SU1596211A1

SU1596211A1 - Arrangement for measuring distance to object

Info

Publication number: SU1596211A1
Application number: SU884484459A
Authority: SU
Inventors: Петр Алексеевич Санников
Original assignee: Предприятие П/Я М-5120
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1988-09-19
Publication date: 1990-09-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени линейных размеров и перемещени объектов. Цель изобретени - повышение точности за счет увеличени углового смещени пучка лучей при изменении положени контролируемого объекта путем использовани призменного блока. Узкий пучок лучей источника 1 коллимированного излучени направл етс объективом 2 на поверхность контролируемого объекта 8, отражаетс от него и выходит из объектива 2 с угловым отклонением ε относительно оптической оси устройства при смещении контролируемого объекта 8 относительно фокальной плоскости объектива 2. Затем пучок лучей проходит через призменный блок 3, после которого отклон етс на угол γε где ε - угловое увеличение блока 3. Фотоэлектрический преобразователь 4 регистрирует угловое положение пучка лучей. Сигнал с выхода преобразовател 4 поступает на вход блока 5 обработки. Сигнал с выхода блока 5 обработки поступает на вход привода 6 перемещени объектива 2, который обеспечивает перемещение объектива 2 в положение, при котором фокальна плоскость объектива 2 совпадает с поверхностью объекта 8. Индикатор 7 положени показывает рассто ние, на которое перемещаетс объектив 2, т.е. рассто ние до объекта 8. 6 ил.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure linear dimensions and displace objects. The purpose of the invention is to improve accuracy by increasing the angular displacement of the beam of rays when the position of the object to be controlled is changed by using a prism block. The narrow beam of the source of collimated radiation 1 is directed by the lens 2 onto the surface of the object to be monitored 8, reflected from it and leaves the lens 2 with an angular deviation ε relative to the optical axis of the device when the monitored object 8 is displaced relative to the focal plane of the lens 2. Then the beam of rays passes through the prism block 3, after which the deviation is at an angle γε where ε is the angular magnification of block 3. The photoelectric converter 4 records the angular position of the beam of rays. The signal from the output of the Converter 4 is fed to the input of the processing unit 5. The signal from the output of the processing unit 5 is fed to the input of the actuator 6 for moving the lens 2, which moves the lens 2 to a position in which the focal plane of the lens 2 coincides with the surface of the object 8. The position indicator 7 shows the distance that the lens moves 2, t. e. distance to the object 8. 6 Il.

Description

Фаг.1 Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени линейных размеров и перемещени объектов, Целью изобретени вл етс повышение точности за счет увеличени углового смещени пучка лучей при изменении положени контролируемого объекта путем использовани призменного блока На фиг„ 1 представлена функциональ на схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - 4 - варианты выполнени призменного блока; на фиг, 5 и 6 варианты выполнени фотоэлектрического преобразовател . Устройство (фиг 1) содержит источник 1 коллимированного излучени , объектив 2, установленный с возможное тью смещени вдоль оптической оси устройства и оптически св занный с источником 1 коллимированного излучени , призменный блок 3, установленный так, что его входна грань оптически св зана с объективом и перпендикул рна его оптической оси, плоскость главного сечени призменного блока 3 параллельна плоскости, проход щей через оптические оси источника 1 коллимированного излучени и объектива 2, фотоэлектрический преобразователь .4, вход которого оптически св зан с выходной гранью призменного блока 3, а угол между выходной гранью призменного блока и оптической осью фотоэлектрического преобразовател не превышает 5°, блок 5 обработки, вход которого подключен к выходу фотоэлектрического преобразовател 4, привод 6 перемещени объектива 2, вход которого подключен к выходу блока 5 обработки , индикатор 7 положени , св занный с приводом 6 перемещени объектива 2, Контролируемьм объектив 8 размещают вблизи задней фокальной плоскости объектива 2. На фиг. 2 представлено выполнение призменного блока 3 в виде двух скрепленных между собой призм 9 и 10 приватом показатель преломлени п призмы 10 меныче показател преломлени п призмы 9, а угол между первой и второй гран)тми призм1-1 9 должен удовлетвор ть условию arcsin- -2 : л ; arcsin--. i Ti, На фиг, 3 представлено выполнение призменного блока 3 в виде двух приз 11 и 12, последовательно установленiibK с воздушным, промежутком между ннмк, при этом угол ув между первой и второй гран ми призмы 11 должен удовлетвор ть условию. arcsinC-) arcsin(-), п п, На фиг. 4 представлено выполнение призменного блока 3 в виде призмы 13, главное сечение которой представл ет собой параллелограмм, установленный так, что втора и треть ее грани по ходу пучка лучей параллельны оптической оси фотоэлектрического преобразовател 4 и равноотсто т от нее, а между гранью призмы 13, параллельной ее входной грани, установлена шторка 14. На фиг. 5 представлен вариант выполнени устройства, в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде одного координатно-чувствительного блока 15, состо щего из объектива 16 и координатно-чувствительного приемника 17. На фиг. 6 представлен вариант выполнени устройства, в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выг полнен в врще двух координатно-чувсттвительных блоков 15, один из которых оптически св зан с второй по ходу пучка лучей гранью призмы призменного блока 3, а второй - с третьей по хо-. ду пучка лучей гранью призмы призматического блока 3. Дл исключени вли ни дисперсии приэменного блока 3 на результаты измерени источник 1 коллимированного излучени вьтолнен монохроматическим . Предлагаемое устройство может обеспечить измерение рассто ни в небольшом диапазоне при отсутствии привода в перемещени х объектива 2 и индикатора 7, в этом случае сигнал на выходе блока 5 обработки будет пропорционален измер емому рассто нию, Вьтолнение угла л между первой и второй по ходу пучка лучей гран ми призмы призменного блока 3, удовлетвор ющим указанным выше уровн м, обусловлено тем, что угловое увеличение призмы, т.е. отношение изменени углового положени пучка лучей на выходе призмы к изменению углового положени пучка на ее входе будет наибольшим при падении пучкаPhage.1 The invention relates to a measurement technique and can be used to measure linear dimensions and displace objects. The aim of the invention is to improve accuracy by increasing the angular displacement of a beam of rays when changing the position of a monitored object by using a prism block. the proposed device; in fig. 2-4 are embodiments of a prism block; Figures 5 and 6 of embodiments of the photoelectric converter. The device (Fig. 1) contains a source of collimated radiation 1, a lens 2 mounted with possible displacement along the optical axis of the device and optically coupled to a source of collimated radiation 1, a prism unit 3 mounted so that its input face is optically coupled to the lens and perpendicular to its optical axis, the main section plane of the prism unit 3 is parallel to the plane passing through the optical axes of the source 1 of the collimated radiation and the objective 2, the photoelectric converter .4, in One of which is optically connected with the output face of the prism unit 3, and the angle between the output face of the prism unit and the optical axis of the photoelectric converter does not exceed 5 °, the processing unit 5, the input of which is connected to the output of the photoelectric converter 4, the drive 6 of moving the lens 2, whose input connected to the output of the processing unit 5, the position indicator 7 associated with the actuator 6 for moving the lens 2, the Controlled lens 8 is placed near the rear focal plane of the lens 2. In FIG. Figure 2 shows the prism block 3 being made in the form of two prisms 9 and 10 fastened together, the refractive index η of the prism 10 is smaller than the refractive index η of the prism 9, and the angle between the first and second edges of prism1-1 9 must satisfy the condition arcsin- -2 : l; arcsin--. i Ti, Fig. 3, shows the execution of the prism block 3 in the form of two prizes 11 and 12, sequentially installed iB with an air gap between nanometers, and the angle cv between the first and second faces of the prism 11 should satisfy the condition. arcsinC-) arcsin (-), nn, FIG. Figure 4 shows the prism unit 3 being made in the form of a prism 13, the main section of which is a parallelogram, installed so that the second and third of its face along the beam are parallel to the optical axis of the photoelectric converter 4 and equidistant from it, and between the face of the prism 13, parallel to its entrance face, a shutter 14 is installed. FIG. 5 shows an embodiment of the device in which the photoelectric converter 4 is made in the form of a single coordinate-sensitive unit 15 consisting of an objective 16 and a coordinate-sensitive receiver 17. In FIG. 6 shows an embodiment of the device in which the photoelectric converter 4 is detected in the manner of two coordinate-sensing units 15, one of which is optically coupled to the second prism side of the prism unit 3 along the beam path, and the second to the third one. the beam of a beam faces the prism side of a prismatic unit 3. In order to eliminate the influence of the dispersion of the primordial unit 3 on the measurement results, the source 1 of the collimated radiation is monochromatic. The proposed device can provide a measurement of the distance in a small range in the absence of a drive in the movements of the lens 2 and the indicator 7, in this case the signal at the output of the processing unit 5 will be proportional to the distance being measured. The angle l is between the first and the second along the beam prism unit 3, which satisfy the above levels, is due to the fact that the angular increase in the prism, i.e. the ratio of the change in the angular position of the beam at the output of the prism to the change in the angular position of the beam at its entrance will be greatest when the beam is falling

51595159

лучей на вторую гр нь призмы под углом , близким к углу полного внутреннего отражени , т.е. к углу Брюстера Величина в два градуса ойредел ет . диапазон измерени . При выполнении этих условий пучок лучей будет выходить из призмы под углом к ее выходной грани меньше 15.the rays to the second edge of the prism at an angle close to the angle of total internal reflection, i.e. to the corner of Brewster The magnitude of two degrees oipet em. measuring range. When these conditions are met, the beam of rays will emerge from the prism at an angle to its output face less than 15.

Устройство работает следуюп1им образом .The device works in the following way.

Узкий пучок лучей источника 1 коллимированного излучени (фиг. 1) направл етс объективом 2 на поверхность контролируемого объекта 8 и отраженный от поверхности контролируемого объекта 8 выходит из объектива 2 с угловым отклонением от своего первоначального направлени при смещении контролируемого объекта 8 на некоторое рассто ние от фокальной плоскости объектива 2. Далее пучок лучей проходит через призменный блок 3, после которого пучок лучей отклон етс и регистрируетс фотоэлектрическим преобразователем 4. Сигнал с выхода фотоэлектрического преобразовател 4 поступает на входблока 5 обработки..Сигнал с выхода блока 5 обработки.поступает на вход привода 6 перемещени объектива 2, который обеспечивает перемещение объектива 2 в положение , при котором фокальна плоскость объектива 2 совпадает с поверхностью контролируемого объекта 8. Индикатор 7 положени показывает рас- . сто ние, на которое переместитс объектив 2, т.е. рассто ние До контролируемого объекта 8.The narrow beam of the source of collimated radiation 1 (Fig. 1) is directed by lens 2 onto the surface of the test object 8 and reflected from the surface of the test object 8 leaves lens 2 with an angular deviation from its original direction when the test object 8 is displaced by some distance from the focal the objective plane 2. Next, the beam of rays passes through the prism block 3, after which the beam of rays is deflected and recorded by the photoelectric converter 4. The signal from the output of the photoelectric The transducer 4 enters the processing unit's input unit 5. The output signal of the processing unit 5 enters the input of the actuator 6 for moving the lens 2, which moves the lens 2 to a position in which the focal plane of the lens 2 coincides with the surface of the object under monitoring 8. Indicator 7 shows the The position on which lens 2 will move, i.e. distance To monitored object 8.

Вариант выполнени устройства (фиг. 5), в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде одного координатно-чувствительного блока 15, целесообразно использовать при измерении рассто ни до контролируемо го объекта 8 в небольшом диапазоне.An embodiment of the device (Fig. 5), in which the photoelectric converter 4 is made as one coordinate-sensitive unit 15, is advisable to use when measuring the distance to a controlled object 8 in a small range.

Вариант выполнени устройства (фиг. 6), в котором фотоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде двух координатно-чувствительных блоков 15 позвол ет расширить диапазон измерени рассто ний до контролируемого объекта, так как один из координатно-чувствительных блоков 15 регистрирует пучок лучей, преломленный второй по ходу пучка лучей призмы призменного блока 4, и обеспечивает точное определение рассто ни до контролируемого объекта 8, а второй координатно-чувствительный блок 15 регистрирует пучок лучей, отраженный от второй по ходу пучка лучей гранью призмы и обеспечивает грубое определение рассто ни до контролируемого объекта 8, так как в этом случае угловое увеличение призменного блока 3 будет небольшим.An embodiment of the device (Fig. 6), in which the photoelectric converter 4 is made in the form of two coordinate-sensitive blocks 15, allows you to expand the range of measurement of the distance to the object being monitored, since one of the coordinate-sensitive blocks 15 detects a beam of rays refracted by the second the beam path of the prism of the prism block 4, and provides a precise determination of the distance to the object to be monitored 8, and the second coordinate-sensitive block 15 registers a beam of rays reflected from the second the path of the beam of rays by the prism side and provides a rough definition of the distance to the object under control 8, since in this case the angular increase of the prism block 3 will be small.

Выполнение призменного блока 3 в виде двух или более скрепленных между собою призм (фиг. 2) позвол ет повысить угловое увеличение призменного 3 блока. Выполнение призменного блока 3 в виде призмы, главное сечение которой представл ет собой параллелограмм (фиг. 4), позвол ет удвоить угловое увеличение призменного блока 3, так как в этом случае координатночувствительный блок 15 определ ет рассто ние ме оду двум световыми площадками , полученными при падении пучков лучей на координатно-чувствительный приемник 17.The implementation of the prism block 3 in the form of two or more prisms fastened together (FIG. 2) allows an increase in the angular increase of the prism 3 block. The execution of the prism block 3 in the form of a prism, the main section of which is a parallelogram (Fig. 4), doubles the angular increase of the prism block 3, since in this case the coordinate-sensitive block 15 determines the distance between two light plots obtained with the fall of the beam of rays on the coordinate-sensitive receiver 17.

Выполнение призменного блока 3 в виде двух или более (фиг. 3) последовательно установленных призм с ,803душными промежутками между ними позвол ет получить угловое увеличение, при этом возможно вьтолнение фото- . электрического преобразовател в виде нескольких координатно-чу.вствительнык блоков 15, оптически св занных с соответствующими гран ми призм.Performing the prism block 3 in the form of two or more (FIG. 3) sequentially installed prisms with 803 aperture gaps between them allows to obtain an angular increase, with the possibility of photo enhancement. an electrical transducer in the form of several coordinate-chuvvstvitelnyk blocks 15, optically connected with the corresponding faces of the prisms.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую точность измерени за счет использовани промежуточного блока, обеспечивающего увеличение углового смещени пучка лучей, регистрируемое фотоэлектрическим преобразователем, при смещении контролируемого объекта относительно начального положени .Thus, the proposed device provides a higher accuracy of measurement due to the use of an intermediate block, providing an increase in the angular displacement of the beam of rays, detected by the photoelectric converter, when the object under test is displaced relative to the initial position.

Claims

Invention Formula

1, A device for measuring the distance to an object, comprising a source of collimated radiation, a lens mounted for displacement along the optical axis of the device and optically coupled to a source of collimated radiation, a photoelectric converter optically coupled to the lens, a lens movement actuator, a position indicator, associated with a displacement drive, a lens, a processing unit, the input of which is connected to the output of the photovoltaic converter, and the output - to the drive of the remeasurement lens a, characterized in that, in order to improve accuracy, it is equipped with a prism unit, a metered lens and a photoelectric converter so that its input face is optically connected with the objective lens and perpendicular to its optical axis and the output face is optically connected with the photoelectric converter , the main section plane of the prism unit is parallel to the plane passing through the optical axes of the collimated radiation source and lens, and the angle between the output face of the prism unit and the optical the axis of the photoelectric converter does not exceed a predetermined value.

2. A device according to claim 1, characterized in that the prism block is made in the form of two or more attached prisms, the refractive index of the material of each subsequent prism is smaller than the previous one, and the angle n between the first and second faces of the first prism along Beams should satisfy the arcsin-- -2 ft arcsin-- level. and P- are the refractive indices where the material of the first and second prisms are along the beam path.

3. A device according to claim 1, characterized in that the prism block is made in the form of two or more successively installed prisms with an air gap between them, and the angle between the first and second faces of the prisms along the beam path must satisfy the level of arcsin (- -) - 2 arcsinC-), where n is the index of refraction of the first along the beam of rays ... prism.

4. The device according to claim 1, characterized in that the prism block is made in the form of a prism, the main section of which is a parallelogram, set so that the second and third sides of it along the rays are parallel to the optical axis of the photoelectric converter and equidistant from it.

5. The device according to claim 1, characterized in that the photoelectric npeo6pa3OBaTianb is executed in the form of a single coordinate-sensitive unit.

6. The device according to claim 1, characterized in that, in order to extend the measurement range, the photoelectric converter is implemented in the form of two coordinate-sensitive blocks, one of which is optically connected to the last prism face of the second along the beam, and the third along the beam path edge of the last prism.

ten

Zk

7

3

FIG.

L.

In igm

07/725