ГОНИОМЕТР

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения плоских углов между гранями призм, показателя преломления оптических материалов и калибровки различных преобразователей угла.

Известно устройство [1] для измерения углов между гранями призмы, основными элементами которого является кольцевой лазер, установленный на поворотной платформе, интерференционный нуль-индикатор и плата обработки информации в составе ЭВМ. Такое устройство имеет хорошую точность измерения углов, но является довольно дорогим из-за использования в своем составе кольцевого лазера.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является гониометр [2], содержащий поворотную платформу, предназначенную для размещения контролируемого изделия, привод и устройство обработки и отображения информации. После установки контролируемого изделия на поворотную платформу производится его угловая ориентация. По разности значений между отсчетами, снятыми по рабочей мере, определяется величина угла между гранями изделия. Известный гониометр не позволяет измерять угловые величины с высокой точностью, что обусловлено систематической погрешностью лимба, возникающей при его изготовлении.

Задачей, решаемой изобретением, является создание недорогого гониометра, позволяющего производить угловые измерения с высокой точностью.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый гониометр, так же как и известный, содержит поворотную платформу для размещения контролируемого изделия, привод, соединенный с платформой, и устройство обработки и отображения информации. Но, в отличие от известного, в предлагаемый гониометр дополнительно введены фотоэлектрический датчик угла, откалиброванный кольцевым лазером, и нуль-индикатор, установленный с возможностью оптической связи с контролируемым изделием, а привод выполнен с возможностью обеспечения постоянной скорости вращения.

Признаки, изложенные в п.2 формулы изобретения, характеризуют гониометр, в котором устройство обработки и отображения информации выполнено в виде генератора импульсов, вычислителя, дисплея и счетного устройства, выходы которого соединены со входами вычислителя, а соответствующие входы соединены с выходами датчика угла, нуль-индикатора и генератора импульсов, выход вычислителя соединен с дисплеем. Такое выполнение устройства обработки и отображения информации обеспечивает автоматизацию процесса измерений.

Признаки, изложенные в п.3. формулы изобретения, характеризуют вариант исполнения гониометра, в котором счетное устройство выполнено в виде трех счетчиков, первые входы которых соединены с выходом датчика угла, вторые входы первого и третьего счетчиков соединены с выходом генератора импульсов, а второй вход второго и третий вход третьего счетчика соединены с выходом нуль-индикатора. Такое выполнение счетного устройства служит для подсчета целого числа импульсов датчика угла в интервалах, задаваемых импульсами нуль-индикатора, подсчета импульсов генератора импульсов в интервалах между импульсами датчика угла и подсчета импульсов генератора импульсов, сосчитанных счетчиком между импульсом нуль-индикатора и импульсом датчика угла. Это обеспечивает определение дробной части периодов выходного сигнала датчика угла (функция досчета). При изменении алгоритма работы устройства, число счетчиков может быть иным.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема предлагаемого гониометра, а на фиг.2 - временная диаграмма работы устройства.

Гониометр (фиг. 1) состоит из привода 1, обеспечивающего равномерное вращение поворотной платформы 2 и фотоэлектрического датчика угла 3, ротор которого закреплен на валу поворотной платформы. На неподвижном основании установлен нуль-индикатор 4 с возможностью оптической связи с установленным на поворотной платформе контролируемым изделием 10 (например, призмой). Гониометр также включает в себя устройство обработки и отображения информации 5, состоящее из генератора импульсов 6, счетного устройства 7, вычислителя 8 и дисплея 9. Счетное устройство 7 выполнено в виде счетчиков 7.1, 7.2, 7.3.

Выход датчика угла 3 соединен с первыми входами счетчиков 7.1, 7.2 и 7.3. Выход генератора импульсов 6 соединен со вторыми входами счетчика 7.1 и счетчка 7.3. Выход нуль-индикатора 4 соединен со вторым входом счетчика 7.2 и третьим входом счетчика 7.3. Входы счетчиков 7.1, 7.2 и 7.3 являются выходами счетного устройства 7, которые соединены со входами вычислителя 8. Выход вычислителя соединен с дисплеем 9.

Перед началом работы производят калибровку датчика угла. Для этого на поворотную платформу временно ставят кольцевой лазер. При угловом вращении поворотной платформы считают число выходных импульсов кольцевого лазера в интервалах между импульсами датчика угла. По разностям показаний между значением угловой цены деления датчика угла и угловыми значениями, вычисленными по импульсам кольцевого лазера, находят паспортные значения датчика угла, использующиеся в дальнейшем в качестве поправок к результатам измерений. В дальнейших измерениях кольцевой лазер не участвует.

Гониометр работает следующим образом: на поворотную платформу 2 устанавливают контролируемое изделие (например, призму) 10, а на неподвижное основание - нуль-индикатор 4. При подаче питания на привод 1, поворотная платформа 2 совместно с ротором датчика угла 3 приходит во вращение с постоянной скоростью. С выхода нуль-индикатора 4, в момент нормального падения луча нуль-индикатора на грань контролируемого изделия 10, вырабатывается импульс, который подается на второй вход счетчика 7.2 и третий вход счетчика 7.3. Счетчик 7.2 считает числа М (фиг.2) импульсов датчика угла 3 в интервалах, задаваемых импульсами нуль-индикатора 4. Счетчик 7.1 в интервалах между импульсами датчика угла считает числа N1 и N2 импульсов генератора импульсов 6. Счетчик 7.3 считает числа n и m импульсов генератора импульсов между импульсами нуль-индикатора и датчика угла. Далее, с выходов счетного устройства 7 полученные значения поступают на вход вычислителя 8, где преобразуются в угловые параметры с учетом найденных при калибровке датчика угла поправок и отображаются на дисплее 9 в виде значений измеряемых углов.

Использование в качестве датчика угла фотоэлектрического датчика угла, предварительно откалиброванного с помощью кольцевого лазера, позволяет повысить точность угловых измерений (за счет уменьшения систематической погрешности датчика угла) в 20-25 раз для датчика угла с систематической ошибкой ±5", т.е. точность таких измерений приближена к точности лазерного гониометра, но стоимость гониометра при использовании фотоэлектрического датчика угла значительно ниже.

Источники информации
1. 1. Известия ГЭТУ. Сборник научных трудов, вып. 509, СПб., 1997, с. 41.

2. Авторское свидетельство СССР 1495642, кл. G 01 В 9/10.