Устройство для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕКТОРА СМЕЩЕНИЯ ДИФФУЗНО ОТРАЖАЮЩХ ОБЪЕКТОВ, содержащее источник когерентного излучения и последова тельно установленные по ходу излучения спекл-фотографию и приемник излучения, отличающееся тем, что. С целью увеличения диапазона измерения, оно снабжено отклоняющим элементом1 эталонной спекл-фотографией и интерферометро сдвига, последовательно установлен ными между спекл-фотографией и приемником излучения, двумя дополнительными приемниками излучения, один из которых установлен в ходе излучения, прошедшего отклоняющий элемент и интерферометр, другой - в ходе излучения, прошедшего отклоняющий злемент и отраженного от интерферометра , блоком обработки сигналов , входы которого электрически связаны с выходами всех приемников излучения, интерферометр выполнен в виде двух дифракционных решеток, установленных с возможностью одновременного относительного перемещения в направлении, перпендикулярном к штрихам решеток в плоскости расположения этих штрихов и в направлении , перпендикулярном к этой плоскости , дифракционные решетки установлены под углом Брэгга к оптической оси устройства, а спекл-фотографии ориентированы, так, чтобы их плоскости были параллельны плоское- , тям дифракционных решеток.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (I I) g(SI) С Of В 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3541369/25-28 (22) 24.01.83 .(46) 30. 03. 85. Бюл. В 1 2 (72) И.M. Нагибина и В.В. Хопов (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (53) 53 1.781.2 (088.8) (56) 1.Применение спекл-интерферометрии для контроля качества промышленных изделий. Методические указания. Горький, ВНИИНМАШ, 1980, с. 53 ° ными между спекл-фотографией и приемником излучения, двумя дополнительными приемниками излучения, один из которых установлен в ходе излучения, прошедшего отклоняющий элемент и интерферометр, другой — в ходе излучения, прошедшего отклоняющий элемент и отраженнбго от интерферометра, блоком обработки сигналов, входы которого электрически связаны с выходами всех приемников излучения, интерферометр выполнен в виде двух дифракционных решеток, установленных с возможностью одновременного относительного перемещения в направлении, перпендикулярном к штрихам решеток в плоскости расположения этих штрихов и в направлении, перпендикулярном к этой плоскости, дифракционные решетки установлены под углом Брэгга к оптичес кой оси устройства, а спекл-фотографии ориентированы так, чтобы их плоскости были параллельны плоскос,тям дифракционных решеток. (54) (57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЕКТОРА СМЕЩЕНИЯ ДИФФУЗНО ОТРАЖАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу нзлу-! чения спекл-фотографию и приемник излучения, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измерения, оно снабжено отклоняющим элементом; эталонной спекл-фотографией и интерферометром сдвига, последовательно установленФ7

1 " "." ::! Р

ОПИСАНИЕ H306PETEHHf} "::::::::--::::::-::::,:, И

tC ABTOPDCOMV C V

1147927

Изобретение относится к контроль но-измерительной области техники и может быть использовано для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов. 5

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов, содержа- 10 щее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения спекл-Аотрграфию и приемник излучения l1) .

Недостатком известного устройства 15 является невысокий диапазон измерения вектора смещения вследствие шума, вызванного пятнистой структурой когерентного света.

Целью изобретения является увеличение диапазона измерения вектора смещения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения спекл-фотографию и приемник излучения, снабжено, отклоняющим элементом, эталонной спекл-фотографией и интерферометром сдвига, последовательно установленными между спекл-фотографией и приемником излучения, двумя 35 дополнительными приемниками излуче-. ния, один из которых установлен в ходе излучения, прошедшего отклоняющий элемент и интерферометр, другойв ходе излучения, прошедшего откло- 40 няющий элемент и отраженного от интерферометра, блоком обработки сигналов, входы которого электрически связаны с выходами всех приемников излучения, интерферометр выполнен 45 в виде двух дифракционных решеток, установленных с возможностью одновременного относительного перемещения в направлении, перпендикулярном к штрихам решеток в плоскости располо- 50 жения этих штрихов и в направлении, перпендикулярном к этой плоскости, дифракционные решетки установлены под углом Брэгга к оптической оси устройства, а спекл-фотографии ориентиро- 55 ваны так, чтобы их плоскости были параллельны плоскостям дифракционных решеток.

На чертеже представлена схема устройства для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения спекл-фотографию 2 и приемник 3 излучения, последовательно установленные между спекл-фотографией 2 и приемником 3 излучения отключающий элемент 4, эталонную спекл-фотографию 5 и интерферометр сдвига, выполненный в виде двух дифракционных решеток

6 и 7,, два дополнительных приемника

8 и 9 излучения, приемник 8 установлен в ходе излучения, прошедшего отклоняющий элемент, 4 и интерферометр приемник 9 — в ходе излучения, прошедшего отклоняющий элемент 4 и отраженного от интерферометра, блок 10 обработки сигналов, входы которого электрически связаны с выходами приемников 3, 8 и 9, дифракционные решетки 6 и 7 установлены с возможностью одновременного относительного перемещения в направлении, перпендикулярном к штрихам решеток в плоскости расположения этих штрихов, и в направлении, перпендикулярном к этой плоскости„ дифракционные решетки 6 и 7 установлены под углом

Брэгга к оптической оси устройства, а спекл-фотографии 2 и 5 ориентированы так, чтобы их плоскости были параллельны плоскостям дифракционных решеток 6 и 7.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 когерентного излучения освещает спекл-фотографию 2. Для того, чтобы исследовать различные точки поверхности объекта, спеклфотография закреплена на площадке (не показана), которая может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости спеклфотографии. Для определения ориентации вектора смещения площадка и спекл-фотография 2 вращаются с постоянной скоростью вокруг нормали к ним из точки пересечения с оптической осью устройства. Свет, рассеянный спекл-фотографией 2, падает на дифракционные решетки 6 и 7. Одна из них закреплена неподвижно, а вторая жестко связана с параллельным механизмом (не показан), в результате движения которого периодически

11479?7

SHHHGH 3axas 1563/34 Тираж 651 Подписное

Фм™мал ППП Патент, г. Ужгород, ул.Проектная,4 и 9t изменяется расстояние между решетками и относительное положение их штрихов. Частота вращения спеклфотографии 2 значительно меньше частоты колебаний параллелограммного механизма. Приемник 3 излучения регистрирует контраст интерференционных полос, который меняется в процессе вращения спекл-фотографии 2.

В результате на выходе приемника 10, 3 излучения формируется серия радиоимпульсов. Временное положение вершины импульса с максимальной амплитудой .относительно начала вращения площадки определяет ориентацию век- 15 тора смещения, а расстояние между решетками f. и 7 в этот момент времени однозначно связано с величиной модуля вектора смещения.

Расстояние между решетками 6 и 7 20 интерферометра сдвига измеряется в,, каждый момент времени с помощью эталонного канала устройства, состоящего из отклоняющего элемента 4, эталонной спекл-фотографии 5, приемни-. д ка 8 и приемника 9, который регистрирует относительное изменение расстояние между решетками интерферометрическим путем. Отклоняющий элемент 4

7 в качестве которого можно использовать зеркало, призму или дифракционную решетку, отклоняет пучок недифрагированного иа спекл-AoToFpRAHH 2 света. Этот пучок света освещает эталонную спекл-фотографию 5 на коЭ 35 торой зарегистриповано известное смещение диффузионного объекта, причем вектор смещение ориентирован перпендикулярно штрихам решеток 6 и 7 интерферометра сдвига. РазмерЫ 40 отклоняющего элемента 4 и эталонной спекл-фотографии 5 равны диаметру освещающего пучка.

Центральйая область приемника экранирована для фильтрации света,нерассеянного эталонной спекл-фотографией 5.

В момент времени, когда расстояние между решетками 6 и 7 соответствует величине эталонного вектора 50 смещения амплитуда сигнала на выходе приемника 8 становится максимальной.

Измеряя изменение расстояния между решетками 6 и 7 путем подсчета импульсов с выхода приемника 9 с этого момента времени, можно измерять абсолютную величину расстояния между решетками.

Эта операция осуществляется при помощи блока 10 обработки сигналов, изменяющего временной интервал между вершинами радиоимпульсов, формируемых на выходе приемников 3 и 8. Для определения временного положения вершин радиоимпульсов, поступающих с приемников 3 и 8, в блоке 10 осуществляется дифференцирование огибающей этих импульсов и затем *ормируется импульс, длительность которого равна временному интервалу между вернинами радиоимпульсов.,длительность .. этого импульса измеряется счетчиком, на вход которого приходят импульсы счета с приемника 9. Таким образом, счетчик регистрирует изменение расстояния между решетками 6 и 7 от момента появления сигнала в эталонном канале до момента времени, при котором происходит совпадение в пространстве соответственных лучей,, распространяющихся от исследуемой спекл-фотографии 2. Так как расстоя- ние между решетками 6 и 7, соответствующее появлению вершины импульса с приемника 3 известно, можно определить абсолютное расстояние h между решетками 6 и 7, соответствующее временному положению вершины сигнала с приемника 4.

Модуль вектора смещения определяется в соответствии с выражением

2 sino h

cos x где с — угол Брэгга для ди фракционных решеток 6 и 7.

Таким образом, такое выполнение устройства для измерения вектора смещения позволяет получить значение апертурного угла наблюдения порядка 0,1 рад, что приводит к уменьшению влияния спекл-шумов на результаты измерения и подъему верхней границы диапазона измерения.