ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ПРИСТРОЇ ДЛЯ АВТОМА ТИЗАЦІЇСТВОРНИХ ВИМІРЮВАНЬ
Повна автоматизація створних вимірювань можлива також при застосуванні фотоелектричних датчиків лінійних переміщень. Такі датчики найбільш точно можуть відшукати енергетичний центр оптичного променя, яким задається лінія створу, тим самим визначити лінійне зміщення центру об’єкта відносно опорної лінії. Опорна лінія може бути задана лазерним променем або любим іншим світловим променем, сформованим відомими джерелами випромінювання в поєднанні з оптичною колімаційною системою.
Найбільш простою побудовою високоточного фотоелектричного датчика для створних вимірювань слід вважити традиційну оптичну схему розподілу світлового потоку приз — мою-ніж. Робота такого датчика в своїй основі базується на амплітудному методі виділення суми і різниці електричних сингалів і докладно розглянута в § 3.3.5.2. Приведені там схеми амплітудних фотоелектричних датчиків і принцип виділення інформації дозволяють визначити величину і напрям зміщення оптичної осі приладу відносно опорної світлової лінії.
Експериментальні дослідження такого датчика показали високу точність визначення зміщень при створних вимірюваннях з застосуванням лазерного джерела випромінювання доповненого оптичною колімаційною системою. Середня квадратична похибка визначення енергетичного центру променя лазера склала 12 мкм в діапазоні переміщень 5 мм [94].
Другим напрямом точного визначення просторового положення енергетичного центру світлового променя може бути застосування телевізійних датчиків — дисекторів. Для здійснення створних вимірювань з використанням дисекторів опорну лінію в просторі задають газовим лазером доповненим оптичною колімаційною системою. Випромінювання лазера, установленого на початковій точці створу, направляється безпосередньо на фотокатод дисектора, розташованого над контолюємою точкою створу. Діаметр променя лазера колімаційною системою формують в межах 10 + 20 мм, при цьому допустима величина переміщення дисектора, яка визначається діаметром фотокатода дисектора, звично складає біля 5 мм. Побудова дисекторних датчиків і принцип визначення величини і напряму переміщень дисекторними датчиками розглянуті в § 3.4.4.1.
Блок-схема дисекторного створофіксатора приведена на рис. 7.7.
|
Рис. 7.7. Блок-схема створофіксатора з дисекторним датчиком лінійних переміщень |
Схема включає: дисектор 1 з фокусуючою 2 і відхиляючою 3 катушками, генератор пилоподібного струму 4, нуль-орган 5, підсилювач-обмежувач б, тригер 7, електронні ключі 8 і 9, реєструючий мікроамперметр 10. Якщо на фотокатод дисектора падає потік лазерного випромінювання зміщений на величину А уздовж однієї із координатних осей, то електрооптичне зображення пучка відхиляється уздовж вирізного отвору струмом пило — подібної форми і на виході дисектора знімається електричний сигнал. На вхід тригера поступають управляючі імпульси з генератора пилоподібного струму в момент часу, що відповідає зворотньому ходу розгортання, і з нуль-органу в моменти часу, коли струм в відхиляючих котушках дорівнює нулю. Одночасно через вирізний отвір діафрагми дисектора поступає сигнал з центру фотокатода. Тригер перемикає ключі 8 і 9 і на виході виділяються електричні імпульси, які інтегруються мікроамперметром. Величина і знак струму на мікроамперметрі залежать від величини і напряму зміщення А оптичної осі лазерного променя з оптичної осі дисектора.
Експериментальні дослідження дисекторного датчика лінійних переміщень показали, що при струмі розфокусування 21 мА і напрузі живлення дисектора 1200В позиційні характеристики датчика при різних діаметрах лазерного променя від колімаційної системи добре погоджуються з лінійним законом. Середня квадратична похибка наведення склала 6.4 мкм , а похибка визначення зміщень об’єкта не перевищувала 38 мкм в діапазоні лінійних переміщень ± 5 мм.
Третім напрямом реєстрації відхилення від просторового положення енергетичного центру світлового променя, яким задається опорний напрям створу, можуть бути часово- імпульсні і число-імпульсні засоби вимірювання. Високоточні створні вимірювання часово — імпульсними датчиками базуються на визначені зміщення центра обертання модулюючого диска з спеціальними масками з вирізами відносно енергетичного центру світлового променя (шляхом модуляції останнього). Схеми побудови однокоординатних і двокоординат — них часово-імпульсних датчиків, принципи дії і визначення лінійних зміщень ними приведені в § 3.3.5.4. Застосування таких датчиків дозволяє побудувати одно — і двокоординатні автоматичні створофіксатори з високою точністю визначення нестворності. Проте слід звернути увагу на складнощі при експлуатації подібних оптико-електронних пристроїв, головні із яких — складність створення зворотньо-поступових скануючих переміщень необхідної частоти у випадку застосування прямокутної скануючої маски, непостійність швидкості сканування, складність утримання кута нахилу модулятора та інше.
Виробничі дослідження двокоординатного часово-імпульсного датчика на створі довжиною біля 300 м показали, що середня квадратична похибка датчика не перевищувала 50 мкм в діапазоні лінійних переміщень 100 мм.
Фотоелектричними пристроями, призначеними для високоточного визначення лінійних зміщень об’єктів відносно референтної прямої, заданої оптичним випромінюванням, можуть бути і число-імпульсні датчики, розглянуті в § 3.3.5.4. В цьому випадку параметри щілин спіралей Архімеда р0, р і рт вибираються у відповідності з необхідним діапазоном вимірювання можливих лінійних переміщень і в залежності від діаметра пучка випромінювання.
Точність визначення лінійного зміщення осі світлового пучка від центру число-ім — пульсного датчика залежить, в першу чергу, від частоти модуляції потоку випромінювання. Чим вища частота модуляції fM, тим меншому лінійному зміщенню відповідає один імпульс. Якщо необхідна точність вимірювання лінійних зміщень складає, наприклад, 0,5 мм, то ціна значення одного імпульсу повинна бути приблизно на порядок менше і дорівнювати 0,05 мм. Середня квадратична похибка визначення лінійних зміщень число — імпульсними датчиками знаходиться в межах 5 мкм в діапазоні лінійних переміщень 10 мм.
При виконанні створних вимірювань середнього класу точності з застосуванням лазерного променя можливо використання більш простих по конструкції фотоелектричних пристроїв, наприклад, датчика лінійних зміщень з конденсором [68].