ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ РАССТОЯНИЙ ДО ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к средствам измерения длины с использованием оптических устройств и может быть применена для повышения точности измерения малых расстояний до объекта при простоте конструкции измерителя.
Из уровня техники известен измеритель перемещений - малых расстояний до объекта, содержащий оптически связанные и последовательно размещенные первый и второй источники оптического излучения, оптическую систему в виде двух фокусирующих линз, расположенных, соответственно, перед объектом и перед фотоприемником, светоделитель, фотоприемник, регистратор и блок обработки (RU 82317 U1, G01B 9/00, 2009). Однако точность измерения малых расстояний определяется условиями отражения излучения, которые зависят от длины волны источников излучения и от шероховатости реальной поверхности материала, что при использовании источников излучения с разными длинами волн снижает точность и надежность измерителя.
Полезная модель направлена на и повышения точности измерения малых расстояний до объекта, в том числе и вращающегося при простоте конструктивного выполнения измерителя.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в измерителе малых расстояний до объекта, содержащем оптически связанные и последовательно размещенные первый и второй источники оптического излучения, оптическую систему в виде двух фокусирующих линз, расположенных, соответственно, перед объектом и перед фотоприемником,, светоделитель, фотоприемник, регистратор и блок обработки, согласно полезной модели, первый и второй источники оптического излучения имеют одинаковую длину волны, при этом второй источник оптического излучения выполнен с линейной поляризацией, ортогональной к поляризации первого источника, а расстояние до объекта определяют из соотношения:
0
r=r+∆,
где
r - измеряемое расстояние до объекта;
0
r- первоначальное (номинальное) расстояние до объекта;
∆ - отклонение от первоначального (номинального) расстояния до объекта
1
2
1
2
∆=(σ-σ)/(k-k);
1
2
1
2
σ и σ - приращения радиусов пятен, формируемых, соответственно, первым и вторым источниками оптического излучения (лазерами) с линейными поляризациями p и р;
1
2
1
2
k и k - тарировочные коэффициенты зависимости изменения размера пятна от линейной поляризации p и р, определяемые экспериментально.
При этом светоделитель может быть выполнен в виде делительного куба, а регистратор - в виде видеокамеры.
Наличие двух ортогонально поляризованных источников излучения с одной длине волны обеспечивает одинаковые условия отражения от реальной (металлической) поверхности, которые не зависят от ее шероховатости, что повышает точность измерения приращений (изменений) радиусов плоских световых пятна от источников оптического излучения на фотоприемнике - экране, которые легко обработать и, соответственно, надежно и точно определить перемещение или малые расстояния даже при вращении объекта при простоте конструктивного выполнения измерителя в целом.
На чертеже схематично представлен общий вид измерителя малых расстояний до объекта.
1
2
Измеритель малых расстояний до объекта (перемещений) содержит оптически связанные и последовательно размещенные первый источник оптического излучения - лазер 1 с линейной поляризацией p и второй источник оптического излучения - лазер 2 с линейной поляризацией p, ортогональной первой, которые излучают на одной длине волны, оптическую систему, которая выполнена в виде двух фокусирующих линз 3 и 4, расположенных, соответственно, перед объектом 5 и перед фотоприемником - экраном 6, светоделитель 7, выполненный в виде делительного куба, регистратор 8, который может быть выполнен в виде видеокамеры, и блок 9 обработки (вычислитель расстояний), например в виде микропроцессора.
Заявленный измеритель работает следующим образом.
1
2
Луч от первого источника оптического излучения - лазера с линейной поляризацией p через зеркало 10 поступает на светоделитель - делительный куб 7, где суммируется с лучом линейной поляризации р, поступающим через зеркало 11 от второго источника оптического излучения - лазера 2, суммарный двойной луч направляется на объект 5 (например, вращающуюся деталь, обрабатываемую на токарном станке) через светоделитель - делительный куб 7 и фокусирующую линзу 3, собирающую лучи на поверхности объекта 5 в световые пятна. Отраженные от поверхности объекта 5 световые сигналы проходят через линзу 3 светоделитель - делительный куб 7 и фокусирующую линзу 4, собирающую отраженные световые сигналы в световые пятна П1 и П2, визуализируемые на фотоприемнике - экране 6, которые фиксируются видеокамерой 8, и затем обрабатываются при помощи программного блока 9 (вычислителя расстояний), который определяет - рассчитывает отклонение «∆» от первоначального (номинального) расстояния до объекта (перемещение) по соотношению:
1
2
1
2
∆=(σ-σ)/(k-k),
1
2
1
2
где σ и σ - приращения радиусов пятен, формируемых, соответственно, первым и вторым источниками оптического излучения - лазерами) 1 и 2 c линейными ортогональными поляризациями p и р;
1
2
1
2
k и k - тарировочные коэффициенты зависимости изменения размера пятна от линейной поляризации p и р, определяемые экспериментально, и расстояние до объекта, определяемое из соотношения:
0
r=r+∆,
где r - измеряемое расстояние до объекта;
0
r- первоначальное (номинальное) расстояние до объекта.
Повышенная точность измерения при использовании двух ортогонально поляризованных источников достигается за счет того, что для излучения на одной длине волны условия отражения от (металлической) поверхности одинаковые, в то время как для излучений разных длин волн отличаются друг от друга и зависят не только от материала, но и от шероховатости поверхности, какой всегда является реальная поверхность.