SU1737264A1 - Фотоэлектрическое автоколлимационное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в оптическом приборостроении. Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и расширение диапазона контролируемых размеров. Осветитель подсвечивает световой знак - щелевую диафрагму , оптически сопр женную с контролируемым объектом через отражательный элемент и фотоприемником. В исходном положении центральна  щелева  диафрагма проецируетс  на линейке приемника в центре (на центральном приемном элементе ). Электронный блок обрабатывает полученные сигналы с ПЗС-линейки и регистрирует положение изображени  диафрагмы на приемнике с высокой точностью .Прирассогласовании контролируемого объекта с оптическим устройством контрол  его положени  происходит пропорциональное смещение изображени  центральной щелевой диафрагмы вдоль линейки ПЗС-фотоприемника, которое при определенной величине рассогласовани  будет превышать геометрическую длину линейки. Но в момент выхода изображени  центральной щелевой диафрагмы за пределы светочувствительной линейки ПЗС-приемника на другом ее конце по витс  изображение первой дополнительной щелевой диафрагмы. 1 ил. сл с

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в оптическом приборостроении.

Известны оптико-электронные датчики линейного и углового контрол , такие как фотоэлектрические устройства дл  бесконтактного контрол  линейного или углового положени  объектов, в которых световой знак (марка, щелева  диафрагма) сопр гаетс  посредством оптических элементов с отражательным зеркалом, помещенным на подвижном объекте, положение которого необходимо контролировать фотоприемником . Так, известно автоколлимационное устройство , содержащее оптическую автоколлимационную систему с коллимирующим объективом, световым знаком и приемником. Световой знак в виде щелевой диафрагмы последовательно проектируетс  на контролируемый объект (плоское зеркало, установленное на последнем) и фотоприемник. При рассогласовании между визирной осью кол- лимирующего объектива автоколлимирую- щей системы и контролируемым объектом угловое перемещение объекта преобразуетс  в линейное перемещение изображени  светового знака в плоскости фотоприемника .

х|

СА

ч

ю ь

Недостатками устройства  вл ютс  ограниченна  площадка фотоприемника, что приводит к уменьшению пределов контролируемых параметров, пониженна  чувствительность из-за однощелевой системы светового знака.

Известен автоколлиматор АФ-1Ц, в котором марка-щель выполнена в виде двух прозрачных крестов и проектируетс  оптической системой на отражатель, предназначенный дл  размещени  на объекте, и фотоприемник.

Измерение угла рассогласовани  между визирной осью автоколлиматора, соответствующего объектива и контролируемым объектом, т. е. отражателем, в таких устройствах осуществл етс  методом компенсации с помощью электромеханической след щей системы. Постепенный износ подвижных элементов след щей системы, погрешности , вносимые при их изготовлении, нелинейность воспроизведени  компенсатором передаточной функции и невысокое быстродействие снижают точность измер емой величины и чувствительность. Из-за однощелевой системы и ограничени  размеров площадки приемника уменьшаетс  диапазон контролируемых размеров.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и расширение диапазона контролируемых размеров.

Цель достигаетс  тем, что в фотоэлектрическом автоколлимационном устройстве, содержащем осветитель, оптический блок с приемником излучени  и отражатель, предназначенный дл  размещени  на объекте, оптический блок выполнен в виде конденс - ора, плоского зеркала, установленного под углом 45 ° коптической оси, отражательной призмы с щелевой диафрагмой, ориентированной таким образом, что ее гипотенузна  грань параллельна отражательной поверхности плоского зеркала, и последовательно расположенных со смещением относительно оптической оси между отражательной призмой и отражателем кольцевого зеркала , плоского зеркала и объектива, второго объектива, расположенного в ходе излучени , отраженного от отражател , со смещением в сторону, противоположную смещению первого объектива, и системы в виде двух плоских зеркал и приемника излучени  в виде ПЗС фотоприемника, блока опроса, вход которого св зан с выходом фотоприемника , и микропроцессора, вход которого св зан с блоком опроса, выход - с входом механизма поворота отражател , а щелева  диафрагма выполнена в виде набора щелевых диафрагм, расположенных по обе стороны от центральной щелевой диафрагмы с шагом, равным отношению длины чувствительной площадки приемника к увеличению второго объектива.

Фотоэлектрические автоколлимационное устройство представлено на чертеже.

Автоколлимационное устройство содержит лампу 1 осветител  и оптический блок, включающий конденсор 2, плоское зеркало 3, установленное под углом 45° к оптиче0 скойоси, отражательную призму 4, ориентированную таким образом, что ее гипотенузна  грань параллельна отражательной поверхности плоского зеркала, на выходной грани ее помещена щелева  ди5 афрагма 5. Затем последовательно установ- лены со смещением относительно оптической оси первый объектив 6, между ним и отражательной призмой 4 соосно объективу 6 расположены кольцевое 7 и пло0 ское 8 зеркала, отражатель 9, закрепленный на объекте 10, второй объектив 11, размещенный со смещением в сторону, противоположную смещению первого объектива 6 и системы плоских зеркал 12 и 13, фотоприем5 ник излучени  14, выполненный в виде линейки приемных элементов ПЗС. Щелева  диафрагма 5 выполнена в виде р да щелей 15, 16, расположенных по обе стороны от центральной щели 5, имеющей ширину Ь.

0 Отражатель 9, предназначенный дл  размещени  на объекте 10, имеет механизм поворота 17, вход которого подключен к блоку включени  18 (блоку опроса) через электронный блок 19 (микропроцессор), т. е. вход

5 последнего св зан с выходом блока опроса 18, а выход - с входом механизма поворота 17 отражател  9. Выход фотоприемника ПЗС 14 св зан с входом блока опроса 18. Блок опроса 18 выполн ет ф у н к 0 ции управлени  режимом работы фотоприемника 14, задает алгоритм формировани  зар дового пакета, управл ет временем его накоплени  и считывани , формирует сигналы, синхрони5 зирующие работу приемника 14 и микропроцессора 19, в частности фильтрацию, усиление. Блок микропроцессора 19 осуществл ет преобразование импульсов зар дного пакета ПЗС приемника, поступающих

0 с выхода блока опроса 18, из аналоговой формы в цифровую, его запоминание и дальнейшую обработку в соответствии с алгоритмом вычислени . Алгоритм работы микропроцессора 19 определ етс  про5 граммой, занесенной в пам ть устройства, и может быть изменен в соответствии с услови ми эксплуатации. Алгоритм работы микропроцессора 19 предусматривает выделение информации о наличии на ПЗС полезного сигнала, проводит его

классификацию, вычисление координаты светового знака и всех необходимых параметров , формирует управл ющий сигнал дл  управлени  механизмом поворота 17 отражател  9.

Шаг между центрами щелевых диафрагм 5, 15, 16, имеющих разную ширину, на величинуЗид, был вз т из частного отношени  длины линейки приемника 14 кувеличе- нию второго объектива 11. Щелева  диафрагма 5 размещена в фокальной плоскости первого объектива 6. Число дополнительных диафрагм 15, 16 определ етс  увеличением оптической системы и пределами контролируемых параметров. Кольце- вое 7 и плоское 8 зеркала увеличивают базу, т. е. фокус первого (коллимирующего) объектива 6, и этим позвол ют повысить чувствительность устройства и точность контрол .

Осветитель лампой 1 и конденсором 2 подсвечивает световой знак - щелевую диафрагму 5, Световые лучи, отразившись от плоского зеркала 3 и от гипотенузной грани отражательной призмы 4, попадают на выходную грань этой призмы 4 и далее на плоское зеркало 7, отражаютс  от него, падают на кольцевое зеркало 8 и попадают на первый объектив 6, Параллельный пучок лучей , выход  из последнего, отражаетс  от отражател  9 и попадает на второй объектив 11 и через систему плоских зеркал 12, 13 на приемник 14 с определенным увеличением. В исходном положении центральна  щелева  диафрагма 5 проецируетс  на линейку приемника 14 в центре (на центральный приемный элемент). Микропроцессор 19 обрабатывает полученные сигналы с ПЗС линейки и регистрирует положение изображени  диафрагмы 5 на приемнике 14 с высокой точностью. При смещении объек- та 10 и, следовательно, отражател  9, т. е. рассогласовании контролируемого объекта 10 происходит пропорциональное смещение изображени  центральной щели 5 вдоль линейки ПЗС приемника 14, которое при определенной величине рассогласовани  будет превышать геометрическую длину линейки приемника 14. Но в момент выхода изображени  центральной щелевой диафрагмы 5 за пределы светочувствитель- ной линейки ПЗС приемника 14 на другом ее конце по вл етс  изображение дополнительной щелевой диафрагмы. В зависимости от направлени  поворота отражател  9 это будет либо щель 15, либо щель 16. При дальнейшем рассогласовании объекта 10, а следовательно, отражател  9 по приемнику

Claims (1)

14 будет перемещатьс  уже изображение дополнительной щелевой диафрагмы, что и зарегистрируют блок опроса 18 и микропроцессор 19, будет проведено измерение рассто ни  между дополнительной и центральной диафрагмой 5, сравнение ширины обеих диафрагм 5 и 15, 16 и выдача результата на цифровой выход микропроцессора 19. В результате обработки сигнала будет дана команда на механизм поворота 17 отражател  9, который приведет его в исходное положение. Если за пределы линейки приемника 14 выйдет изображение дополнительной диафрагмы, то по витс  изображение второй дополнительной диафрагмы из этого р да. Все это повышает чувствительность устройства на 30%, а пределы контролируемого параметра смещени  отражател  (объекта) - в два раза. Формула изобретени  Фотоэлектрическое автоколлимационное устройство, содержащее ос-ветитель, оптический блок, отражатель, предназначенный дл  размещени  на объекте, и приемник излучени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности и расширени  диапазона контролируемых размеров, оптический блок выполнен в виде конденсора и последовательно расположенных плоского зеркала, установленного под углом 45° к оптической оси, отражательной призмы с диафрагмой, ориентированной так, что ее гипотенузна  грань параллельна отражательной поверхности плоского зеркала, и последовательно расположенных со смещением относительно оптической оси между отражательной призмой и отражателем кольцевого зеркала , плоского зеркала и объектива, второго объектива, расположенного в ходе излучени , отраженного от отражател , со смещением в сторону, противоположную смещению первого объектива, и системы в виде двух плоских зеркал, приемник излучени  выполнен в виде ПЗС-фотоприемника, диафрагма выполнена в виде набора щелевых диафрагм, расположенных по обе стороны от центральной щелевой диафрагмы с шагом, равным отношению длины чувствительной площадки приемника к увеличению второго объектива, а устройство снабжено блоком обработки информации, выполненным в виде блока опроса, вход которого св зан с выходом фотоприемника, микропроцессора , вход которого св зан с блоком опроса, выход - с входом механизма поворота отражател .

1Ю