SU1728653A1 - Отражательна система оптико-электронного устройства дл измерени угла скручивани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области контрольно-измерительной техники, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенных дл  контрол  углов поворота объекта вокруг заданной оси. Цель изобретени  - повышение точности. Параллельный пучок лучей, сформированный объективом автоколлиматора (на чертеже не показан) проходит ана- морфозную систему 2, установленную на половине входного зрачка световозвращател  - стекл нного тетраэдра 1. При этом пучок измен ет угол расходимости в плоскости действи  анаморфозы, совпадающей с плоскостью главного сечени  клиньев ана- морфозной системы. После отражени  от световозвращател  пучок отражаетс  пр мым двугранным зеркалом 3, установленным на второй половине входного зрачка световозвращател . 3 ил. сл с

Description

Фиг.З

VI

ю

00

о сл со

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике, а именно к отражательным элементам оптико-электронных систем, предназначенным дл  контрол  углов поворота объекта вокруг заданной оси (скручивани ) и использующим дл  измерени   вление анаморфозы.

Известна отражательна  система, состо ща  из трипель-призменного отражател  с пр мыми двугранными углами между отражающими гран ми, возвращающего отраженный пучок в направлении,противоположном и параллельном направлению падающего пучка, и оптического клина, расположенного перед отражателем, перекрывающего половину рабочей апертуры отражател .

Недостатком данной системы  вл етс  вызываемое клином отклонение выход щего из отражател  пучка лучей по отношению к падающему, что ограничивает дистанцию между базовым и контролируемым объектами и диапазон измер емых углов, поскольку при изменении дистанции выход щий пучок лучей виньетируетс  оправой объектива приемной части. Кроме того, конструкци  предполагает использование двух фотоприемников в составе автоколлиматора, что усложн ет схему фотоприемного устройства. Кроме того, мерой угла скручиванию  вл етс  величина смещени  энергетического центра изображени  марки по позиционно- чувствительному фотоприемнику, что определ ет значительную погрешность измерени  вследствие неоднородности чувствительности по площади приемника и нестабильности параметров фотоприемника во времени.

Известна отражательна  система автоколлимационного устройства, представл юща  собой световозвращатель, углы между гран ми которого равны 90°, и установленную перед ним по ходу луча на половине его входного зрачка телескопическую анаморфозную систему из двух идентичных оптических клиньев, скрепленную с отражателем, при этом перва  по ходу луча преломл юща  грань первого клина перпендикул рна оптической оси отражател , а величина преломл ющего угла в каждого клина и угол 01,2 между второй преломл ющей гранью первого клина и первой прелом- л ющей гранью второго клина определ ютс  выражением

(9 arcsln v А„

(

п -: 012 aresin(n.sin© Arr -1

.где п - показатель преломлени  стекла клиньев:

10

15

20

А - коэффициент анаморфозы системы клиньев.

Недостатком известной системы  вл етс  мала  дл  большинства практических задач точность измерени  угла скручивани . Дл  данной системы она определ етс  величиной коэффициента А, котора  как показывает анализ литературных источников, не превосходит 1,8-2, что недостаточно дл  построени  высокоточной углоизмеритель- ной системы.

Цель изобретени  - увеличение точности измерени  угла скручивани  за счет увеличени  чувствительности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что на второй половине исходного зрачка световозвращател  установлено скрепленное с ним двугранное зеркало с пр мым углом между отражающими плоскост ми таким образом, что ребро двугранного зеркала составл ет угол ас главным сечением оптическихклиньев ,составл ющих телескопическую анаморфозную систему.

На фиг. 1 показан вид диафрагмы марки 25 а и вид изображени  марки б, в; на фиг.2 - графики зависимостей ) дл  предлагаемой отражательной системы и прототипа; на фиг.З - схема отражательной системы.

Эффект увеличени  чувствительности, а следовательно, и точности измерени  путем установки перед, световозвращателем двугранного зеркала наблюдаетс  при любых значени х угла а, кроме а т -90, где m - 0,1,2.. Если предположить, что ребро двугранного зеркала совпадает с плоскостью действи  анаморфозы системы клиньев или перпендикул рно ей, то уменьшенное (или увеличенное) в А раз изображение марки, образующеес  после прохождени  пучком анаморфозной системы в пр мом ходе, не претерпевает изменений в пространстве после отражени  зеркалом и после прохождени  в обратном ходе анаморфозной системы , увеличившись (или уменьшившись) в 45 А раз, приобретает вид исходной марки. В этом случае отсутствует изменение формы изображени  и устройство непригодно дл  определени  угла скручивани  р . При любых других значени х а изображение марки , получившеес  после двукратного прохождени  анаморфозной системы, не имеет исходный вид. Полученное изменение формы изображени  позвол ет измерить угол поворота (р. При (фиг.1б,в), изображение марки, полученное после прохождени  анаморфозной системы, поворачиваетс  зеркалом при отражении на 90°, благодар  чему достигаетс  максимальное искажение формы изображени  марки,

30

35

40

50

55

Рассмотрим схему предлагаемой отражательной системы (фиг.З), котора  включает в себ  световозвращатель 1, установленную перед ним на половине его входного зрачка телескопическую анамор- фозную систему 2 и перекрывающее вторую половину входного зрачка световозвращател  двугранное зеркало 3, ребро которого образует угол ас плоскостью действи  анаморфозы системы 2..

Отражательна  система работает следующим образом.

Параллельный пучок лучей, сформированный обьекти.вом автоколлиматора (не показан), проходит анаморфозную систему 2, установленную на половине входного зрачка световозвращател  - стекл нного тетраэдра 1. При этом пучок измен ет угол расходимости в плоскости действи  анаморфозы , совпадающей с плоскостью главного сечени  клиньев анаморфозной системы. После отражени  от световозвращател  пучок отражаетс  пр мым двугранным зеркалом 3, установленным на второй половине входного зрачка световозвращател .

Наибольший трансформирующий эффект достигаетс , когда ребро зеркала составл ет угол 45° с плоскостью дейстйи  анаморфозы, при этом плоскость пучка с измененным углом расходимости повернетс  на 90° (ортогонально плоскости действи  анаморфозы). Затем пучок повторно отражаетс  от световозвращател  и вновь проходит анаморфозную систему, При этом также мен етс  угол расходимости пумка в плоскости действи  анаморфозы. Однако вследствие отражени  от двугранного зеркала второе изменение угла расходимости пучка происходит в плоскости, ортогональной плоскости изменени  расходимости после первого прохождени  анаморфозной системы.

В результате пучок претерпевает существенное трансформирование, что определ ет увеличение суммарного коэффициента анаморфозы. Это определ ет высокую чувствительность к углу скручивани  углоиз- мерительной системы, использующей рассмотренную отражательную систему.

Дл  интервала 26,5; 63,5° статистическа  характеристика угломера, использующего рассмотренную систему близка к линейной и определ етс  выражением

(р 0,5 arccos --2 ./ Y-X,

I Т /л

где X и Y - размеры изображени  марки по ос м ОХ и OY соответственно (фиг. 1 в);

А - коэффициент анаморфозы призмен- 5 ной анаморфозной системы.

Зависимость t} - f((p) при А 2 дл  разработанной отражательной системы приведена на фиг.2 (график 1).

Чувствительность дл  участка ,5, 0 63,5° определ етс  выражением-,

...г,.

Чувствительность прототипа при использовании в качестве информативного параметра значени 

r Y-xf(A- 1 -cos2 p определ етс  выражением

||-2-(A-1)sln2p.

5

0

d p

Сравнива  эти выражени , имеют увеличение чувствительности при использовании предлагаемого отражател  в

-г-ултт раз. Например, при А 2 чувстви5 А (Л - 1J

тельность повышаетс  в 2,5 раза (фиг.2).

Таким образом, предлагаема  отражательна  система обладает более высокой чувствительностью и, Следовательно, точноо стью по сравнению с прототипом. При этом сохран етс  возможность ее использовани  при изменении дистанции до контролируемого объекта.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   5 Отражательна  система оптико-электронного устройства дл  измерени  угла скручивани  объекта, содержаща  призмен- ный световозвращатель в виде стекл нного тетраэдра и скрепленную с ним телескопиQ ческую анаморфозную систему в виде двух последовательно расположенных оптических клиньев, ориентированных в противоположные стороны, один из которых ориентирован к оптической оси, установ5 ленную на одной половине входного зрачка призменного световозвращател , о т л и ч а- ю щ а   с   тем, что, с целью повышени  точности, она снабжена двугранным зеркалом с пр мым углом между отражающими

   0 плоскост ми, установленным во второй половине входного зрачка призменного свето- возвращател  и ориентированным относительно главного сечени  телескопи- . ческой анаморфозной системы так, что ре5 бро двугранного зеркала составл ет угол а m 90°, где m 0,1,2 и т.д., с ним.

   Фиг.1

   Фиг. I