Патент на изобретение №2272247

(54) СПОСОБ ЮСТИРОВКИ ЛИНЕЙКИ ФОТОПРИЕМНИКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Устройство для юстировки линейки фотоприемников содержит центральную светящуюся марку, проекционную оптическую систему, линейку фотоприемников, блок выделения сигналов с элементов линейки, блок определения координаты и блок управления. В устройство дополнительно введены две пары светящихся марок, четыре блока определения максимальных сигналов и два блока вычитания сигналов, при этом пары светящихся марок равноудалены от центральной марки, смежные марки каждой пары разнонаправлены, являются продолжением одна другой и разнесены вдоль линейки фотоприемников. Технический результат – обеспечение возможности контроля при юстировке, как линейных смещений, так и разворота вокруг оптической оси линейки, повышение точности, уменьшение времени контроля. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано для юстировки приборов, в которых применяются линейки фотоприемников.

Широко известны способы юстировки, основанные на применении визуальных средств, например, измерительных микроскопов. Эти способы требуют, чтобы объект юстировки находился в поле зрения визуальных средств и был подсвечен с достаточной яркостью, что не всегда возможно. Для выполнения этих требований в конструкции изделий приходится предусматривать специальные котировочные окна, что ведет к усложнению конструкции. Кроме того, особенностью линеек фотоприемников является низкий контраст элементов фотоприемной структуры, что значительно усложняет визуальную юстировку и снижает ее точность из-за плохой различимости элементов линейки.

Недостатки визуальных способов заставляют искать способы и устройства, основанные на использовании сигналов с юстируемого фотоприемника. Известен, например, способ юстировки устройства для измерения плоских углов (Авторское свидетельство СССР №1509586, G 01 B 11/26, 1987 г.).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для бесконтактного измерения углов по заявке ФРГ (DE) №OS 3311945, G 01 B 11/26, 1984 г., которое выбрано за прототип.

Способ, используемый в устройстве, заключается в формировании на приемной структуре линейки двух оптических сигналов, преобразовании их в электрический сигнал и определении координат оптических сигналов по электрическим. Полученные значения координат позволяют определить взаимное смещение оптических сигналов и линейки.

Устройство прототипа представляет собой автоколлимационную оптическую систему, в сопряженных фокальных плоскостях которой размещены две светящиеся марки и линейка фотоприемников. Это устройство можно использовать для юстировки линейки фотоприемников по двум координатам, поскольку оно чувствительно к взаимным перемещениям автоколлимационных изображений марок и линейки по двум взаимно перпендикулярным осям (вдоль и поперек линейки). Для этого необходимо зафиксировать изображения марок и перемещать линейку, добиваясь нужного положения путем контроля соответствующих сигналов с линейки.

Недостатком прототипа является невозможность контроля разворота линейки (угла скручивания), т.е. определения сигналов по трем координатам.

Техническим результатом, на которое направлено данное изобретение, является обеспечение возможности контроля при юстировке как линейных смещений, так и разворота вокруг оптической оси линейки с более высокой точностью, чем существующими способами и со значительным сокращением времени юстировки.

Указанный технический результат достигается тем, что на приемной структуре линейки формируют центральный оптический сигнал и преобразуют оптический сигнал в электрический. Определяют по временному положению электрического сигнала координату оптического сигнала и по его координате продольное смещение линейки. Дополнительно формируют две пары разнонаправленных боковых оптических сигналов. Формируют сигналы, пропорциональные максимальным значениям электрических сигналов от каждой пары боковых оптических сигналов. Максимальные сигналы каждой пары сравнивают между собой и по результатам сравнения судят о поперечном смещении линейки и ее развороте.

Сущность способа поясняется фиг.1-3.

На фиг.1 изображена схема приемной структуры линейки фотоприемников, произвольно расположенной (со смещениями по осям координат и разворотом) относительно юстировочной системы координат х,у.

На фиг.2 показан электрический сигнал на выходе линейки.

На фиг.3 изображена структура каждого из сигналов u₁…u₅.

На приемной структуре 1 (фиг.1) формируется центральный оптический сигнал s₁ и две пары боковых оптических сигналов s₂…s₅, разнонаправленных относительно оси х.

Электрические сигналы u₁…u₅ (фиг.2) являются результатом преобразования фотоприемной структурой линейки оптических сигналов s₁…s₅.

Электрический сигнал u₁ используют для определения продольного смещения линейки, поскольку его временное положение соответствует положению оптического сигнала s₁ вдоль линейки. Поскольку оптический сигнал перекрывает, как правило, 10-20 элементов линейки, то электрический сигнал имеет сложную структуру (фиг.3). Для определения положения сигнала сложной формы обычно определяют какой-либо параметр сигнала, например, центр “тяжести”, который и считается координатой сигнала u₁.

Пары оптических сигналов s₂, s₃ и s₄, s₅ используют для определения поперечного смещения концов линейки фотоприемников. Зная поперечное смещение концов линейки, можно определить поперечное смещение всей линейки и ее разворот. Как показано на фиг.1 и фиг.2, величина сигналов и₂, и₃ и u₄, u₅ зависит от поперечного смещения концов линейки, поскольку при этом на приемную структуру попадают разные доли от оптических сигналов s₂, s₃ и s₄, s₅. При этом видно, что сигналы u₂, u₃ близки по величине, что говорит о том, что поперечное смещение соответствующего конца линейки мало или вообще отсутствует. Поскольку величина сигналов u₄, u₅ значительно различается, то это говорит о том, что соответствующий конец линейки имеет поперечное смещение тем больше, чем больше различие смежных сигналов в паре. Из-за сложной структуры электрических сигналов для их сравнения используют максимальные значения (амплитуды). Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить продольные и поперечные смещения линейки, а также ее разворот.

Устройство для юстировки линейки фотоприемников содержит центральную светящуюся марку, проекционную оптическую систему, линейку фотоприемников, блок выделения сигналов с элементов линейки, блок определения координаты и блок управления. Выход линейки соединен с входом блока выделения сигналов, вход блока определения координаты соединен с первым выходом блока выделения сигналов, выход блока управления соединен с управляющими входами линейки и блока выделения сигналов.

В отличие от прототипа в устройство дополнительно введены две пары светящихся марок, четыре блока определения максимальных сигналов и два блока вычитания сигналов. При этом пары светящихся марок равноудалены от центральной марки, смежные марки каждой пары разнонаправлены, являются продолжением одна другой и разнесены вдоль линейки фотоприемников. Второй, третий, четвертый и пятый выходы блока выделения сигналов соединены с входами блоков определения максимальных сигналов. Выходы первого и второго блоков определения максимальных сигналов соединены с входами первого блока вычитания, а выходы третьего и четвертого блоков определения максимальных сигналов соединены с входами второго блока вычитания.

Сущность устройства поясняется фигурами, изображенными на фиг.4 и фиг.5.

На фиг.4 изображена форма светящихся марок 2…6.

На фиг.5 изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит линейку фотоприемников 1, светящиеся марки 2…6, выполненные в виде диафрагм, подсвечиваемых узлами подсвета 7, проекционную оптическую систему 8 (показана условно), блок выделения сигналов 9, блок управления 10, блок определения координаты 11, блоки определения максимальных сигналов 12 и блоки вычитания 13.

Боковые марки 3…6 расположены симметрично относительно центральной марки 2. Боковые пары марок 3, 4 и 5, 6 смещены относительно друг друга вдоль линейки и являются продолжением одна другой (одна марка пары заканчивается на оси х, а другая начинается).

На приемной структуре линейки фотоприемников 1 при помощи проекционной системы 8 формируются оптические сигналы в виде изображения светящихся марок 2…6. Оптический сигнал преобразуется линейкой 1 в электрический сигнал u(t). Электрический сигнал u(t) поступает на вход блока выделения сигналов 9, где происходит выделение сигналов u₁…u₅ от каждой марки 2…6. Синхронизация работы линейки 1 и блока выделения 9 осуществляется при помощи блока управления 10.

С первого выхода блока выделения 9 сигнал u₁ поступает на блок определения координаты 11, где формируется сигнал X, пропорциональный продольному смещению линейки относительно юстировочной системы координат.

Со второго и третьего выходов блока 9 сигналы u₂, u₃ поступают на входы первого и второго блоков определения максимальных сигналов 12, а с четвертого и пятого выходов блока 9 сигналы u₄, u₅ поступают на входы третьего и четвертого блоков определения максимальных сигналов 12.

В блоках определения максимальных сигналов 12 происходит формирование сигналов u_m2…u_m5, пропорциональных максимальным значениям сигналов u₂…u₂. Формирование сигналов u_m2…u_m5 из сигналов u₂…u₅ позволяет проводить их сравнение, поскольку сигналы u₂…u₅ разнесены во времени, а сигналы u_m2…u_m5 во времени постоянны.

Сравнение сигналов u_m2, u_m3 и u_m4, u_m5 проводится в блоках вычитания сигналов 13. В блоках вычитания 13 формируются сигналы Y₁ и Y₂, пропорциональные разностям сигналов u_m2, u_m3 и u_m4, u_m5, т.е.

где k – масштабный коэффициент.

Знак сигналов Y₁, Y₂ говорит о направлении смещения концов линейки, а величина сигналов – о значении смещений.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определять по трем координатам сигналов X, Y₁ и Y₂ продольные, поперечные смещения линейки и ее разворот.

Предложенные способ и устройство, в принципе, позволяют получить численные значения смещений в единицах длины и угла разворота в угловой мере, но для целей юстировки этого, как правило, не требуется. Достаточно при юстировке добиться определенного значения сигнала Х и равенства нулю сигналов Y₁ и Y₂. Кроме того, возможно использование сигналов X, Y₁ и Y₂ для автоматизации процесса юстировки как управляющих сигналов для исполнительных механизмов перемещения линейки.

Формула изобретения

1. Способ юстировки линейки фотоприемников, заключающийся в формировании на приемной структуре центрального оптического сигнала, преобразовании элементами линейки оптического сигнала в электрический, определении по временному положению электрического сигнала координаты оптического сигнала и по его координате продольного смещения линейки, отличающийся тем, что на приемной структуре дополнительно формируют две пары разнонаправленных боковых оптических сигналов, формируют сигналы, пропорциональные максимальным значениям электрических сигналов от каждой пары боковых оптических сигналов, сравнивают сигналы каждой пары между собой и по результатам сравнения судят о поперечном смещении линейки и ее развороте.

2. Устройство для юстировки линейки фотоприемников, содержащее линейку фотоприемников, центральную светящуюся марку, проекционную оптическую систему, блок выделения сигналов с элементов линейки, соединенный с выходом линейки, блок определения координаты, соединенный с первым выходом блока выделения сигналов, и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами линейки и блока выделения сигналов, отличающееся тем, что в него дополнительно введены две пары светящихся марок, четыре блока определения максимальных сигналов и два блока вычитания сигналов, при этом пары светящихся марок равноудалены от центральной марки, смежные марки каждой пары разнонаправлены, являются продолжением одна другой и разнесены вдоль линейки фотоприемников, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока выделения сигналов соединены с входами блоков определения максимальных сигналов, выходы первого и второго блока определения максимальных сигналов соединены с входами первого блока вычитания, а выходы третьего и четвертого блоков определения максимальных сигналов соединены с входами второго блока вычитания.

РИСУНКИ