Двухкоординатный интерферометр для измерения линейных перемещений
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ
РЕСПУБЛИН
„„5U„„1019233 A г
3 (58 G:01 В 02 ° 01
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1
»3;, 1 г.. %Д) с и
ЬЙЬZ54 -44K
1 блока, вклочающего оптически связанные источник излучения, плоские и уголковые отражатели,-светоделительные пластины и два фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности измерения, он снабжен модулятором, выполненным на основе вращающейся дифракцион ной реаетки, и установленным в опорном блоке на пути светового потока от источника излучения измерительным блоком, электрически и оптически связанным с опорным блоком и включающим третий фотоприемник, а источник излучения выполнен в виде многомодового лазера. Ф
-Г
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИЙ:",Г СССР
AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3396476/25-28 (22) 11.02.82 .-(46) 23.05.83. Бюл. М 19 .(72) Б.М, Бржозовский, В.В. Бондарев, А.А. Игнатьев и В.В. Мартынов .(71) Саратовский ордена Трудового
Красного Знамени политехнический институт (53) 531.715.1(088.8) (56) 1 ° Патент СПА и 3815996, кл. G 01 В 9/02, 1974.
2. Патент CUA и 3791739 кл. G 01 В 9/02, 1974 (пРототип) . (54)(57) ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕ-. ЩЕНИЙ, выполненный в. виде опорного
» х р эа
Р7» ца
Се
»
» р. часть светового потока, величина Фазо35 вого сдвига сильно зависит от прост" ранственных искажений интерференционной картины, возникающих в реальных условиях из-за конвекционных воздушных потоков, поперечных смещений подвижного отражателя и т.д. При этом частота сигнала прямо пропорциональна скорости перемещения отражателя, и, следовательно, спектр сигнала простирается до нулевых частот. Вследствие этого дрейф. нуля усилителей и формирователей приводит к погрешности измерений. Кроме того, одночастотный лазер обладает сложными конструктивными особенностями. Все это снижает надежность измерения.
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения линейных перемещений объектов, в частности, рабочих органов металлорежущих станков. 5
Известен интерферометр для измерения линейных перемещений, содержащий в качестве источника излучения лазер, систему призм и зеркал, Фотоприемники, уголковые отражатели, устанавли- 10 ваемые на перемещающихся объектах (1).
Однако интерферометр имеет сложную электронную систему стабилизации частоты источника излучения.
Наиболее близким к изобретению по 15 технической сущности является двухкоординатный интерферометр для изме", рения линейных перемещений, выполненный в виде опорного блоку, включающего оптически связанные источник излу" 20 чения, плоские и уголковые отражатели, светоделительные пластины и два
Фотоприемника. Источник излучения выполнен в виде одночастотного лазера Г21. 25
Известный интерферометр имеет высокую чувствительность к изменению уровней сигналов фотоприемников. При использовании метода подсчета числа интерференционных полос на фотоприемники попадает лишь незначительная новленным в опорном блоке на пути светового потока от источника излучения измерительным блоком, электрически w оптически связанным с опорным блоком и включающим третий фотоприемник, а источник излучения выполнен в виде многомодового лазера.
На чертеже изображена принципиальная схема двухкоординатного интерферометра для измерения линейных перемещений.
Интерферометр выполнен в виде двух блоков, укрепленных с помощью кронштейнов на станине и рабочем органе станка (не показаны ). Первый блок (опорный ) включает в себя опти" чески(связанные источник излучениямногомодовый лазер 1, модулятор 2:, выполненный на основе вращающейся дифракционной решетки, отражатель 3, светоделительные пластины 4-6, призму 7, плоский отражатель 8, светоделительную пластину 9, Фотоприемник 10, плоский отражатель 11, светоделительную пластину 12, Фотоприемник 13.
Второй блок (измерительный )оптически и электрически связанный с первым (опорным ), включает светоделительные пластины 1ч и 15, уголковые отражатели 16 и 17, Фотоприемник 18.
Предлагаемый интерферометр работает следующим образом.
Луч света от источника излучения многомодового лазера 1 - проходит через модулятор 2, на выходе которого образуются лучи с различными частотами ы и м -Я, где ы - частота излучаемого света, а Я - частота модуляции. Плоским отражателем 3 лучи направляются на опорную ветвь интерферометра, где, пройдя через призму 7, плоский отражатель 8 и светоделительную пластину 9, смешиваются на ней, что позволяет получить на фотоприемнике 10 опорную частоту. Светоделительной пластиной 4 часть луча направляется через светоделительную пластину 14 на уголковые отражатели 16
Целью изобретения является повыше" ние надежности измерения.
Поставленная цель достигается .тем, что двухкоординатный интерферометр для измерения линейных перемещений, выполненный в виде опорного блока, включающего оптически связанные источник излучения, плоские и уголковые отражатели, светоделительные пластины и два фотоприемника, снабжен модуля" тором, выполненным на основе вращающейся дифракционной решетки, и устаи 17, связанные с каретками (не показаны ), перемещающимися соответственно в Х- и У-направлениях. Пройдя через уголковые отражатели !6 и 17, частота излучаемого света приобр тает допплеровский сдвиг 9, 2Ш где Ч - скорость перемещения рабочего органа, С - скорость света.. На светоделительных пластинах 12 и 15 лучи с допплеровским сдвигом смешиваются с частью луча с частотой ю -Я, -что позволяет получить на Фотоприем3 1019233 никах 13 и 18 частоты Я + Я, про" проблемы надежной работы измерителя, порциональные скоростям перемещения,определения направления перемещения рабочего органа по двум координатам. . и повышения точности измерений, расСнимая показания с фотоприемников 10 положение третьего фотоприемника no" и 13, 13 и 18 и интегрируя разност- > зволяет исключить при обработке инфорwe частоты в реверсивном счетчике мации влияние продольного перемвще(не показан ), получают величину пере- ния. мещения рабочего органа станка по двум Интерферометр обладает низкой координатам. чувствительностью к изменению уровня
Использование допплеровского ме- 1О мощности лазерного излучения и воз" тода сравнения, частот позволяет на- .можностью повышения разрешающей споправлять на фотоприемникй весь све- собности за счет умножения частот товой поток, а при использовании мо-,обоих сигналов сравнительно простыми дулятора информация о контролируемом ...радиотехничес ... а иотехническими средствами. перемещении оказывается сосредоточен- is ной в разнице частот сигналов, поэто- Кроме того, в схеме применен сему. изменение уровне :этих си ровней:этих сигналов не рийно выпускаемый многомодовый лазер. оказывает значительного влияния на ре. . Все эти указанные преимущества жим ра ты интерферометра, при
6o . рфе ометра при введе- интерферометра позволяют использовать нии модулятора в схему спектр получа- его на производственном оборудовании в емого сигнала переносится.на раэност- в условиях вибрации с повышением наную частоту, в связи с чем решаются дежности измерения.
Составитель Л. Лобэова
Редактор Т. Кугрышева ТехвелфЕ Харитончик Корректор Е. Рошко
Заказ 3686/33 Тираж 602 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
11 ЗОВ Иоскваа«й"36 Рал(ская наб. «д. 4/
«% 1 3 ъмй«а «««««А«
Филиал ППП "Патент"., r. Ужгород, ул. Проектная, ч
