Устройство для измерения перемещений объекта

 

„.SUÄÄ 1008615 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflYSllHH

3(5Р G, 01 В 9/62; G 01 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ,. "::. .-:.;,/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ " * л

/ (21) 3280741/25-28 (22) 30.04.81 (46) 30.03.83. Бюл. Р 12 (72) A.Ë.Ñòàðêîâ (71) Институт электроники AH Белорусской ССР (53) 531.715.1(088.8). (56) 1.Трофимова Н.В. Интерферометрц повышенной чувствительности

Труды метрологических институтов СССР

Вып. 01 (151) . M-Л., изд-во стандартов, 1968, с. 86-92.

2. GastЭ."Setbteifige langenmessverfahren unter dern Aspekt der %lerkге1gmasdineustenerung". Fe ngeratetechnik, 1967, Ф 8,S.360-364 (прото. тип ). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА, содержащее пос,ледовательно расположенные и оптически взаимосвязанные лазерный источник света, коллиматор, светоделитель, подвижный отражатель, связываемый с объектом, два автоколлимационных зеркала, диафрагму и фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено дополнительными диафрагмой и фотоприемником, светоделитель и автоколлимационные зеркала выполнены монолитным блоком в форме прямоугольного параллелепипеда с четырьмя оптическими поверхностями. с зеркальным покрытием на 3/4 поверхности входной грани и полупрозрачным покрытием на половине поверхности, выходней грани, а подвижный стража- Е тель выполнен в виде двухгранного зеркала, устанавливаемого так, что его ребро перпундикулярно к направ.лению перемещения объекта.

1008615

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к высокоточным интерферометрическим измерениям линейных и угловых величин перемещающихся объектов.

Известен интерферометр повышенной чувствительности для измерения линейных перемещений объекта, содержащий монохроматический источник света (Не — Ne лазер), щель, разделительный блок, относительное зеркало, 10 подвижный блок сферических зеркал, неподвижные уголковое и плоское зеркала (13.

Точность измерения интерферометром снижается вследствие чувстви- 15 тельности к разъюстировке плоских зеркал и самого блока сферических зеркал при незначительных .вибрациях и атмосферных изменениях, а также иэ-эа возврата пучка света в источник. Недостатком интерферометра является также громоздкость конструк.ции и значительные потери света.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 25 устройство для измерения перемещений, объекта, содержащее последовательно расположенные и оптически взаимосвязанные лазерный источник света, коллиматор, светоделитель, подвижйый от-30 ражатель, связываемый с объектом, два автоколлимационных зеркала, диафрагму-и фотоприемник.

Светоделитель выполнен в виде склеенного полупрозрачного кубика, автоколлимационные зеркала — неподвижные., а подвижный отражатель выпол. нен кубическим 321. !

Точность измерения известным 40 устройством недостаточна, так как стабильность интерференционной картины также -ухудшается вследствие чувствительности к разъюстировке автоколлимационных зеркал, а также нестабильности работы источника света изза возврата пучка в него. Стабиль,— ность интерференционной картины снижаемся также вследствие термической неустойчивости устройства, т.е. изза неидентичного прохождения пучков в стекле в плечах этого устройства, в измерительном — триппель-призма, а эталонном — плоское зеркало. Неидентичность плеч оказывает разное поляризующее действие на пучки, что ухудшает контрастность картины. Потери света составляют более 50В.

Сложность конструкции заключается в том, что иеобходимо изготавливать светоделительный кубик и кубический 60 отражатель, т.е. триппель-призму, у которой три прямых угла при вершине взаимосвязаны с высокой точ-, ностью, а это технологически трудно выполнить. 65

Цель изобретения — повышение точ, ности измерения путем стабилизации интерференционной картины.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения перемещений объекта, содержащее последовательно расположенные и оптически взаимосвязанные лазерный источник света, коллиматор, светоделитель, подвижный отражатель, связы-. ваемый с объектом, два автоколлимационных зеркала, диафрагму и фотоприемник, снабжено дополнительными диафрагмой и фотоприемником, светоделитель и автоколлимационные зеркала выполнены моног.итным блоком в форме прямоугольного параллелепипеда с четырьмя оптическими поверхностями с зеркальным покрытием на 3/4. поверхности входной грани и полупрозрачным покрытием на половине поверхности выходной грани, а .подвижный отражатель выполнен в виде двухгранного зеркала, устанавливаемого так, что его ребро перпендикулярно к направлению перемещения объекта.

На фиг. 1 изображена принципиаль ная схема устройства для измерения перемещений объекта; на фиг. 2 ,вид по стрелке А на фиг. 1 < на фиг.3 вид по стрелке Б на фиг. 1.

Устройство для измерения переме-

;щений объекта представляет собой (фиг. 1) интерферометр, который содержит лазерный источник 1 света, коллиматор 2, светоделитель .3, подвижный отражатель 4, две диафрагмы

5 и 6 и два фотоприемника 7 и 8.

Коллиматор 2 представляет собой телескоп с увеличением 5 (крат.)

Светоделитель 3 выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда с четырьмя гладкими оптическими поверхностями а, в, с, d, с зеркальным покрытием на 3/4 поверхности входной грани а и полупрозрачным покрытием на половине поверхности выходйой грани с. Причем зеркальное покрытие в месте входа пучка отсутствует (фиг. 3 ), а полупрозрачное покрытие в месте выхода пучка отсутствует {фиг.2, незаштрихованная часть ). Оптические грани параллелепипеда расположены под углом 45 к направлению перемещения объекта (не показан ), стрелка е. В качестве подвижного отражателя 4 используется двухгранное зеркало с углом 90О, устанавливаемое так, что его ребро перпендикулярно направлению перемещения объекта, и под углом 45О к выходной грани с параллелепипеда. В устройстве светоделительная поверхность с, подвижный отражатель 4, грани а и d,.ñíîâà подвижный отражатель 4 и поверхность с образуют;

1008615 фие. 3

ВНИИПИ Заказ 2326/53 Тираж 600 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.éðoåêòíàÿ,4 измерительное плечо интерферометра, " а светоделительная поверхность с, грани в и а, поверхность с, образуют. эталонное плечо. Длина входной н выходной граней а и с равна 2D/Ып 45", а граней в.и d - D/siri 45 -tgi где D — - диаметр входного пучка, а угол преломления луча входной гранью. Толщина параллелепипеда равна 2D.

Устройство работает следующим об- IG разом.

Пучок света от лазерного источника 1 света расширяется коллиматором

2 и падает на.светоделитель 3, где .нет зеркального покрытия, преломля- 15 ется. входной гранью а, проходит до выходной светоделительной поверхности с и делится ею на эталонный с (отраженный внутрь стекла ) и измерительный h (проходящий ). Измерительный -2О пучок падает на подвижный отражатель

4, выходит (фиг. 2 ) из плоскости оптической схемы и отражается hi параллельно самому себе вновь на светоделитель 3, на грань с, где нет полу- 5 прозрачного покрытия. На грани с пу:чок преломляется, проходит до .зеркальной грани а, отражается от нее к грани d, выходит иэ светоделителя и направляется вновь на отражатель 4, где им .приводится обратно в плоскость схемы, возвращается на светоделитель 3. Эталонный пучок q, отражается от граней Ь и о(, возвращается на светоделительную поверхность для взаимодействия с измерительным пучком. Обе части делятся еще раз, интерферируют и дают две системы полос: одна проходит на диафрагму 5 и . фотоприемник 7, вторая, после отражения от грани и и преломления гранью 40 а, падает на диафрагму б и фотоприемник 8. Наложение интерферирующих пуч- .

//ud А ков происходит автоматически при вышеуказанной ориентации светоделителя 3 и подвижного отражателя 4. Так как измерительный пучок дважды от-. ражается от подвижного отражателя 4, то чувствительность устройства к перемещениям удваивается, т.е, число полос N связано с измеряемой длиной

L соотношением, = Б ф-, где ih - длина волны излучения лазерного источника 1 света. Для реверсивного счета интерференционных полос используются диафрагмы 5 и б, сдвинутые на четверть полосы, и фотоприемники 7 и 8.

Таким образом, выполнение светоделителя и автоколлимационных зеркал единым монолитным блоком Позволяет повысить точность измерения путем стабилизации интерференционной картины, т.е. эа счет повышения вибрационной и -термической устойчивости интерферометра. Предлагаемый интерферометр повышенной чувствительности можно использовать и как датчик угловых перемещений, достаточно в измерительное плечо поместить вращающийся стеклянный куб (не показан ). Конструкция интерферометра простая и позволяет фактически исключить трудоемкую операцию юстировки, повышает надежность и долговечность измерительного устройства.

Прилагаемое устройство может найти широкое применение в точном машиностроении, приборостроении, в электронной, радиотехнической промышленности и других отраслях, в частности в координатно-измерительных машинах и в приборах для измерения размеров различных изделий, а также в станкостроении, т.е. там, где имеются значительные вибрации и атмосферные изменения.