Устройство для воспроизведения углов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве образцового средства для аттестации высокоточных автоколлимационных угломерных прибог ров. Цель изобретения - повышение . точности измерений. Параллельный пучок лучей лазера 2 разделяется светоделителем 3 на два пучка, которые после отражения от зеркал 4, 5 и зеркала модулятора 6 оптической разности хода попадают на концевые отражатели 10, 11, 12, 13, размещенные на поворотной пластине 7 и дополнительной неподвижной пластине 8. Пучки лучей, отраженные от отражателей 10, 11, образуют за светоделителем 3 основную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 14. Величина углового смещения поворотной пластины 7 определяется числом интерференционных полос, прошедших через фотоприемник 14, связанный с блоком 16 управления . Воспроизведение угла поворота осуществляется с помощью блока 16 управления, связанного с исполни1А (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51) 4 С 01 В 11/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г)О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4124587/24-28 (22) 25.09.86 (46) 30.09.88. Бюп. 1(36 (72) А.Г. Коробкин, В.А. Брда и Б.А, Лихтциндер (53) 681. 787(088.8) (56) Измерительная техника, 1984, М 12, с. 11-13. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

УГЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве образцового средства для аттестации высокоточных автоколлимационных угломерных прибо-, ров. Цель изобретения — повьппение точности измерений. Параллельный пучок лучей лазера 2 разделяется светоделителем 3 на два пучка, которые после отражения от зеркал 4, 5 и зеркала модулятора 6 оптической разности хода попадают на концевые отражатели

10, 11, 12, 13, размещенные на поворотной пластине 7 и дополнительной неподвижной пластине 8. Пучки лучей, отраженные от отражателей 10, 11, образуют эа светоделителем 3 основную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 14. Величина углового смещения поворотной пластины

7 определяется числом интерференционных полос, прошедших через фотоприемник 14, связанный с блоком 16 управления . Воспроизведение угла поворота осуществляется с помощью блока

16 управления, связанного с исполни1427174 тельным устройством.9. Пучки лучей, отраженные от концевых отражателей

12, 13, образуют дополнительную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 15. Сигнал с выхода фотоприемника 15 преобразуется

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве образцового средства для аттестации высокоточных автоколлимационных угломерных приборов.

Цель изобретения — повышение точности воспроизведения углов.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства для воспроизведения углов; на фиг. 2один из вариантов структурной схемы блока управления.

Устройство содержит инерционное основание 1 с размещенным на нем интерферометром Майкельсона, включающим лазер 2, светоделитель 3 и зеркала 4 и 5 интерферометра, модулятор

6 оптической разности хода, выполненный например В Виде зеркала закре пленного на пьезоэлектрическом элементе, поворотную пластину 7, дополнительную пластину 8 и привод 9 разворота пластины 8. Плоскость дополнительной пластины размещена под задан- 2с ным углом (90 - ) к плоскости враще" ния поворотной пластины (ось вращения ! обозначена 0-0 ). Два концевых отражателя 10 и 11 интерферометра разме- щены на поворотной пластине 7, другие два концевых отражателя 12 и 13 на дополнительной пластине 8. На выходе интерферометра расположены осно" вной 14 и дополнительный 15 фотоприемники, снабженные щелевыми диафрагма ми, причем основной фотоприемник 14 З5 расположен по ходу лучей, отраженных от концевых отражателей 10 и 11 пластины 7, а дополнительный фотоприемник 15 расположен по ходу лучей, от" . раженных от концевых отражателей 12 и 13 пластины 8. Устройство содержит также блок 16 управления, источник

17 модулирующега напряжения, синхронный детектор 18 и сумматор 19. синхронным детектором 18 и поступает через сумматор 19 на модулятор б оптической разности хода, на который также через сумматор 19 подается синусоидальный сигнал от источника 17 модулирующего напряжения. 2 ил.

Сигнальный вход блока 16 управления с о един ен с основным ф отопри емни ком

14, вход синхронизации — с выходом источника 17 модулирующего напряжения, а выход — с дополнительным пово-. ротным устройством 9. Сигнальный вход синхронного детектора 18 соединен с дополнительным фотоприемником 15, вход синхронизации — с источником 17 модулирующего напряжения, выход — с первым входом сумматора 19 второй вход которого соединен с источником

17 модулирующего напряжения, а выход — с модулятором 6 оптической разности хода. Аттестуемый автоколлимационный прибор устанавливается перед отражающей поверхностью поворотной пластины 7 на основании 1 (позиция

А на фиг. 1). Блок 16 управления (фиг. 2) содержит счетчик 20 интерференционных полос, подключенный к одному иэ входов цифровой схемы 21 сравнения, на другой вход которой подается цифровой код угла Ц, который необходимо воспроизвести. Выход схемы 21 сравнения соединен с первым входом сумматора 22, второй вход которого подключен к выходу синхронного детектора 23, при этом сигнальный вход блока 16 управления подключен к входу счетчика 20 интерференционных полос и синхронного детектора 23, а вход синхронизации — к одноименному входу детектора 23. В ряде случаев счетчик 20 для повышения помехоустойчивости может иметь вход синхронизации, соединенный с одноименным входом блока 16 управления.

Устройство для воспроизведения yr,Ф лов работает следующйм образом.

Угловое перемещение поворотной пластины 7 контролируется с помощью интерферометра Майкельсона путем подсчета числа интерференционных полос, 1427174 прошедших через щель основного фотоприемника 14. Принцип работы интерферометра заключается в том, что параллельный пучок лучей лазера 2 раз5 деляется светоделителем 3 на два пучка, которые после отражения от зеркал 4 и 5 и зеркала модулятора 6 попадают на концевые отражатели 10-13, размещенные на поворотной пластине

7 и дополнительной пластине 8. Пучки, отраженные от концевых отражателей 10 и 11, возвращаясь по тому же пути, образуют за светоделителем 3 основную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 14. При повороте пластины 7 изменяется разность хода лучей в ветвях интерферометра, происходит перемещение основной интерференционной картины и изменение сигнала на выходе фотоприемника 14. Величина углового смещения пластины 7 определяется числом интерференционных полос, прошедших через фотоприемник 14. Для определения направления перемещения и числа прошедших полос в интерферометре осуществляется модуляция оптической разности хода пучков модулятором 6 по синусоидальному закону.

Воспроизведение угла поворотной пластиной 7 осуществляется под управлением блока 16 управления следующим образом: в блоке 16 управления набирается код заданного числа интер" ференционных полос Q, соответствую- 35 щий желаемому углу воспроизведения с учетом знака; исполнительное устройство 9 перемещает поворотную пластину 7, одновременно в блоке 16 подсчитывается число интерференционных 4О полос, перемещающихся в поле зрения фотоприемника 14,и сравнивается с заданным значением Я; после совпадения подсчитанного числа полос с заданным система переходит в следящий 45 режим, исполнительное устройство 9 поддерживает положение пластины 7, соответствующее совмещение центра заданной интерференционной полосы с центром щели фотоприемника 14, 50

Дискретность воспроизведения угла соответствует перемещению на одну интерференционную полосу (реально

О, 1-0,5, угловых секунд) . На перемещение интерференционной картины 55 влияют и дестабилизирующие факторы: нестабильность положения зеркал 4 и 5, связанная с температурами, остаточными и другими деформациями оправ и основания 1; дрейф постоянной составляющей модулятора 6 оптической разности хада; изменение показателей преломления рабочего пространства.

Для исключения влияния этих факторов на точность воспроизведения углов в устройство введен дополнительный канал стабилизации. Его работа заключается в следующем. Часть пучков интерферометра, отраженная от концевых отражателей 12 и 13 дополнительной пластины 8, образует дополнительную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 15. Расположение дополнительной пластины 8 под заданным углом к пластине 7 обеспечивает пространственное разнесение основной и дополнительной интерференционных картин. Поскольку дополнительная пластина 8 жестко связана с основанием

1, то перемещение дополнительной интерференционной картины связано не с поворотом пластины 7, а только с влиянием дестабилизирующих факторов.

Синхронный детектор 18 измеряет фазу перемещения дополнительной интерференционной картины. Напряжекие на выходе детектора 18 равно нулю при совпадении центра интерференционной полосы, к которой осуществляется привязка, с центром щели фотоприемника

15 (отсутствие первой гармоники при симметричном модулируюшем сигнале источника 17) и имеет соответствующую величину и знак при их смещении.

Напряжение с выхода детектора I8 суммируется о модулирующим напряжением на сумматоре 19 и поступает на модулятор 6 оптической разности хода, стабилизируя центр интерференционной полосы относительно щели дополнительного фотоприемника 15. Учитывая, что дестабилизирущие факторы действуют практически одинаково на обе интерференционные картины, в устройстве достигается исключение влияния этих факторов на основную интерференциокную картину, смещение которой в данном устройстве связано только с угловым перемещением поворотной пластинй 7, и тем самым достигается высокая точность воспроизведения углов.

Блок 16 управления (фиг. 2) работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на счетчик 20 интерференционных полос. С выхода счетчика 20 цифровой код чи14271 74 ния. сла интерференционных полос „прошедших через щель фотоприемника 14, поступает на вход схемы 21 сравнения.

На другой вход схемы 21 сравнения оператором или автоматически пода5 ется код заданного числа интерференционных полос Q, соответствующий требуемому углу воспроизведения, На выходе схемы 21 сравнения формируется

Постоянный сигнал, знак которого соответствует разности входных кодов.

С выхода схемы 21 сравнения сигнал поступает на сумматор 22, на другой .:вход сумматора 22 поступает сигнал с выхода синхронного детектора 23, принцип действия которого аналогичен детектору 18. Сумматор 22 имеет чувствительность по первому входу значительно выше, чем по второму, поэтому при несовпадении заданного и пройденного числа полос выходной сигнал сумматора 22 определяется выход:ным сигналом схемы 21 сравнения и ,:осуществляет через исполнительное устройство 9 поворот пластины 7. При совпадении числа полос сигнал с выхода схемы 21 сравнения равен нулю и сигнал с выхода сумматора 22 определяется выходным сигналом детектора

23, осуществляя через исполнительное

30 поворотное устройство 9 стабилизацию местоположения поворотной пластины 7.

В предлагаемом устройстве для вос- 35 произведения углов в качестве инерционного основания может быть использована чугунная плита, поворотная и опорная пластины выполнены из кварца, а концевые отражатели получены путем зеркального покрытия пластин.

В качестве модулятора оптической разности хода может быть использован, например, пьезоэлектрический элемент с закрепленным на. нем зеркалом. Исполнительное поворотное устройство может быть выполнено в виде электродвигателя постоянного тока с редуктором с дифференциальным винтом. Для повьппения точности позиционирования 50 на конце дифференциального винта может быть закреплен управляемый пьезоэлектрический элемент. В качестве фотоприемников могут быть использованы фотодиоды, а источник модулирующего напряжения выполнен в виде генератора синусоидального напряжеФормула изобретения

Устройство для воспроизведения углов, содержащее основание, установленный на нем интерферометр Иайкельсона, установленную с возможностью разворота вокруг оси, параллельной ее плоскостям, плоскопараллельную пластину, имеющую два зеркально отражающих участка поверхности, которые являются концевыми отражателями интерферометра и размещены в его соответствующих плечах, модулятор.оптической разности хода лучей, установленный в одном из плеч интерферометра, источник модулирующего напряжения, связанный с модулятором, фотоприемник, расположенный на выходе излучения иэ интерферометра, и блок управления, сигнальный вход которого соединен с фотоприемником, вход синхронизации соединен с источником модулирующего напряжения, а выход соединен с приводом разворота пластины, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности воспроизведения углов, оно снабжено жестко закрепленной на основании второй плоскопараллельной пластиной с двумя аналогичньпя концевыми отражателями, расположенными в соответствующих плечах интерферометра, вторым фотоприемником, установленным на выходе интерферометра по ходу лучей, отраженных от третьего и четвертого кольцевых отражателей, синхронным детектором и сумматором, сит нальный вход синхронного детектора соединен с вторым фотоприемником, вход синхронизации соединен с источником модулирующег о напряжения „а выход ч ер еэ сумматор соединен с модулятором оптической разности хода, с которым также через сумматор соединен источник модулирующего напряжения.

1427174

Редактор М. Петрова

Заказ 4841/35

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

Сигу

HbO

Уход

Составитель Н. Захаренко

Техред М.Ходанич Корректор M.Васильева

Тира:к 680 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5