matrix without increasing laser radiation power and wider field of use thereof.
1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области технологии проведения монтажа роторных или иных машин и предназначено для измерения относительного положения осей валов (при проведении т.н. центровочных работ).The present invention relates to the field of technology of installation of rotary or other machines and is intended to measure the relative position of the axes of the shafts (when carrying out the so-called centering work).

Известно устройство (так называемое приспособление для центровки,-ПЦ) для проведения центровочных работ, заключающийся в измерении относительного положения валов (угловой и радиальной расцентровок) при помощи двух индикаторов часового типа, - метод обратных индикаторов, и расчета величин расцентровок и толщин корректировочных пластин по соответствующим формулам. При этом информативным параметром служат радиальные перемещения штоков индикаторов, считываемые визуально. (Галеев А.С., Сулейманов Р.Н., Рязанцев А.В., Филимонов О.В. Вибродиагностика насосных агрегатов: справочное пособие. - Уфа: изд-во УГНТУ, 1997. - 135 с.).A device (the so-called centering device, -PC) for centering is known, consisting in measuring the relative position of the shafts (angular and radial centering) with two dial-type indicators, the method of inverse indicators, and calculating the values of centerings and thickness of the correction plates by corresponding formulas. In this case, the informative parameter is the radial movements of the indicator rods, readable visually. (Galeyev A.S., Suleymanov R.N., Ryazantsev A.V., Filimonov O.V. Vibrodiagnostics of pumping units: a reference guide. - Ufa: UGNTU publishing house, 1997. - 135 p.).

Недостатком устройства является необходимость «ручного» ввода показаний индикаторов в вычислительное устройство (калькулятор), что сопряжено с ошибками и ограничивает область применения системы.The disadvantage of the device is the need for "manual" input of the indications of indicators into the computing device (calculator), which is associated with errors and limits the scope of the system.

Известно устройство для измерения положения лазерного пятна (Патент РФ 2640314, Бюл. №36, 2017 г.), состоящее из линейной светочувствительной матрицы, ряда оптически прозрачных прилегающих к друг другу цилиндров, располагающихся параллельно указанной матрице, обеспечивающих разворот луча в линию, перпендикулярную матрице, при этом длина цилиндров l не меньше высоты матрицы h (l≥h), а расстояние между ними r и светочувствительной матрицей зависит от радиуса R цилиндров r≤10⋅R.A device for measuring the position of the laser spot (Patent RF 2640314, Bull. No. 36, 2017), consisting of a linear photosensitive matrix, a series of optically transparent cylinders adjacent to each other, arranged parallel to the specified matrix, providing a turn of the beam in a line perpendicular to the matrix , while the length of the cylinders l is not less than the height of the matrix h (l≥h), and the distance between them r and the photosensitive matrix depends on the radius R of the cylinders r≤10R.

Недостаток данного устройства заключается в том, что в результате световой поток оказывается «размазанным» по всей длине линии, что ведет к ухудшению соотношения «свет лазера/свет от сторонних источников света», и, следовательно, к необходимости увеличения исходной мощности лазера. Последнее нежелательно, так как возрастает токопотребление аккумуляторов и, соответственно, сокращается ресурс работы прибора в автономном режиме. Кроме того, наличие отдельных светорассеивающих (разворачивающих в линию) цилиндров ведет к нестабильности показаний на разных участках по длине матрицы.The disadvantage of this device is that as a result, the luminous flux is “smeared” along the entire length of the line, which leads to a deterioration of the ratio “laser light / light from third-party light sources”, and, consequently, the need to increase the initial laser power. The latter is undesirable, since the current consumption of batteries increases and, consequently, the life of the device in offline mode is reduced. In addition, the presence of separate light-scattering (unfolding in-line) cylinders leads to instability of readings at different sites along the length of the matrix.

Задачей изобретения является повышение надежности определения положения лазерного пятна линейной матрицей без повышения мощности излучения лазера и расширение области его применения.The objective of the invention is to improve the reliability of determining the position of the laser spot by a linear matrix without increasing the laser radiation power and expanding its scope.

Указанная задача решается тем, что заявляется приемное устройство для измерения положения лазерного луча линейной светочувствительной матрицей в плоскости матрицы, состоящее из линейной светочувствительной матрицы и оптической системы, располагающейся параллельно указанной матрице, обеспечивающей развертку луча в горизонтальную линию. Согласно изобретению оптическая система представляет собой оптически прозрачную собирающую полуцилиндрическую линзу, обеспечивающую фокусировку лазерного луча на светочувствительной матрице, при этом длина цилиндров

Figure 00000001
не меньше высоты матрицы h (
Figure 00000001
≥ h).This problem is solved by claiming a receiving device for measuring the position of a laser beam by a linear photosensitive matrix in the matrix plane, consisting of a linear photosensitive matrix and an optical system parallel to the specified matrix, which provides a horizontal scan of the beam. According to the invention, the optical system is an optically transparent collecting semi-cylindrical lens that provides focusing of the laser beam on the photosensitive matrix, while the length of the cylinders
Figure 00000001
not less than the height of the matrix h (
Figure 00000001
≥ h).

Причем, расстояние r между оптическим центром О полуцилиндрической линзы и светочувствительной матрицей удовлетворяет следующему условию: r = ƒ±z = R /(n-1)±z,Moreover, the distance r between the optical center O of the semi-cylindrical lens and the photosensitive matrix satisfies the following condition: r = ƒ ± z = R / (n-1) ± z,

где ƒ - фокусное расстояние полуцилиндрической линзы,where ƒ is the focal length of the semi-cylindrical lens,

R - радиус полуцилиндрической линзы оптической системы,R is the radius of the semi-cylindrical lens of the optical system,

n - коэффициент преломления оптически прозрачного вещества, из которого изготовлена полуцилиндрическая линза,n is the refractive index of the optically transparent substance from which the semi-cylindrical lens is made,

z - глубина фокуса (Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учеб. пособие: Для вузов. В 5 т. 2-е изд., стереот. - М: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ. 2002. - 784 с.).z - depth of focus (Sivukhin DV. General course of physics. Textbook. For universities. 5 tons. 2nd ed., stereotype. - M: FIZMATLIT; MIPT Publishing House. 2002. - 784 p.) .

В заявляемом устройстве развертка луча в горизонтальную линию производится отдельной оптической системой, входящей в компоновку приемного устройства (линейной матрицы) и представляющей собой полуцилиндрическую собирающую линзу.In the inventive device, the scanning of the beam into a horizontal line is performed by a separate optical system, which is included in the layout of the receiving device (linear matrix) and is a semi-cylindrical collecting lens.

На фиг. 1 представлено устройство для измерения положения лазерного луча, на фиг. 2 показан ход лучей, падающих на полуцилиндрическую собирающую линзу.FIG. 1 shows a device for measuring the position of a laser beam; FIG. 2 shows the course of the rays incident on a semi-cylindrical collecting lens.

Устройство для измерения положения лазерного луча содержит светочувствительную матрицу 1, собирающую линзу 2, представляющую собой оптически прозрачный полуцилиндр.A device for measuring the position of a laser beam contains a photosensitive matrix 1, a collecting lens 2, which is an optically transparent semi-cylinder.

На фиг. 1 показан узконаправленный луч 3, сфокусированный луч 4.FIG. 1 shows a focused beam 3, a focused beam 4.

Устройство работает следующим образом (см. фиг. 2). Сформированный в лазерном источнике узконаправленный луч 3 падает перпендикулярно на оптически прозрачный полуцилиндр 2, фокусирующий луч 4 на линейной светочувствительной матрице.The device works as follows (see Fig. 2). A narrowly directed beam 3 formed in a laser source falls perpendicularly on an optically transparent half-cylinder 2, a focusing beam 4 on a linear photosensitive matrix.

Благодаря этому световой поток, падающий на матрицу, распределяется в фокусе линзы F в пятне диаметром d:Due to this, the luminous flux incident on the matrix is distributed in the focus of the lens F in the spot with a diameter of d:

d=1.27*ƒ*λ/D,d = 1.27 * ƒ * λ / D,

где λ - длина волны лазерного излучения,where λ is the wavelength of the laser radiation,

D - диаметр лазерного луча 3,D is the diameter of the laser beam 3,

что дает распределение мощности луча по существенно меньшей площади s=π*d2/4 (Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. Пер. с польск. / Перевод В.Д. Новикова. Под ред. и с предисл. М.Ф. Бухенского. - М.: Мир, 1980. - 540 с.)which gives the beam power distribution of substantially smaller area s = π * d 2/4 (Kaczmarek, Introduction to Laser Physics. Transl. from Pol. / Translation VD Novikov., Ed. and foreword. MF Buhensky. - M .: Mir, 1980. - 540 p.)

При этом освещенность р (мощность на единицу площади) матрицы обратно пропорциональна площади рассеяния и равна: р=P*S/s=P*(D/d)2,The illumination p (power per unit area) of the matrix is inversely proportional to the area of scattering and is equal to: p = P * S / s = P * (D / d) 2 ,

где Р и S - соответственно, мощность и площадь луча 3,where P and S are, respectively, the power and area of the beam 3,

что достаточно для конкурирования с естественным освещением даже для лазеров мощностью менее 0.5 мВт.enough to compete with natural light, even for lasers with a power of less than 0.5 mW.

Claims (2)

Приемное устройство для измерения положения лазерного луча линейной светочувствительной матрицей в плоскости матрицы, состоящее из линейной светочувствительной матрицы и оптической системы, располагающейся параллельно указанной матрице, обеспечивающей развертку луча в горизонтальную линию, отличающееся тем, что оптическая система представляет собой оптически прозрачную собирающую полуцилиндрическую линзу, обеспечивающую фокусировку лазерного луча на светочувствительной матрице, при этом длина полуцилиндра
Figure 00000002
не меньше высоты матрицы h (
Figure 00000002
≥ h), а расстояние r между оптическим центром полуцилиндрической линзы и светочувствительной матрицей удовлетворяет следующему условию:Receiving device for measuring the position of a laser beam by a linear photosensitive matrix in the plane of the matrix, consisting of a linear photosensitive matrix and an optical system parallel to the specified matrix, providing horizontal scanning of the beam, characterized in that the optical system is an optically transparent collecting semi-cylindrical lens providing focusing the laser beam on the photosensitive matrix, while the length of the half-cylinder
Figure 00000002
not less than the height of the matrix h (
Figure 00000002
≥ h), and the distance r between the optical center of the semi-cylindrical lens and the photosensitive matrix satisfies the following condition: r= ƒ±z = R /(n-1)±z, где ƒ - фокусное расстояние полуцилиндрической линзы, R - радиус полуцилиндрической линзы, n - коэффициент преломления оптически прозрачного вещества, из которого изготовлена полуцилиндрическая линза, z - глубина фокуса. r = ƒ ± z = R / (n-1) ± z, where ƒ is the focal length of the semi-cylindrical lens, R is the radius of the semi-cylindrical lens, n is the refractive index of the optically transparent substance from which the semi-cylindrical lens is made, z is the depth of the focus.
RU2018112744A 2018-04-09 2018-04-09 Laser beam position measuring device RU2687511C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112744A RU2687511C1 (en) 2018-04-09 2018-04-09 Laser beam position measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112744A RU2687511C1 (en) 2018-04-09 2018-04-09 Laser beam position measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2687511C1 true RU2687511C1 (en) 2019-05-14

Family

ID=66578997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018112744A RU2687511C1 (en) 2018-04-09 2018-04-09 Laser beam position measuring device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2687511C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61113290A (en) * 1984-11-08 1986-05-31 Sanyo Electric Co Ltd Linear light source
RU2359224C2 (en) * 2007-08-09 2009-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет геодезии и картографии"(МИИГАиК) Laser unit for measurement of object surfaces separate areas deviations from referent direction
RU2376586C2 (en) * 2005-08-02 2009-12-20 ОуДжи Текнолоджис, Инс. System for imaging elongated bar (versions)
RU2560745C1 (en) * 2014-04-23 2015-08-20 Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" Device for inputting laser radiation into end face of optical element
RU2626969C2 (en) * 2012-01-13 2017-08-02 Кассидиан Тест Энд Сервисиз Optical device, stand for optical testing and method of optical testing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61113290A (en) * 1984-11-08 1986-05-31 Sanyo Electric Co Ltd Linear light source
RU2376586C2 (en) * 2005-08-02 2009-12-20 ОуДжи Текнолоджис, Инс. System for imaging elongated bar (versions)
RU2359224C2 (en) * 2007-08-09 2009-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет геодезии и картографии"(МИИГАиК) Laser unit for measurement of object surfaces separate areas deviations from referent direction
RU2626969C2 (en) * 2012-01-13 2017-08-02 Кассидиан Тест Энд Сервисиз Optical device, stand for optical testing and method of optical testing
RU2560745C1 (en) * 2014-04-23 2015-08-20 Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" Device for inputting laser radiation into end face of optical element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
McLeod Axicons and their uses
ATE290686T1 (en) MULTIFOCAL HARTMAN PLATE WAVE FRONT SENSOR AND USE OF IT IN A LENS MEASURING DEVICE OR AN ACTIVE OPTICAL REFLECTION TELESCOPE
Luo et al. Long focal-length measurement using divergent beam and two gratings of different periods
Kapany Fiber optics. Part I. Optical properties of certain dielectric cylinders
Saunders Optical fiber profiles using the refracted near-field technique: a comparison with other methods
RU2687511C1 (en) Laser beam position measuring device
Miks et al. Use of diffraction grating for measuring the focal length and distortion of optical systems
Xu et al. Large field distributed aperture laser semiactive angle measurement system design with imaging fiber bundles
Mejía Improvement in the measurement of focal length using spot patterns and spherical aberration
Zhang et al. Improved algorithm for expanding the measurement linear range of a four-quadrant detector
Horiuchi et al. Simulation of modulation transfer function using a rendering method
Kingslake A new bench for testing photographic lenses
Antonov et al. Photodetector module of optoelectronic control systems for tracking the moving objects
Messerschmidt et al. Fabrication tolerances and metrology requirements for ion-exchanged micro-optic lenses: What’s good enough?
Kim et al. Alternative method for measuring effective focal length of lenses using the front and back surface reflections from a reference plate
Kasana et al. Use of a grating in a coherent optical-processing configuration for evaluating the refractive index of a lens
Miks et al. Experimental method of determination of parameters of cemented doublet
Chen et al. Experimental ray-tracing with point diffraction interferometry and its application in focal length measurement
CN113092483B (en) Inclined object imaging system based on deep ultraviolet light spot illumination
JPS60247133A (en) Focal-length measuring method of lens by using moire fringe
Kremer et al. Autocollimator for spectroscopy of broad resonances with pulsed lasers
Ichioka et al. Assessment of image quality of optical systems
CN216977794U (en) Confocal measuring lens of wide-angle spectrum
CN210894086U (en) Device for measuring optical nonlinearity of material
CN110727019B (en) Hard X-ray composite refractometer

Legal Events

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

Effective date: 20200410