Устройство для измерения угла поворота объекта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . УГЛА ПОВОРОТА ОНЬЕКТА, содержащее источник излучения, двухлучевой интерферометр , преобразователь угла поворота и регистрирукмдий блок, от ли ч а ю щ её с я тем, что, с целью расширения диапазонаизмеряемых углов, оно снабжено светоделителем и прямоугольной призмой, установленными на выходе излучения Zik/f l7 22 из источника, вторым двухлучевым интерферометром, установленным в световом потоке, отраженном от светоделителя , преобразователь угла поворота вьтолнен в виде оптического клина и установлен на одном валу с контролируемым объектом, соосно с ним, оба интерферометра выполнены идентично и каиодый из них включает оптически связанный светоделитель, в одном потоке излучения от которого расположены прямоугольная призма, кольцевой отражатель и призма-триэдр , а в другом - вторая и третья прямоугольные призмы, кольцевой отражётель и призма-триэдр,,а пара призм-триэдров каждого интерферометра неподвижно располагается мегкду (Л контролируемым объектом и оптическим клином на равном расстоянии от оси вращения вала. g 05 о CD ОЭ OO

„„SU„„,1060938 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 0 01 В .9 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3279850/25-28 (22) 27.04 ° 81 (46) 15.12.83. Бюл. 9 46 (72) В.А.Сойту, Л»З.,Цич и Ю,С.Скворцов . (53) 531.71(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 524075,.кл. G 01 В 9/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 696283, кл. G 01 В 11/26, 1979 (прототип). (54)(57.) УСТРОЙСТВО „ цЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УГЛА ПОВОРОТА 0PbEKTA, содержащее источник излучения, двухлучевой интерферометр, преобразователь угла поворота и регистрирующий блок, о т л .и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых углов, оно снабжено светоделителем и прямоугольной призмой, установленными на выходе излучения из источника, вторым двухлучевым интерферометром, установленным в световом потоке, отраженном от светоделителя, преобразователь угла поворота выполнен в виде оптического клина и установлен на одном валу с контролируемым объектом, соосно с ним, оба интерферометра выполнены идентично и каждый из них включает оптически связанный светоделитель, в одном потоке излучения от которого расположены прямоугольная призма, кольцевой отражатель и призма-триэдр, а в другом — вторая и третья прямоугольные призмы, кольцевой отражатель и призма-триэдр,.а пара призм-триэдров каждого интерферомет-Я ра неподвижно располагается между контролируемым объектом и оптическим клином на равном расстоянии от оси вращения вала. С:

1060938

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к интерференционным устройствам для измерения угла вращения объектов, и может быть использовано в качестве прецизионного датчика угловых перемещений.

Известно устройство для измере-. ния угла поворота объекта, содержащее источник излучения, двухлучевой интерферометр, преобразователь угла поворота и регистрирующий блок.

В.,Хачестве.преобразователя угла поворота в указанном устройстве использован набор цилиндрических .кварцевых дисков, который связан жестко с осью вращения контролируемого объекта, благодаря чему обеспечивается измерение угла вращения до 360 и более 1 °

Недостатком устройства является небольшой диапазон измеряемых углов вследствие малой чувствительности кварцевых дисков к изменению относительной разности хода информационных лучей при их вращении и нелинейности этого изменения, которая прак-. тически не поддается коррекции.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения угла поворота объекта, содержащее источник излучения, .двухлучевой интерферометр, преобразователь угла поворота и регистрирующий блок (2 .

В качестве преобразователя угла поворота в известном устройстве использованы плоские концевые отражатели, которые жестко связываются с осью вращения контролирУемого объекта.

Недостатком известного устройства является небольшой диапазон измерения угла вращения контролируемых объектов, который ограничивается угловым полем зрения зрительной трубы .и как правило не превышает . единиц угловых градусов.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых углов.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения угла поворота объекта, содержащее источник излучения, двухлучевой интерферометр, преобразователь. угла поворота и регистрирующий блок, снабжено светоделителем и прямоугольной призмой, установленными на выходе излучения из источника, вторым двухлучевым интерферометром, установленным в световом потоке, отраженном от светоделителя, преобразователь угла поворота выполнен в виде оптического клина и установлен на одном валу с контролируемым объектом, соосно с ним, оба интерферометра выполнены идентично и каждый из них включает оптически связанные светоделитель, в одном потоке излучения от которого расположены прямоугольная призма, концевой отражатель и призма-триэдр, а в другом — вторая и третья прямоугольные призмы, кольцевой отражатель и призма-триэдр, а пара призм-триэд» ров каждого интерферометра неподвижно располагается между контролируемым объектом и оптическим клином

10 на равном расстоянии от оси вращения вала.

На фиг. 1 и 2 представлены два вэаимноперпендикулярных боковых вида устройства.

15 Устройство содержит источник излучения 1, светоделитель 2,.для формирования второго оптического канала, светоделитель 3 и 4 для формирования двух информациойных лучей в первом и втором интерферометрах, оптический клин 5, являющийся оптическим преобразователем угла поворота и устанавливаемым на одном валу 6 с контролируемым объектом 7, прямоугольные призмы 8 — 14 и приз- .. мы-триэдры 15 - 18, кольцевые отражатели 19 — 22 для возвращения со-,. ответствующего луча в обратном нап" равлении, выполненные в виде заркал с отверстием для пропускания соответствующего информационного луча в оптический клин 5, и регистрирующий блок в виде фотоприемников

23 и 24, первого и второго соответственно интерферометра, и вычислительное устройство (не показано ). !

Устройство работает следующим образом.

Пучок света от источника 1 пада4п ет на светоделитель 2. ПрошЕдший светоделитель 2 луч света образует первый оптический канал, а отраженный от светоделителя 2 луч света образует второй оптический канал.

4 Луч света первого оптического канала претерпевает отражение в прямоугольной призме 3 и направляется в светоделитель 3 первого интерферометра, в котором он делится на два информационных луча.

Один информационный луч (прошедший через светоделитель 3) претерпевает отражения последовательно в прямоугольных призмах 9 и 10, проходит через отверстия в кольцевом отражателе 19, а затем через оптический клин 5 претерпевает отраже- ние в призме-триэдре 15 и направляется смещенным параллельно первоначальному направлению снова в опти-, 60 ческий. клин 5, пройдя который падает на кольцевой отражателю. 19. Так как ксльцевой отражатель 19 расположен перпендикулярно падающему на него информационному лучу, то пос65 ледний возвращается в обратном нап1060938 равлении и попадает на светоделитель 3.

Второй информационный луч (отраженный от светоделителя 3) претерпевает отражение в прямоугольной призме 11, проходит через кольцевой отражатель 20, а затем через оптический клин 5, претерпевает отражение в призме-триэдре 16 и направляется смещенным параллельно первоначальному направлению вновь в оптический клин 5 и, пройдя его, падает на кольцевой отражатель 20. Так как отражатель 20 также расположен перпендикулярно падающему на него информационному лучу, то последний возвращается в обратном направлении и попадает тоже в светоделитель 3.

На светоделительном покрытии светоделителя 3 оба информационных луча первого интерферометра интерферируют друг с другом и направля-. ются в фотоприемник 23.

Принцип действия второго интерферометра аналогичен принципу действия первого интерферометра. Луч света второго оптического канала делится в светоделителе 4 на-два . информационных луча. Один информа-. ционный луч проделывает следующий оптический путь: 12, 13, через отверстие в кольцевом отражателе 21, через оптические элементы 5, 17,5, -21, 5, 17, 5, через отверстие в кольцевом отражателе 21, и через оптические элементы 13, 12 и 4, а второй 14 через отверстие в кольцевом отражателе 22, и через оптические элементы 5, 18, 5, 22, 5, 18, 5 через отверстие в кольцевом отра

I жателе 22, и через оптические элементы 14 и 4, На светоделительном покрытии светоделителя 4 оба информационных луча второго интерферометра интерферируют друг с другом и направляются в фотоприемник 24.

ВычиСлительное устройство (не показано,) обрабатывает информацию, Э полученную из фотоприемников 23 и .

24.

При вращении оптического клина

5 вокруг оси 6 в плоскости, проходящей через ось вращения и центры отверстий кольцевых отражателей 19 и.20 первого интенферометра, так же как и в плоскости, проходящей через ось вращения и центры отверстий кольцевых отражателей 21 и .22 второго интерферометра, происходит изменение толщины оптического клина, а следовательно, и изменение оптичес-!

5 кой длины пути информационных лучей, т.е. в обоих интерферометрах возникает между информационными лучами .относительная разность хода 4

Если принять положение оптического

gQ клина 5, при котором ребро двугранного угла клина параллельно плоскости, проходящей через ось 6 и центры отверстий кольцевых отражателей 19 и 20, за исходное и учитывать, что плоскость, проходящая через ось 6 и центры отверстий кольцевых отражателей 19 и 20, перпендикулярна плоскости, проходящей через ось 6 и центры отверстий кольцевых отражате30 лей 21 и 22,,то при повороте оптического клина на .угол Ч относительно указанного его исходного положения толщина клина в месте прохождения через него, как одного, так

35 второго луча первого интерферометра меняется по закону

t =- k sin Ч (1) Определение угла в предлагаемом устройстве требует совместной обра4О ботки информации, поступающей с регистраторов интерференционной картины первого и второго интерферометов. Каждое отдельно взятое.уравнеров. ние системы, описывающее изменени е

45 разности хода в первом или втором интерферометре, не позволяет однозначно определить углы поворота.

1060938

Составитель Н.Захаренко

Техред O.Heöe Корректор О. Тигор

Редактор В. Ковтун

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10024/41 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5