Устройство для измерения перемещений

 

Устройство для измерения перемещений может быть использовано Для высокоточного измерения перемещений различных объектов. Целью изобретения является повьшение точности измерения за счет уменьшения влияния изменения постоянных составлякицих в сигналах, снимаемых с фотоприемников . Источник 1 монохроматического излучений направляет на интерферометр поток излучения. При сканировании опорной и измерительной интерференционных картин относительно фотоприемников 10 и 11 с помощью блока 9 сканирования, управляемого генератором 23 пилообразного напряжения, на фотоприемниках 10 и 11 формируются сигналы. Формирователи 12 и 15 формируют прямоугольные сигналы. Блоки 18, 19, 20 и 21 формируют короткие импульсные сигналы по передним и задним фронтам. Блок 24 измеряет временной интервал между передними фронтами сигналов, формируемых формирователями 12 и 15, а блок 34 - между задними фронтами. Полусумма временных интервалов, преобразованная в цифровой код, вычисляется сумматором 35. Блок 36 измеряет временной интервал, соответствуюпщй периоду опорных сигналов, снимаемых с фотоприемника 10, Блок 37 деления вычисляет отношение цифровых кодов , соответствующих смещению двух интерференционных картин друг относительно , друга, отнесенное к периоду опорной интерференционной картины . 4 ил. М ГО со со о 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН

151) У С 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

РЫТ (21) 3706740/24-28 (22) 05.03.84 (46) 15.06.86. Бюл. Ф 22 (72) Ю.В. Мищенко (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 362468, кл. Н 03 К 13/20, 1971

Авторское свидетельство СССР

И 991153, кл. С 01 В 11/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Устройство для измерения перемещений может быть использовано для высокоточного измерения перемещений различных объектов. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения влияния изменения постоянных составляющих в сигналах, снимаемых с фотоприемников. Источник 1 монохроматического излучений направляет на интерферометр поток излучения. При сканировании опорной и измерительной интерференционных картин относительно

„„S0„„1237908 А1 фотоприемников 10 и 11 с помощью блока 9 сканирования, управляемого генератором 23 пилообразного напряжения, на фотоприемниках 10 и i 1 формируются сигналы. Формирователи 12 и 15 формируют прямоугольные сигналы.

Блоки 18, 19, 20 и 21 формируют короткие импульсные сигналы по передним и задним фронтам. Блок 24 измеряет временной интервал между передними фронтами сигналов, формируемых формирователями 12 и 15, а блок 34— между задними фронтами. Полусумма временных интервалов, преобразованная в цифровой код, вычисляется сумматором 35. Блок 36 измеряет временной интервал, соответствующий периоду опорных сигналов, снимаемых с фотоприемника 10. Блок 37 деления вычисляет отношение цифровых кодов, соответствующих смещению двух интерференционных картин друг относительно, друга, отнесенное к периоду опорной интерференционной картины. 4 ил.

10

4D

9 12

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь.зовано в высокоточных измерителях линейных перемещений.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения влияния изменения постоянных составляющих в сигналах, снимаемых с фотоприемников.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2— оптическая схема интерферометра; на фиг. 3 — функциональная схема блока измерения временного интервала; на фиг. 4 — временные диаграммы сигналов на выходе отдельных блоков.

Устройство содержит оптически связанные источник 1 монохроматического излучения, интерферометр 2 с измерительным и опорным каналами, состоящий (фиг. 2) из полупрозрачных светоделительных пластин 3, 4, 5, зеркала 6, установленного в опорном канале, зеркала 7, установленного в измерительном канале и скрепленного с объектом, сканирующее зеркало 8, блок 9 сканирования со сканирующим зеркалом 8, фотоприемники 10, 11, установленные в плоскости формирования опорной и измерительной интерференционных картин, формирователь 12, состоящий из дифференцирующей цепочки 13, вход которой подключен к фотоприемнику 10, нуль-oprан 14, вход которого подключен к выходу дифференцирующей цепочки 13, формирователь 15, состоящий из дифференцирующей цепочки 16, вход котсрой подключен к фотоприемнику 11 нуль †орг 17, вход которого подключен к выходу дифференцирующей цепочки 16, блоки 18, 19 выделения переднего и заднего фронтов опорного сигнала, входы которых подключены к выходу нуль-органа 14, блоки 20, 21 выделения переднего и заднего фронтов измерительного сигнала, входы которых подключены к выходу нуль †органа 17, генератор 22, генератор 23 пилообразного напряжения,, выход которого соединен с блоком 9 сканирования, первый блок 24 измерения временного интервала, состоящий (фиг. 3) из триггера 25, вход С которого подключен к выходу .блока 18 выделения переднего фронта опорного сигнала, триггера 26, вход С которого подключен к выходу блока 20 выделения переднего фронта измерительного сигна37908 2,ла, вход D триггера 26 подключен к прямому выходу триггера 25, элемента И 27,, входы которого подключены к прямому выходу триггера 25, инверсному выходу триггера 26 и генератору ?2,, последовательно соединенных инвертора 28, дифференцирующей цепи 29, инвертора 30, вход инвертора

28 подключен к инверсному входу триггера 26, триггер 31, прямой выход которого соединен с R-входами триггеров 25, 26, компаратор 32, первый вход которого подключен к выходу генератора 23 пилообразного напряже1 ния, а выход соединен с входом С триггера 31, источник 33 опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом компаратора 32, второй блок 34 измерения временного интервала, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам блока 19 выделения заднего фронта опорного сигнала, блока 21 выделения заднего фронта измерительного сигнала, генератору 22 и генератору 23 пилообразного напряжения, сумматор 35, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков 24, 34 измерения временного интервала, блок 36 измерения периода, первый, второй и третий входы которого подключены со— ответственно к выходу блока 18 выделения переднего фронта опорного сигнала, генератору 22, генератору 23 пилообразного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Монохроматический поток излучения, формируемый источником 1 монохроматического излучения, направляется на светоделительную пластину 3, входящую в интерферометр 2, делящую поток излучения на два пучка света.

Первый пучок света падает на светоделительную пластину 4 и разделяется на два пучка. Пучок света, прошедший светоделительную пластину 4, отражается от зеркала 6 и в обратном ходе падает на светоделительную пластину 4. Пучок света, отраженный от. светоделительной пластины 4, отражается от зеркала 8, связанного с блоком 9 сканирования, и в обратном ходе падает на светоделительную пластину 4, на которой формируется опорная интерференционная картина, пре123 7908 ными блоками 18, 20 выделения передних фронтов в последовательность им3 образуемая фотоприемником 10 в электрический сигнал опорного канала.

Второй пучок света, полученный при отражении от светоделительной пластины 3, падает на светоделительную пластину 5 и разделяется на два пучка. Отраженные от зеркала 7, связанного с объектом, и зеркала 8 пучки света в обратном ходе падают на светоделительную пластину 5, на gp которой формируется измерительная интерференционная картина, преобразуемая фотоприемником 11 в электрический сигнал измерительного канала.

Генератор 23 пилообразного напряжения формирует сигнал пилообразной формы, поступающий на блок 9 сканирования, осуществляющий перемещение зеркала 8.

При перемещении зеркала 8 на

20 выходе фотоприемников 10, 11 формируется изменяющийся по амплитуде сигнал, состоящий из постоянной переменной составляющих.

Сдвиг фаз переменных составляющих 2 электрических сигналов измерительного и опорного каналов одна относительно другой несет информацию о смещении интерференционных картин в измерительном и опорном каналах интерферометра 2 одна относительно другой, т,е. о величине перемещения объекта.

Электрические сигналы, снимаемые с фотоприемников 10, 11, дифференцируются дифференцирующими цепочками

13, 16, входящих в формиров атели

12, 15.

Сигналы, снимаемые с дифференцирующих цепочек 13, 16, формируются в прямоугольные сигналы нуль-орга4О нами 14, 17.

Прямоугольный сигнал, снимаемый с нуль-органа 14, поступает на входы блоков 18, 19 выделения переднего и заднего фронтов, формирующих передние импульсы по переднему и заднему фронтам сигнала, поступающего с нуль-органа 14.

Прямоугольный сигнал, снимаемый с нуль-органа 17, поступает на входы sp блоков 20, 21 выделения переднего и заднего фронтов, формирующих короткие импульсы по переднему и заднему фронтам сигнала, поступающего с нуль-органа l7. 55

Блок 24 измерения временного интервала преобразует временной интер вал t< между импульсами, сформированпульсов, число импульсов которых пропорциональна временному интервалу

Импульсный сигнал, поступающий с генератора 23 пилообразного напряжения в начале сканирования интерференционной картины, поступает на первый вход компаратора 32, на второй вход которого поступает опорное напряжение с источника 33 опорного напряжения.

После окончания переходных процессов компаратор 32 формирует импульсы, преобразующие триггер 31, формирующий на прямом выходе сигнал "Jloгическая 1", поступающий на входы Й триггеров 25, 26.

Импульсный сигнал, формируемый блоком 18 выделения переднего фронта, перебрасывает триггер 25, формирующий на прямом выходе сигнал Логическая 1", поступающий на логический элемент И 27, на который также поступают сигнал "Логическая 1" с инверсного выхода триггера 26 и импульсы с генератора 22. На выходе логического элемента И 27 формируется импульсная последовательность, поступающая на сумматор 35.

Импульсный сигнал, формируемый блоком 20 выделения переднего фронта, перебрасывает триггер 26, на

D-вход которого поступает сигнал

"Логическая 1" с прямого выхода триггера 25. Ila инверсном выходе триггера 26 формируется сигнал "Логический 0", запирающий логический элемент И 27. Сигнал "Логический 0" инвертируется инвертором 28, дифференцируется дифференцирующей цепью

29, инвертируется инвертором 30 и поступает на вход R триггера 3 1, перебрасывая его. На прямом выходе триггера 31 формируется сигнал "Логический 0", сбрасывающий триггеры

25, 26. На этом цикл преобразования блока 24 измерения временного интервала заканчивается, Аналогично работает блок 34 измерения временного интервала, осуществляющий преобразование временного интервала tg между импульсами, сформированными блоками 19, 21 выделения задних фронтов в последовательность импульсов, поступающую в сумматор 35.

5 12379

Сумматор 35 формирует цифровой код, величина которого ранна полусумме числа импульсов, поступающих на его входы, и связана с пространственным положением интерференцион5 ной полосы измерительного канала относительно пространственного положения интерференционной полосы опорного канала.

Величина кода, формируемого сум- 10 матором 35, в малой степени зависит от изменения начальной фазы смещения интерференционных полос, приводящего к изменению величины постоянной составляющей и изменению длительностей импульсов, снимаемых с выходов формирователей 12, 15. При изменении начальной фазы смещения интерференционных полос длительность одного из сигналов, формируемых, например, 20 формирователем 14, возрастает, в то время как длительность сигнала, формируемого формирователем 15, убывает, а полусумма временных интервалов между передними и задними фронтами 25 остается неизменной.

Цифровой код с выхода сумматора 35 поступает на вход "Делитель" блока

36 деления.

Период между импульсами опорного канала, формируемого блоком 18 выделения переднего фронта, преобразуется блоком 36 измерения периода в цифt ровой код, поступающий на вход "Делитель" блока 37 деления.

Блок 37 деления осуществляет деление цифрового кода, поступающего с сумматора 35, на цифровой код, поступающий с блока 36 измерения 40 периода. Результат деления пропорционален смещению интерференционной картины измерительного канала относительно интерференционной картины опорного канала, т.е. величина перемещения объекта не зависит от скорости сканирования зеркала 8, входящего в интерферометр 2.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения за счет уменьшения влияния начальной фазы смещающихся интерференционных полос в сканирующих интерферометрах, 08 Ь формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее оптически связанные источник монохроматического излучения, интерферометр с измерительным и опорным каналами, сканирующее зеркало, установленное в измерительном и опорном каналах интерферометра, блок сканирования, связанный со сканирующим зеркалом, генератор пилообразного напряжения, подключенный к блоку сканирования, два фотоприемника, установленных в плоскостях формирования интерферечционных картин, два формирователя, входы которых подключены к фотоприемникам, два блока выделения переднего фронта опорного и измерительного сигналов, входы которых подключены к выходам формирователей, генератор импульсов, первый блок измерения временного интервала, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам двух блоков выделения переднего фронта опорного и измерительного сигналов, генератору импульсов и генератору пилообразного напряжения, блок измерения пе— риода, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого блока выделения переднего фронта опорного сигнала, генератору импульсов и генератору пилообразного напряжения, блок деления, вход Делитель" которого подключен к выходу блока измерения периода,отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено двумя блоками выделения заднего фронта опорного и измерительного сигналов, входы которых подключень> к выходам формирователей, вторым блоком измерения временного интервала, первый, второй., третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам (>локон выделения заднего фронта опсрнс>го и измерительного сигналов, генератору импульсов и генератору пилообразного напряжения, сумматором, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков измерения временного интервала, выход сумматора соединен с входом Делимое" блока деления.

1237908

I

1 ! !

35

1?37908

07б

У79

Составитель Т. Айсин

Редактор Н. Швыдкая Техред Л.Олейник Корректор О. Луговая

Заказ 3277/41 Тираж б70 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4