×
10.05.2018
218.016.465e

ТРЁХКООРДИНАТНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОКОЛЛИМАТОР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002650432
Дата охранного документа
13.04.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Автоколлиматор содержит отражающий элемент, установленный на объект контроля, фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий источник излучения, светоделительную пластину, объектив, матричный фотоприемник (МФП), на который проектируются три изображения установленной в фокальной плоскости объектива круглой диафрагмы, получаемые после отражения от отражающего элемента светового пучка, и блок управления с вычислительным устройством, входы которого связаны с выходами МФП. Отражающий элемент состоит из зеркала и прямоугольной призмы, ребро двугранного угла которой перпендикулярно нормали к отражающей поверхности зеркала. Световой пучок из автоколлиматора разделяется светоделительным кубиком на два пучка, направленные к зеркалу и к прямоугольной призме. Светоделительный кубик установлен на поплавке, сохраняющем положение нормали к светоделительной грани кубика в горизонтальной плоскости. Блок управления с вычислительным устройством с помощью шторок, установленных перед зеркалом и прямоугольной призмой, обеспечивает попеременное попадание отраженных от зеркала и прямоугольной призмы световых пучков в объектив. Технический результат - повышение коэффициента передачи по углу скручивания и обеспечение углового контроля положения объекта при его перемещении вдоль оптической оси автоколлиматора без перенастройки схемы контроля. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к оптическому и оптико-электронному приборостроению и может быть использовано для определения изменений пространственного углового положения крупногабаритных объектов относительно некоторой базы в различных отраслях промышленности. Кроме того, предлагаемое устройство найдет применение для измерения отклонений от прямолинейности перемещения частей станков, контрольно-измерительных машин и др.

Износ направляющих приводит к снижению точности обработки и точности измерений. Так, например, для станков нормальной точности предельный износ на длине 1000 мм составляет 0,1-0,2 мм (что соответствует 20-40 угловым секундам), а для прецизионного оборудования в несколько раз меньше.

Для решения задач, связанных с угловыми измерениями, широко используются двухкоординатные автоколлиматоры [1, 2 и 3].

Но эти системы позволяют контролировать положение объекта только относительно двух осей.

Для одновременного измерения углов поворота контролируемого объекта вокруг трех осей, как правило, применяются автоколлимационные фотоэлектрические системы, использующие тетраэдрические отражатели [4, 5].

Основным недостатком этих систем является сложность оптической системы и, как правило, низкий коэффициент передачи по каналу скручивания. Кроме того, эти системы не могут контролировать перемещающиеся объекты, т.к. требуют сложной перенастройки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является трехкоординатный цифровой автоколлиматор [6], требующий незначительной перенастройки.

Этот трехкоординатный цифровой автоколлиматор имеет в своем составе собственно автоколлиматор, содержащий источник излучения, светоделительную пластину, объектив и матричный фотоприемник (МФП), на который проектируется три изображения источника излучения, получаемые после отражения от установленного на объекте контроля тетраэдрического отражателя. С помощью вычислительного блока, входы которого связаны с выходами МФП, происходит программная обработка данных.

К недостаткам данного трехкоординатного цифрового автоколлиматора следует отнести:

- необходимость перенастройки плоского зеркала, установленного в передней главной плоскости объектива автоколлиматора, при изменении дистанций измерений;

- низкий коэффициент передачи по углу скручивания (0,23).

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение коэффициента передачи по углу скручивания и обеспечение возможности углового контроля положения объекта при его перемещении вдоль оптической оси автоколлиматора без перенастройки схемы контроля.

Для решения поставленной задачи предлагается трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор, который, как и прототип, содержит отражающий элемент, установленный на объект контроля, фотоэлектрический автоколлиматор, в состав которого входит источник излучения, светоделительная пластина, объектив, матричный фотоприемник, на который проектируются три изображения установленной в фокальной плоскости объектива круглой диафрагмы, получаемые после отражения от отражающего элемента светового пучка, выходящего из объектива фотоэлектрического автоколлиматора, и блок управления с вычислительным устройством, входы которого связаны с выходами МФП.

В отличие от прототипа, отражающий элемент состоит из зеркала и прямоугольной призмы, ребро двугранного угла которой перпендикулярно нормали к отражающей поверхности зеркала, а световой пучок, идущий из фотоэлектрического автоколлиматора разделяется светоделительным кубиком на два световых пучка, один из которых направлен к зеркалу, а второй к прямоугольной призме, при этом светоделительный кубик установлен на поплавке, сохраняющем положение нормали к светоделительной грани кубика в горизонтальной плоскости (в плоскости ХОУ) при любых наклонах объекта контроля, а блок управления с вычислительным устройством с помощью шторок, установленных перед зеркалом и прямоугольной призмой, обеспечивает попеременное попадание отраженных от зеркала и прямоугольной призмы световых пучков на объектив фотоэлектрического автоколлиматора.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в конструктивном решении отражающего элемента, что позволяет получить простую оптическую схему и, самое главное, одинаковый высокий коэффициент передачи утла поворота объекта контроля вокруг трех осей координат, равный двум.

Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет контролировать поведение объекта контроля при его перемещении вдоль оптической оси фотоэлектрического автоколлиматора (ось ОУ) без какой-либо перенастройки оптической схемы устройства.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков предлагаемого трехкоординатного фотоэлектрического автоколлиматора позволяет решить поставленную задачу.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 и фиг. 2 представлена общая оптическая схема устройства, а на фиг. 3 - разрез по А-А отражателя, устанавливаемого на объект контроля.

Трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор состоит из собственно фотоэлектрического автоколлиматора 1, блока управления с вычислительным устройством 2 и корпуса 3, жестко закрепленного на объекте контроля 4, с установленными на нем отражающими элементами.

В состав фотоэлектрического автоколлиматора 1 входят источник излучения 5, конденсор 6, диафрагма 7, представляющая собой круг диаметром 0,2-0,5 мм, полупрозрачная пластина 8, объектив 9 и МФП 10.

На корпусе 3 жестко закреплены кронштейн 11 с установленным на нем зеркалом 12 и кронштейн 13 с установленной на нем прямоугольной призмой 14.

При этом ребро 15 прямоугольной призмы 14 перпендикулярно нормали к зеркалу 12. Перед зеркалом 12 установлена поворачивающаяся шторка 16, а перед прямоугольной призмой 14 - поворачивающаяся шторка 17.

Кроме того, внутри корпуса 3 залита жидкость 18, и в ней расположен поплавок 19, на который установлен светоделительный кубик 20 таким образом, что нормаль к светоделительной грани 21 светоделительного кубика 20 расположена в горизонтальной плоскости (плоскости ХОУ).

При наклонах объекта контроля 4 вокруг осей ОХ и ОУ поплавок 19 будет сохранять свое положение в пространстве неизменным, и только при повороте объекта контроля 4 вокруг оси OZ поплавок 19 будет поворачиваться на тот же угол, что и объект контроля 4, благодаря наличию ограничителей 22.

Центр масс поплавка 19 находится внутри шара 23, что обеспечивает его высокую устойчивость.

Работа трехкоординатного фотоэлектрического автоколлиматора осуществляется следующим образом.

Источник излучения 5 с помощью конденсора 6 проектируется в плоскость диафрагмы 7, представляющей собой круг диаметром 0,2-0,5 мм.

Диафрагма 7 находится в фокальной плоскости объектива 9. С помощью полупрозрачной пластины 8 излучение направляется к объективу 9. После объектива 9 параллельный световой пучок направляется на светоделительный кубик 20. Часть светового пучка, пройдя светоделительный кубик 20 насквозь, направляется к зеркалу 12, а часть светового пучка, отраженная светоделительной гранью 21 светоделительного кубика 20, направляется на прямоугольную призму 14.

По команде с блока управления с вычислительным устройством 2 поочередно открываются шторки 16 и 17, установленные соответственно перед зеркалом 12 и перед прямоугольной призмой 14.

Отраженный от зеркала 12 световой пучок вновь проходит светоделительный кубик 20 и попадает в объектив 9 фотоэлектрического автоколлиматора 1. Пройдя полупрозрачную пластину 8, световой пучок фокусируется на матричном фотоприемнике (МФП) 10.

В блоке управления с вычислительным устройством 2 информация обрабатывается и определяются углы поворота зеркала 12 αох и αoz (а следовательно, и объекта контроля 4) вокруг осей ОХ и OZ соответственно.

где Δ1 - смещение от исходного положения изображения круглой диафрагмы 7 на МФП 10 вдоль оси Z1, а ƒоб - фокусное расстояние объектива 9.

где Δ2 - смещение от исходного положения изображения круглой диафрагмы 7 на МФП 10 вдоль оси Х1.

Необходимо отметить, что в исходном положении ребро 15 прямоугольной призмы 14 совпадает по направлению с осью OZ.

При повороте объекта контроля 4 вокруг осей ОХ и OZ оно благодаря наличия поплавка 19 остается перпендикулярным оси отраженного от светоделительной грани 21 светоделительного кубика 20 светового пучка, идущего из фотоэлектрического автоколлиматора 1. Поэтому только при наклоне ребра 15 прямоугольной призмы 14 вокруг оси ОУ (синхронно с объектом контроля 4), отраженный от нее световой пучок изменит свое направление.

При открытой шторке 17 и закрытой шторке 16 отраженный от прямоугольной призмы 14 световой пучок, отражаясь от светоделительной грани 21 светоделительного кубика 20, направляется в объектив 9 фотоэлектрического автоколлиматора 1 и затем фокусируется на МФП 10.

В блоке управления с вычислительным устройством 2 информация с МФП 10 обрабатывается и определяется угол поворота αоу прямоугольной призмы 14 (а следовательно, и объекта контроля 4) вокруг оси ОУ.

где Δ3 - смещение от исходного положения изображения круглой диафрагмы 7 на МФП 10 вдоль оси Z1.

Таким образом, предлагаемый трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор обеспечивает одинаковый коэффициент передачи по углу поворота вокруг трех осей ОХ, ОУ, OZ, равный двум.

Кроме того, он обеспечивает работу с перемещаемыми вдоль оптической оси фотоэлектрического автоколлиматора 1 объектами контроля 4 без какой-либо перенастройки.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2437058, МПК: G01В 9/00, 2011 г.

2. Патент РФ №2408840, МПК: G01В 11/26, 2011 г.

3. Патент РФ №2535526, МПК: G01В 9/00, 2014 г.

4. Коняхин И.А., Панков Э.Д. Трехкоординатные оптические и оптико-электронные угломеры. Справочник, М.: Недра, 1991 г., с. 211, 212, 213 (РФ).

5. США, патент №4721386, МПК: G01В 11/26, 1988 г.

6. Коняхин И.А., Тургалиева Т.В. Трехкоординатный цифровой автоколлиматор. Оптический журнал, 80, 12, 2013 г. (РФ) - прототип.

Трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий отражающий элемент, установленный на объект контроля, фотоэлектрический автоколлиматор, в состав которого входят источник излучения, светоделительная пластина, объектив, матричный фотоприемник (МФП), на который проектируются три изображения установленной в фокальной плоскости объектива круглой диафрагмы, получаемые после отражения от отражающего элемента светового пучка, выходящего из объектива фотоэлектрического автоколлиматора, и блок управления с вычислительным устройством, входы которого связаны с выходами МФП, отличающийся тем, что отражающий элемент состоит из зеркала и прямоугольной призмы, ребро двугранного угла которой перпендикулярно нормали к отражающей поверхности зеркала, а световой пучок, идущий из фотоэлектрического автоколлиматора, разделяется светоделительным кубиком на два световых пучка, один из которых направлен к зеркалу, а второй - к прямоугольной призме, при этом светоделительный кубик установлен на поплавке, сохраняющем положение нормали к светоделительной грани кубика в горизонтальной плоскости (в плоскости ХОУ) при любых наклонах объекта контроля, а блок управления с вычислительным устройством с помощью шторок, установленных перед зеркалом и прямоугольной призмой, обеспечивает попеременное попадание отраженных от зеркала и прямоугольной призмы световых пучков на объектив фотоэлектрического автоколлиматора.
ТРЁХКООРДИНАТНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОКОЛЛИМАТОР
ТРЁХКООРДИНАТНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОКОЛЛИМАТОР
ТРЁХКООРДИНАТНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОКОЛЛИМАТОР
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-7 из 7.
25.08.2017
№217.015.97f6

Система контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ

Система контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ содержит крупногабаритную платформу, с закрепленными на ней базовым контрольным элементом и двумя контрольными элементами, представляющими собой призмы с аттестованными между собой зеркальными гранями и размещенными в вершинах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002609443
Дата охранного документа: 01.02.2017
25.08.2017
№217.015.b804

Способ изготовления дифракционной решетки

Способ изготовления дифракционной решетки включает в себя вакуумное нанесение алюминиевого покрытия и формирование штрихов треугольного микропрофиля алмазным резцом делительной машины. Дополнительно дифракционную решетку помещают в вакуумную камеру для ионно-лучевого травления, при котором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615020
Дата охранного документа: 03.04.2017
04.04.2018
№218.016.3495

Способ очистки рабочих поверхностей призм при изготовлении оптико-механического модулятора добротности лазера на эффекте нарушения полного внутреннего отражения

Использование: в лазерной технике, где необходима прецизионная очистка оптических поверхностей. Способ очистки рабочих поверхностей призм при изготовлении оптико-механического модулятора добротности лазера на эффекте нарушения полного внутреннего отражения включает погружение призм в водный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646066
Дата охранного документа: 01.03.2018
09.08.2018
№218.016.7929

Система измерения угла скручивания

Изобретение предназначено для определения угла скручивания контролируемого объекта относительно некоторой базы в различных отраслях промышленности, в частности в телескопо- и ракетостроении. Система измерения угла скручивания содержит установленные на блоке контроля контрольный элемент и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663297
Дата охранного документа: 03.08.2018
21.10.2018
№218.016.94b9

Зеркально-линзовый объектив

Зеркально-линзовый объектив содержит установленные последовательно по ходу луча главное вогнутое с центральным отверстием гиперболоидальное зеркало, вторичное выпуклое гиперболоидальное зеркало и линзовую систему с оптической силой ϕ, выполненную из одиночных линзовых компонентов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002670237
Дата охранного документа: 19.10.2018
04.06.2019
№219.017.7360

Способ соединения оптических деталей методом оптического контакта

Изобретение относится к способу соединения оптических деталей методом оптического контакта. Способ соединения оптических деталей включает чистку отполированных поверхностей оптических деталей, подлежащих соединению оптическим контактом, при этом перед соединением оптических деталей их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690244
Дата охранного документа: 31.05.2019
24.10.2019
№219.017.d9f1

Устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода

Предлагаемое изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности, к средствам обработки сигналов фотоприемников. Устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода содержит ИК фотодиод, подключенный к блоку обработки сигнала. Блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002703823
Дата охранного документа: 22.10.2019
Показаны записи 1-10 из 31.
20.06.2013
№216.012.4e0b

Светосильный широкоугольный объектив

Объектив может быть использован в кинотехнике, а именно в киносъемочной и фотоаппаратуре. Объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой. Первый компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, двояковыпуклую линзу, отрицательный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485561
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.51df

Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив

Изобретение может быть использовано для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов. Микрообъектив содержит три компонента. Первый компонент I с оптической силой φ выполнен в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486552
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.10.2013
№216.012.7b0c

Планахроматический кварц-флюоритовый объектив микроскопа малого увеличения

Объектив может быть использован в люминесцентных микроскопах, работающих при больших перепадах температур в проходящем и отраженном свете, в которых возбуждение люминесценции производится глубоким ультрафиолетом (от 250 нм), а наблюдение производится в видимом диапазоне. Объектив содержит три...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497162
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7b0d

Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности. Микрообъектив содержит последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497163
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.12.2013
№216.012.8a26

Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив

Микрообъектив может быть использован для исследования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов. Микрообъектив содержит первый компонент I с оптической силой Ф в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501048
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.06.2014
№216.012.cbef

Планапохроматический объектив

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах, в частности, с целью формирования изображения участка звездного неба на ПЗС-матрице, расположенной в фокальной плоскости объектива. Объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой. Первый компонент состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517978
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.cf64

Оптическая система проекционного бортового индикатора

Оптическая система содержит вогнутое сферическое светоделительное зеркало с радиусом кривизны R, плоское светоделительное зеркало, установленное наклонно к оптической оси, сферический диффузно-рассеивающий экран, проекционный объектив, жидкокристаллический дисплей и конденсор. Проекционный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518863
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.09.2014
№216.012.f6ee

Планапохроматический микрообъектив малого увеличения

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения в большом поле зрения с большим контрастом изображения. Микрообъектив содержит последовательно расположенные четыре компонента. Первый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы. Второй компонент выполнен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529051
Дата охранного документа: 27.09.2014
27.09.2014
№216.012.f6ef

Космический телескоп

Телескоп может быть использован в оптико-электронных космических телескопах для дистанционного зондирования Земли. Телескоп содержит объектив, установленные в фокальной плоскости оптико-электронные приемники изображения и спектрометр, содержащий входную щель, установленную в фокальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529052
Дата охранного документа: 27.09.2014
27.09.2014
№216.012.f6f2

Объектив эндоскопа

Объектив выполнен из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент с оптической силой φ содержит мениск с оптической силой φ, обращенный вогнутой стороной к изображению. Второй компонент с оптической силой φ содержит плосковыпуклую линзу с оптической силой φ и склеенную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529055
Дата охранного документа: 27.09.2014
+ добавить свой РИД