201402. lajstromszámú szabadalom • Tárgyak elmozdulásának érintésmentes mérésére szolgáló készülék
1 HU 201402 A 2 A találmány tárgya olyan mérőkészülék, amely fényvisszaverő felületű tárgyak elmozdulásának optikai úton történő érintésmentes mérésére szolgál. Az érintésmentes, optikai elmozdulásmérő készülékeket elterjedten alkalmazzák az ipar különböző területein pl. lemezek, rudak, csövek és gépipari alkatrészek méretellenőrzésénél, valamint különféle mozgó technológiai berendezések elmozdulásának nyomonkövetésénél. Az ilyen mérőkészülékek működési elve az, hogy az elmozduló tárgy felületére, arra lehetőleg merőlegesen vékony fénysugarat bocsátanak, miáltal a megvilágító sugárnak a felülettel alkotott döféspontjánál fényszóródás keletkezik. Ezen csillogó döféspont a tárgy elmozdulása esetén a fénysugár által meghatározott egyenes mentén mozdul el. Az elmozdulási tartománynak megfelelő egyenes szakasz ferdén elhelyezett leképező optikai segítségével egy olyan, vonal-szerű érzékelési tartománnyal rendelkező fényérzékelőre vetítik, amely képes jelezni a vonalmenti fényenergia eloszlás csúcsértékének helyét. Ez utóbbi azonos a döféspont leképezett képével miáltal a döféspont térbeli helyzete és ezen keresztül a mérendő tárgy helyzete ill. elmozdulása mérhető. A gyakorlatban alkalmazót optikai elmozdulásmérő készülékekben fényforrásként leginkább félvezető lézert, vagy megfelelő nyalábformával ellátott teljesítmény—LED-et alkalmaznak. A fényérzékelő általában vagy 1024-4096 közötti elemszámú CCD- detektorsor (ú.n. „vonalkamera”) vagy pedig olyan analóg vonalérzékelő, amely az energiamaximum helyének megfelelő analóg jelet pl. feszültségszintet képes kibocsátani. Az ilyen mérőkészülékek igen kedvező műszaki paraméterekkel rendelkeznek. Hátrányuk azonban, hogy akár a digitális felbontású CCD típusú, akár pedig az analóg működésű ú.n. laterális vonaldetektorok előállítása csak igen magasszintű mikroelektronikai csúcstechnológiával állítható elő, így beszerzésük nagyon költséges és körülményes. Találmányunk célja ezen hátrány kiküszöbölése. Célunk olyan optikai elmozdulás mérő készülék megvalósítása, amelynek vonal-detektora hazai gyártású, egyszerű és olcsó optikai és optoelektronikai elemekből felépíthető. Találmányunk alapja az a felismerés, hogy amennyiben a vonaldetektor síkjában olyan részlegesen áteresztő tükröt helyezünk el, amelynek áteresztési/tükrözési viszonyszáma folyamatosan változik és az áteresztési és tükrözési irányokban egy-egy fényérzékelőt helyezünk el, úgy ezen két fényérzékelő jeleinek elektronikus feldolgozásával a csúcsintenzitás helyére jellemző jelet lehetséges előállítani. Találmányunk tárgya tehát készülék tárgyak elmozdulásának érintésmentes méréséhez, amely tartalmaz a mérendő tárgy megvilágítására szolgáló, vékony fénynyaláb kibocsátására alkalmas fényforrást, valamint a fényforrás által kibocsátott fénynyaláb egy szakaszának leképezésére szolgáló optikát. A találmány újdonsága abban áll, hogy a leképező optika leképezési síkjában olyan részlegesen áteresztő tükör van elhelyezve, amelynél az áteresztési/reflexiós viszony értéke monoton módon folyamatosan változik és a részlegesen áteresztő tükör áteresztési és reflexiós irányában is egy-egy fényérzékelő helyezkedik el. A találmány szerinti készülék célszerű megvalósítási változatánál a fényérzékelő előtt gyűjtőlencsék vannak elhelyezve és a fényérzékelők villamos kimenetei közvetlenül vagy szűrőáramkörökön keresztül elektronikus jelátalakító egység bemenetéihez kapcsolódnak, ez utóbbi tartalmaz egy-egy összeadó és kivonó áramkört, amelyek kimenetei osztóáramkör bemenetéihez vannak csatolva, s az egész elektronikus jelátalakító egység kimenetét ezen osztó áramkör kimenete képezi, bemenetéit pedig az összeadó és kivonó áramkörök egymással összekapcsolt bemenetei alkotják. A találmány szerinti készülék egy további előnyös megvalósításnál a fényforrás lüktető intenzitású fény kibocsátására alkalmas módon kialakított félvezető lézer és a szűrőáramkörök a fényforrás lüktetési frekvenciájára vannak ráhangolva. A találmány szerinti készülék előnyösen úgy is megvalósítható, hogy az elektronikus jelátalakító egység egy olyan további kimenettel is el van látva, amely belül az összeadó áramkör kimenetével van összekötve és ezen további kimenet egyrészt fényintezitás szabályzón keresztül a fényforráshoz vissza van csatolva, másrészt hozzá van kapcsolva egy jelkomparátor egyik bemenetéhez is, amely jelkomparátor másik bemenetéhez ugyanakkor egy beállítható feszültségű feszültségforrás van hozzákapcsolva. A találmány szerinti készülék bármelyik változatát fizikailag úgy a legcélszerűbb kivitelezni, hogy abban a készülék optikai mérőfeje egyetlen merev testté összeszerelt olyan egységet alkosson, amely tartalmazza legalább a fényforrást, a leképező optikát, a részlegesen áteresztő tükröt és a fényérzékelőket. A találmány példakénti megvalósítását rajz alapján ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti mérőkészülék optikai-elektronikus felépítésének vázlatát mutatja be. Az 1. ábrán a szaggatott vonallal keresztezett 14 optikai mérőfej belsejében található az 1 fényforrás, alatta a ferdén elhelyezett 2 leképező optikai, s emögött a 3 részlegesen áteresztő tükör. Ez utóbbi áteresztési irányában található a 7 gyűjtőlencse mögött elhelyezett 4 fényérzékelő, reflexiós irányában pedig a 8 gyűjtőlencse mögött az 5 fényérzékelő. Az 1 fényforrás sugárzási irányban található a 14 optikai mérőfejen kívül elhelyezkedő 12 tárgy, amelynek az ábrán feltüntetett egyik szórt fénysugara a 2 leképező optika felé irányul. Az 1. ábrán a 14 optikai mérőfejen kívül vannak ábrázolva a készülékhez tartozó járulékos elektronikus áramkörök, nevezetesen a 9 és 10 szűrő áramkörök, amelyek a 4 és 5 fényérzékelők elektromos kimeneteit a 6 elektronikus jelátalakító egység bemenetéihez csatolják, továbbá a 11 jelkomparátor, a 13 feszültségforrás és a 15 fényintezitás szabályzó. A 6 elektronikus jelátalakító egység belsejében található a 16 összeadó áramkör, a 17 kivonó áramkör és a 18 osztó áramkör. A 6 elektronikus jelátalakító egység bemenetei a 16 összeadó áramkör és a 17 kivonó áramkör bemenetéihez hozzá vannak kapcsolva, míg az utóbbi áramkörök kimenetei rendre a 18 osztó áramkör osztó és osztandó bemenetéihez vannak kapcsolva. A 6 elektronikus jelátalakító áramkör egyik kimenetét a 18 osztóáramkör kimenete, második kimenetét pedig a 16 összeadó áramkör kimenete alkotja. Ez utóbbi második kimenet egyrészt a 15 fényintezitás szabályzón keresztül az 1 fényforráshoz vissza van csatolva, továbbá közvetlenül 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
