ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ И ИХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФОРМ
PHOTOELECTRIC DEVICE FOR MEASUREMENT OF DEVIATIONS FROM LINEARITY IN POSITION OF OBJECTS AND THEIR GEOMETRIC SHAPES

Изобретение относится к областям измерительной техники оптического приборостроения и может быть использовано в геодезии, машиностроении, приборостроении и в других областях науки и техники, где возникает необходимость создания прецизионного эквидистантного (параллельного самому себе) линейного сканирования оптических лазерных пучков.
Известно устройство для контроля отклонений положений объектов от прямолинейности, содержащее источник света, например лазер, коллимирующее устройство в виде телескопической системы, фотоэлектрический анализатор поперечных смещений, установленный на контролируемом объекте, электрические блоки обработки сигналов, регистратор и сканатор [1]. Недостатком этого устройства является неравномерность измерений вдоль трассы в связи с остаточной расходимостью пучка.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для параллельного сканирования лазерным пучком, в котором сканирующим компонентом является зеркало, установленное между объективом и его передней фокальной плоскостью с возможностью совершать колебательные движения.
Устройство содержит последовательно и соосно установленные: источник светового потока (тепловой или лазер), первую линзу (окуляр), зеркало, установленное под углом ≈45° к оптической оси окуляра с возможностью совершать колебательные движения относительно оптической оси окуляра, и конфокально установленную вторую линзу (объектив), причем ось сканирования зеркала совпадает с передней фокальной плоскостью объектива [2].
Недостатком этого устройства является нелинейность скорости смещения светового пучка относительно оси сканирования, что приводит к снижению точности при использовании устройства в различных измерениях. Основной причиной этого процесса является синусоидальная зависимость скорости механических колебаний от времени: при прохождении сканирующего пучка через центр сканирования скорость перемещения светового пучка будет максимальная, а в крайних положениях - нулевая.
К другим недостаткам этого устройства относится - трудность создания линейных колебаний сформированного на выходе объектива светового пучка, вследствие увеличения аберраций при увеличении угла поворота зеркала, а также необходимость использования объективов больших диаметров, превышающих сумму размеров диаметра светового пучка и двойную амплитуду колебаний самого пучка, что приводит к необходимости включения дополнительных устройств для устранения аберраций и удорожанию самого устройства.
Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей устройств на основе параллельного сканирования лазерными пучками. Указанная цель достигается тем, что сканатор выполнен в виде двух жестко закрепленных на подвижной платформе зеркал под углом, близким к 45°, при этом подвижная платформа выполнена с возможностью вращения относительно оси с равномерной скоростью, например, с помощью синхронного или шагового двигателя, закрепленного на неподвижной платформе. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема устройства.
Устройство содержит соосно закрепленные на неподвижной платформе 1 лазер 2, оптическое устройство для формирования лазерного пучка 3, а также зеркала 4 и 5, жестко закрепленные под углом ≈45° друг к другу и перпендикулярно подвижной платформе 6, имеющей возможность вращаться относительно оси 7, синхронный двигатель 8, муфту (на чертеже не показана) и вал 9, соосный с валом синхронного двигателя 8 и осью вращения подвижной платформы 6, которая проходит вблизи точки пересечения серединных перпендикуляров 10 зеркал 3 и 4. Устройство работает следующим образом.
После установки лазера 2, генерирующего излучение и формирующего световой пучок в соосное положение таким образом, чтобы общая оптическая ось была параллельна подвижной платформе 6, зеркала 4 и 5 устанавливают перпендикулярно этой платформе и под углом ≈45° относительно друг друга. При включении синхронного двигателя 8, благодаря вращению подвижной платформы 6, передаваемому через муфту, сформированный лазерный пучок в определенном угловом секторе ≈45° последовательно отражается от зеркал 4 и 5. При этом угол между входящим и выходящим пучками в пределах указанного сектора остается постоянным, согласно геометрооптическому правилу, таким образом, что при четном количестве зеркальных отражений угол между входящим и выходящим в эту зеркальную систему лучами (за которые принимаются энергетические оси световых пучков) остается постоянным при взаимном угловом смещении входящего луча или повороте системы зеркал в плоскости отражения, при этом происходит параллельное смещение выходного пучка пропорционально углу поворота платформы и это соотношение сохраняется на всей трассе измерений.