SU1610274A1

SU1610274A1 - Apparatus for range measuring

Info

Publication number: SU1610274A1
Application number: SU884416262A
Authority: SU
Inventors: Сергей Петрович Терехов; Игорь Михайлович Герасимов; Валентин Игнатьевич Соломатов
Original assignee: Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии
Priority date: 1988-04-29
Filing date: 1988-04-29
Publication date: 1990-11-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении дл высокоточного контрол пр молинейности взаимного положени объектов. Целью изобретени вл етс повышение точности измерений за счет проведени измерений только в моменты сохранени створа. Дл этого в устройство, содержащее источник излучени 4, модул тор 5, площадной фотоприемник 18, створный датчик 2 с фотоприемником 10 и регистратором 15, введены коммутатор 14, соединенный с площадным фотоприемником 18, фазовый детектор 12, подключенный к створному датчику 2 и соединенный через коммутатор 14 с регистратором 15, перед площадным фотоприемником 18 установлен анализатор 17, а в створный датчик 2 введены последовательно установленные перед фотоприемником 10 светоделительный элемент 6, анизотропный клин 7, телескопическа система 8 и анализатор 9. 1 ил.The invention relates to a measuring technique and can be used in mechanical engineering for highly accurate monitoring of the linearity of the relative position of objects. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements by measuring only at the moments when the cross section is saved. To do this, the device containing the radiation source 4, the modulator 5, the areal photodetector 18, the leaf sensor 2 with the photo receiver 10 and the recorder 15, the switch 14 connected to the areal photo detector 18, the phase detector 12 connected to the leaf sensor 2 and connected through a switch 14 with a recorder 15, an analyzer 17 is installed in front of the areal photodetector 18, and a beam-distributing element 6, anisotropic wedge 7, a telescopic system 8 and analysis are inserted into the leading sensor 2 successively installed in front of the photo-receiver 10 Ator 9. 1 Il.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для высокоточного контроля прямолинейности -.взаимного положения объектов и плоскостности протяженных поверхностей.The invention relates to measuring equipment and can be used in mechanical engineering for high-precision control of the straightness of the reciprocal position of objects and flatness of extended surfaces.

.Цель изобретения - повышение точности измерений путем проведения измерений только в моменты сохранения створа.. The purpose of the invention is to increase the accuracy of measurements by taking measurements only at the moments of preservation of the alignment.

На чертеже представлена блок-схема устройства.The drawing shows a block diagram of a device.

Устройство состоит из излучателя 1, устанавливаемого на начальной точке створа (репере), створного датчика 2, устанавливаемого на контрольных точках створа, и фиксатора 3 створа, устанавливаемого на конечной точке створа (репере).The device consists of a radiator 1, installed at the starting point of the alignment (reference), a gate sensor 2, installed at the control points of the alignment, and a latch 3 alignment, installed at the end point of the alignment (reference).

Излучатель 1 содержит лазер 4 (например He-Ne) и модулятор 5, состоящий из ячейки Поккельса, заключенной между фазовыми пластинками ft /4.The emitter 1 contains a laser 4 (for example, He-Ne) and a modulator 5, consisting of a Pockels cell, enclosed between the phase plates ft / 4.

Створный датчик .2 включает в себя оптический делитель 6, анализатор 7, выполненный в виде анизотропного, кварцевого клина, дополненного до плоскопараллельной пластины изотропным стеклянным клином, телескопическую систему 8, поляризатор 9 и фотоприемник 10. Фотоприемник 10 подключен через избирательный усилитель 11 к -одному из входов фазового детектора 12, второй вход которого соединен с одним из выходов генератора 13, другой выход которого соединен с модулятором 5. Выход фазового детектора 12 подключен к одному из входов коммутатора 14 аналоговых сигналов, другой вход которого подключен к фиксатору 3 створа. Выход коммутатора 14 аналоговых сигналов подключен к регистратору 15. Створный датчик 2 снабжен индикатором 16, соединенным с фиксатором 3 створа.The gate sensor .2 includes an optical divider 6, an analyzer 7, made in the form of an anisotropic, quartz wedge, supplemented to a plane-parallel plate by an isotropic glass wedge, a telescopic system 8, a polarizer 9 and a photodetector 10. The photodetector 10 is connected through a selective amplifier 11 to a single from the inputs of the phase detector 12, the second input of which is connected to one of the outputs of the generator 13, the other output of which is connected to the modulator 5. The output of the phase detector 12 is connected to one of the inputs of the switch 14 analog x signals, the other input of which is connected to the latch 3 alignment. The output of the switch 14 of the analog signals is connected to the recorder 15. The gate sensor 2 is equipped with an indicator 16 connected to the clamp 3 of the alignment.

Фиксатор 3 створа состоит из поляризатора 17 и последовательно соединенных датчика 18 положения лазерного пучка, блока 19 вщцеления модуля сигнала и компаратора 20. К вто^: рому .входу компаратора 20 подключен бдок 21 задания порога, а выход блока 20 подключен к входам индикатора 16 И коммутатора 14 аналоговых сигнат лов створного датчика 2.The retainer 3 comprises the alignment of the polarizer 17 and the series-connected position sensor 18 of the laser beam, the block 19 vschtseleniya signal and the comparator module 20. ^Auto: rum .The inputs of the comparator 20 is connected bdok 21 reference threshold, and output unit 20 connected to the inputs of the indicator 16 and the switch 14 analog signals of the gate sensor 2.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Лазер 4 посыпает пучок линейнополяризованНого света с азимутом вектора поляризации & = 0° (в плоскости чертежа) на модулятор 5. Если на* модулятор 5 не подано модулирующее напряжение с генератора 13, то вектор проходящего светового пучка не меняет своего пространственного положения и световой пучок попадает на оптический делитель 6, который разделяет его на два линейно-поляризованных пучка, один из которых, пройдя дистанцию створа, поступает на фиксатор 3 створа, а другой, отраженный делительной гранью, поступает на анализатор 7 створного датчика 2. После прохождения анализатора 7· световой пучок остается линейно-поляризованным, но с азимутом вектора поляризации Ц>= foQ d₀, где 5/J удельное вращение кварца; d_a - толщина клина в среднем (нулевом) положении. Далее световой пучок трансформируется телескопической системой 8 и поступает на поляризатор 9, который установлен таким образом, что плоскость пропускания поляризатора перпеццикулярна вектору нулевого’ линейно-поляризованного пучка, и, следовательно, интенсивность света за поляризатором согласно закону Малюса равна нулю.Laser 4 sprinkles a beam of linearly polarized light with the azimuth of the polarization vector & = 0 ° (in the plane of the drawing) onto modulator 5. If modulating voltage from generator 13 is not applied to * modulator 5, then the vector of the transmitted light beam does not change its spatial position and the light beam enters to optical divider 6, which divides it into two linearly polarized beams, one of which, having passed the distance of the alignment, enters the latch 3 of the alignment, and the other, reflected by the dividing face, enters the analyzer 7 of the target sensor ka 2. After passing through the analyzer 7 · the light beam remains linearly polarized, but with the azimuth of the polarization vector C> = foQ d ₀ , where 5 / J is the specific rotation of quartz; d _a - the thickness of the wedge in the middle (zero) position. Next, the light beam is transformed by a telescopic system 8 and arrives at the polarizer 9, which is mounted in such a way that the transmission plane of the polarizer is perpendicular to the vector of the zero 'linearly polarized beam, and therefore, the light intensity behind the polarizer according to Malius law is zero.

, Если на измеряемом объекте существует нестворность±g, то это приводит к смещению створного датчика 2, а следовательно, и оптического делителя 6 перпендикулярно референтному световому пучку-лазера. При этом отраженный световой пучок смещается относительно нулевого положения на анализаторе 7 также на величину+· g,что приводит к изменению азимута вектора линейно-поляризованного светового пучка на величину + = = 1X1 d _т = g' tg δ , где d_T - те- . кущее значение толщины клина;0 угол при вершине клина. При этом интенсивность света за поляризатором 1 I₀cos² (+ ДЦ>) отлична от нуля., If there is a non-accuracy ± g on the measured object, then this leads to a displacement of the gate sensor 2, and, consequently, of the optical divider 6 perpendicular to the reference laser light beam. In this case, the reflected light beam is shifted relative to the zero position on the analyzer 7 also by a value of + · g, which leads to a change in the azimuth of the vector of linearly polarized light beam by a value of + = = 1X1 d _t = g 'tg δ, where d _T is . current value of the thickness of the wedge; 0 angle at the top of the wedge. In this case, the light intensity behind the polarizer 1 I ₀ cos ² (+ DC>) is different from zero.

Для увеличения чувствительности, а следовательно, и точности работы створного датчика 2 необходимо перейти от статических измерений по постоянному излучению к динамическим измерениям, основанным на модуляции светового потока по колебаниям плоскости поляризации, осуществляемым с помощью подачи переменного (сину соидального) сигнала с генератора 13 на модулятор '5, что приводит к кача.нию вектора поляризации в световом пучке после модулятора на угол + Д|·.To increase the sensitivity, and hence the accuracy of the gate sensor 2, it is necessary to switch from static measurements of constant radiation to dynamic measurements based on modulation of the light flux by polarization plane oscillations, carried out by applying an alternating (blue sinusoidal) signal from generator 13 to the modulator '5, which leads to a swing of the polarization vector in the light beam after the modulator by an angle + D | ·.

При этом интенсивность света за анализатором имеет видIn this case, the light intensity behind the analyzer has the form

1(c) « β - cos(Ziy’ sin(0 _rt + ♦ 241(1], где (D_r~ частота, генератора 13.1 (c) «β - cos (Ziy 'sin (0 _r t + ♦ 241 (1], where (D _r ~ frequency, oscillator 13.

После некоторых преобразований получимAfter some transformations we get

I(t) =-^- J₀(2fty)cos2&(f- I_o(2Aj)cos2Aifcos262_r t + I₀J_A (2Aji)sin2.Aq>sin (,0_rtI (t) = - ^ - J ₀ (2fty) cos2 & (f- I _o (2Aj) cos2Aifcos262 _r t + I ₀ J _A (2Aji) sin2.Aq> sin (, 0 _r t

Из этого вьфажения следует, что при нестворности g = 0 (ДЦ>= 0) с фотоприемника 10 снимается сигнал с частотой 2(J_r и на регистраторе 15 : показания нулевые. Если на объекте ; имеется нестворность g # 0 (&1р / 0), то с фотоприемника 10 снимается сигнал с частотой G)_r , фаза которого определяется знаком нестворности, а амплитуда пропорциональна величине нестворности.From this observation it follows that if g = 0 is non-uniform (DC> = 0), a signal with a frequency of 2 is taken from photodetector 10 (J _r and on the recorder 15: the readings are zero. If the object; there is a non-uniformity g # 0 (& 1р / 0) , then a signal with a frequency G) _r is taken from photodetector 10, the phase of which is determined by the sign of non-correlation, and the amplitude is proportional to the value of non-correlation.

Далее сигнал усиливается избирательным усилителем 11, преобразуется в постоянный знакопеременный сигнал фазовым детектором 12 и, пройдя через коммутатор 14 аналоговых сигналов, поступает на регистратор' 15.Next, the signal is amplified by a selective amplifier 11, converted into a constant alternating signal by a phase detector 12, and, passing through the switch 14 of the analog signals, enters the recorder '15.

ff

В свою очередь, прошедший через оптический делитель 6 модулированный по колебаниям плоскости поляризации световой пу«^гок поступает на фиксатор 3 створа. Поляризатор 17 преобразует световой пучок в модулированный по интенсивности, который поступает на датчик 18 положения лазерного пучка. Датчик 18 предназначен для фиксации створа на конечной точке, заданного лазерным пучком. При неизменности пространственного положения лазерного пучка с выхода датчика 18 положения снимается нулевой сигнал. Если положение лазерного пучка в силу влияния атмосферы на трассе или угловой нестабильности лазера меняется, тона выходе датчика 18 появляется знакопеременный сигнал, величина которого пропорциональна смещению лазерного пучка относительно заданного створа, а знак определяет направление этого смещения. С выхода датчика 18 положеIn turn, transmitted through the optical splitter 6 for modulated oscillations of the polarization plane of the light ny ^"g approx enters the retainer 3 the alignment. The polarizer 17 converts the light beam into a modulated in intensity, which enters the sensor 18 of the position of the laser beam. The sensor 18 is designed to fix the alignment at the end point specified by the laser beam. If the spatial position of the laser beam is unchanged, a zero signal is removed from the output of the position sensor 18. If the position of the laser beam changes due to the influence of the atmosphere on the track or the angular instability of the laser, an alternating signal appears at the output of the sensor 18, the magnitude of which is proportional to the displacement of the laser beam relative to a given alignment, and the sign determines the direction of this displacement. From the output of the sensor 18

1610274 .6 ния лазерного пучка сигнал поступает на- блок 19 вьделения модуля сигнала, который преобразует его в знакопостоянный уровень напряжения, пропорциональный величине смещения задаваемого лазером направления без учета направления этого смещения. Это постоянное' напряжение с выхода блока 19 поступает на один из входов компаратора 20, на второй вход которого поступает сигнал с блока 21 задания порога. Если сигнал с выхода блока 19 не превышает величины порога, задаваемого блоком 21, то на выходе компаратора 20 появляется сигнал, соответствующий нулевому уровню, а если сигнал с выхода блока 19 превышает величину порога, задаваемого блоком 21, то на выходе компаратора устанавливается сигнал, соответствующий единичному .уровню.1610274 .6 of the laser beam, the signal arrives at the signal module block 19, which converts it to an alternating voltage level proportional to the offset value of the direction specified by the laser without taking into account the direction of this offset. This constant voltage from the output of block 19 is supplied to one of the inputs of the comparator 20, the second input of which receives a signal from the threshold setting unit 21. If the signal from the output of block 19 does not exceed the threshold specified by block 21, then the signal corresponding to the zero level appears at the output of comparator 20, and if the signal from the output of block 19 exceeds the threshold specified by block 21, the signal corresponding to single .level.

Сигнал с выхода компаратора 20 поступает на индикатор 16 и на коммутатор 14 аналоговых сигналов.Индуктор ' 16 позволяет осуществлять визуальный контроль за неизменностью створа, заданного лазерным пучком. Коммутатор 14 при этом либо соединяет выход фазового детектора 12 с входом регистратора 15 (если на выходе компаратора присутствует нулевой сигнал), либо разрывает эту связь (если на выходе компаратора - единичный сигнал).The signal from the output of the comparator 20 is fed to the indicator 16 and to the switch 14 of the analog signals. The inductor '16 allows you to visually monitor the invariance of the alignment specified by the laser beam. In this case, the switch 14 either connects the output of the phase detector 12 to the input of the recorder 15 (if there is a zero signal at the output of the comparator), or breaks this connection (if the output of the comparator is a single signal).

Таким образом, сигнал на регистратор 15 поступает только в том случае, если отклонение лазерного пучка на фиксаторе створа 3 не превышает пороговой величины, задаваемой блоком 21, при этом индикатор 16 выдает сигнал Створность, а блок 15 регистрирует отклонение объекта с датчиком 2 от 'створа, показывая величину нестворности. В противном случае блок 16 выдает сигнал Нестворность, и измерения проводить невозможно.Thus, the signal to the recorder 15 is received only if the deviation of the laser beam on the fixture of the alignment 3 does not exceed the threshold value set by block 21, while the indicator 16 gives the Swift signal, and block 15 detects the deviation of the object with the sensor 2 from the alignment showing the value of non-accuracy. Otherwise, block 16 generates a non-reliability signal, and measurements cannot be made.

При среднеквадратической ошибке измерения положения объекта блоком 2, равной ш = 0,01 мм, порог срабатывания компаратора 20 необходимо установить в блоке 21 не грубее 0,01 мм. В этом случае точность измерения всей системы составляет 0,015 мм и гарантирует высокую надежность результата, поскольку измерения проводятся только при неизменности заданного лазерньи пучком створа.When the standard error of measuring the position of the object by block 2, equal to w = 0.01 mm, the threshold of the comparator 20 must be set in block 21 is not coarser than 0.01 mm. In this case, the measurement accuracy of the entire system is 0.015 mm and guarantees a high reliability of the result, since measurements are carried out only when the specified laser beam alignment is unchanged.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A device for gate measurements, comprising a radiation source, a modulator, an area photodetector, a target sensor with a photodetector and a registrar, characterized in that, in order to improve accuracy by reducing the influence of alignment leaving errors, it is equipped with a switch connected to the area photodetector phase detector, the input of which is connected to the gate sensor, and the output through the switch is connected to the recorder, the generator connected to the modulator and phase detector, in front of the areal photodetector m analyzer is installed, and before the photodetector casement sensor installed sequentially entered the beam splitter, anisotropic wedges, telescopic system and the analyzer.