Интерференционное устройство для дистанционного измерения малых перемещений

 

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩНИЙ, содержащее лазер светоделитель,дел5щий световой пучок на опорную и рабочую ветви,отражатель , выполненный в виде плоского . зеркала и установленный в опорной . ветви, отражатель,установленный в рабочей ветви, и блок фоторегистрации , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения , отражатель, установленный в рабочей ветви выполнен в виде, вогнутого сферического зеркала с фокусным расстоянием,равным половине минимального расстояния между светоделителем и отражателем рабочей ветви. S со 00 Од 4 Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

004M

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДД П!ЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Д и (2i) 3625442/18-28 (22) 27.07.83 (46) 07 ° 02.85. Бюл.В 5 (72) Ю,В.Мищенко (53) 531.715.1 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Ф 814483 кл.G 01 В 9/02,1981

2. Коломийцев Ю.В,Интерферометры, Л.,"Машиностроение",1976, с.184-186. (54)(57) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ,содержащее лазер, светоделитель,делящий световой пучок

„Я0„„1138642 А

4(51) G О1 В 9/02; G 01 В 11/00 на опорную и рабочую ветви,отражатель, выполненный в виде плоского зеркала и установленный в опорной .: ветви, отражатель, установленный в рабочей ветви, и блок фоторегистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, отражатель, установленный в рабочей ветви, выполнен в виде. вог нутого сферического зеркала с фокусным расстоянием, равным половине минимального. расстояния между светоделителем и отражателем рабочей ветви, 1138642

Ф

Изобретение относится к измери= тельной технике, в частности к дистанционному измерению малых перемещений, и может быть использовано в производстве высокочастотных измерительных систем координатно-измери тельных машин, инструментальных и микроскопов и прецизионных станков.

Известно интерференционное устройство для измерения перемещений, 10 содержащее лазер, светоделитель,делящий световой. поток на две ветви,два уголковых отражателя, установленный . в этих ветвях,светосоединитель, три линзы и блок фоторегистрации, и поз- l5 воляющее выравнивать площади поперечных сечений интерферируюцих пучков в плоскости блока фоторегистрации, что повышает контрастность результирующей интерференционной картины и сни-. 20 жает влияние на точность измерения шумов электронного тракта Г) ).

Однако особенности геометрии оптической схемы такого устройства не позволяют испольэовать его для дис- 25 танционных измерений перемещений, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является интерференционное устройство для дистанционного измерения малых пере- ЗО мещений,содержащее лазер,светоделитель, делящий световой пучок на опорную и рабочую ветви, отражатель,выполненный в виде плоского зеркала и установленный в опорной ветви,отра35 жатель,установленный в рабочей ветви и выполненный в виде плоского зеркала, и блок фоторегистрации f2), Однако известное устройство не обладает высокой точностью измерений„ так как из-эа существенного различия длин ;"леч могут резко отличаться кривизны фронтов интерферирующих пучков что при конечных размерах 45 апертуры фотоприемника блока фоторегистрации приводит к большим фазовым погрешностям измерения, Кроме того вследствие различия длин плеч могут существенно отличаться площади поперечных сечений интерферирую щих пучков, приводя к снижению контрастности результирующей интерференционной картины н возрастанию влияния на результат измерения шумов элект.»

Б5 ронного тракта.

Цель изобретения — повышение точ» ности измерения. а

Поставленная цель достигается тем, что в интерференционном устройстве для дистанционного измерения малых перемещений, содержащем лазер, светоделитель, делящий световой пучок на опорную и рабочую ветви, отражатель, выполненный в виде плоского зеркала и установленнь»й в опорной ветви, отражатель,установленный в рабочей . ветви, и блок фоторегистрации, отражатель,установленный в рабочей ветви,выполнен в виде вогнутого сферического зеркала с фокусным расстоянием,равным половине минимального расстояния между светоделителем и отражателем рабочей ветви, На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого интерференци" онного устройства для дистанционного измерения малых перемещений.

Устройство содержит лазер l,ôîðмирующий когерентный слаборасходящийся световой пучок,светоделитель 2, делящий световой пучок на опорную и рабочую ветви, отражатель 3,выполненный в виде плоского зеркала и установленный в опорной ветви, отра« жатель 4,установленный в рабочей ветви и выполненный в виде вогнуто-го сферического зеркала с фокусным расстоянием (F. — фокус этого зеркала), равным половине минимального расстояния между светоделителем 2 и отражателем; 4 рабочей ветви, и блок S ..фоторегистрации,осуществляю- щий регистрацию интенсивности светового потока в результирующей интерференционной картине, Кроме того, устройство содержит преобразователь 6 перемещений отражателя З,предназначенный для организации процесса интерференционной модуляции, блок 7 управления преобразователем 6 перемещений, выход которого соединен с входом преобразователя 6 перемещений, и блок 8 обработки информации, первый вход которого. соединен с выходом блока 5 фоторегистрации, а второй вход соединен с выходом блока 7 управления. Отражатель 3 жестко скреплен с преобразователем 6 перемещений, а отражатель 4 жестко крепится на перемещающемся объекте 9, Устройство работает следующим образом.

Когерентный слаборасходящнйся световой пучок, формируемый лазеЕ(1.„+,) 4 где 1 . — расстояние от плоскости

1г перетяжки лазера 1 до свето делителя 2;

t0 — расстояние от светоделителя до отражателя 4.

Следовательно, эквивалентное расстоЯЙие L щ от этой точки До IIJIoc кости регистрации ин ерференцион15 ной картины составляет аж .651 Подписное од, ул.Проектная,4

3 1138 ром 1,поступает. на светоделитель 2, разделяющий его на два пучка с приблизительно равными интенсивностями, Световой пучок, поступающий в "опорную ветвь, отражается от отражателя 3 и возвращается к светоделителю 2. В результате периодического перемещения отражателя 3, создаваемого при помощи преобразователя 6 перемещения и блока 7 управления, фаза этого пучка также изменяется по периодическому закону, Световой пучок, поступающий в рабочую ветвь, отражается от отражателя 4,укрепленного на перемещающемся объек те 9, и также возвращается к светоделителю 2, Далее оба пучка интерферирувт с Образованием реэультирукищей интерференционной картины в плоскости регистрации блока 5 фоторегистрации. В результате модуляции фазы пуска в опорной ветви периодически изменяется уровень интенсивности светового потока в центре интерференционной картины, д

Фокусное расстояние для отражателя в виде вогнутого сферического зеркала выбирается таким образом, что кривизны волновых фронтов интерферирующих пучков слабо отличаются одна от другой и площади поперечных сечений интерферирующих пучков вобласти регистрации приблизительно совпадают. Таким условиям соответствует выполнение вогнутого сфери35 ческого зеркала с фокусным расстоянием f, равным половине минималь-, ного расстояния между светоделите-. лем 2 и отражателем 4.

Блок 5 фоторегистрации преобра- 4О зует световой поток ийтерференционной картины в электрический сигнал, s фазе которого заложена информация о перемещении контролируемого объек та 9. Измерение фазы электрического 45 сигнала осуществляется методами цифровой информации. В качестве опорного электрического сигнала может использоваться сигнал с выхода блока 7 управления. 50

С целью повышения точности измере ний в рабочей ветви устанавливается вогнутое сферическое зеркало с фокусным расстоянием Е . При этом эквивалентное иэображение лазера дпя рабочей ветви переходит в точку, отЗаказ 10674 30 Тир

Фааиал таит, г. Ужгор

642 4 стоящую от вогнутого сферического зеркала на расстоянии Х, равном

Ц4„1,)

ЗКЬ- "гг 1 +,. Я

1 4

Е(1.„++L )

L =L .гi +L =L ькв e t s l +

I где L — расстояние от светоделите-

3 ля 2 до плоскости регистра" ции;

L< — ра .стояние от светоделите.ля 2 до отражателя 3.

Для того, чтобы кривизны волновых фронтов интерферирующих пучков быпи приблизительно,одинаковы,необходимо чтобы

При 1„ ) 1. имеем Е = †" . Сле"

Ф 2 довательно,фокусное расстояние отражателя 4 должно выбираться равным половине минимального расстояния от светоделителя 2 до отражателя 4 рабочей ветви. При выборе Е = . 2 в предлагаемом интерференционном устройстве площади поперечных сечений интерферирующих пучков приблизительно одинаковы, что позволяет полу чить высококонтрастные изображения интерференционной картины и существенно снизить влияние шумов электронного тракта.

Таким образом,в предлагаемом интерференционном устройстве для дистанционного измерения малых перемещений обеспечивается измерение необходимого параметра с высокой точностью измерения, которая может быть доведена до 0,002 интерференционной полосы.