Устройство для контроля прямолинейности

 

Изобретение относится к области измерительной техники. Целью изобретения является повьшение производительности , точности и надежности путем применения режима пространственной модуляции светового потока в акустооптической ячейке.При прохозвдении светового потока 15 через акустооптическую ячейку 2 возникают дифракционные лучи 14, которые содержат в огибающей сигнала дифракционного луча 14 информацию о фазе сигнала генератора 8 опорных колебаний. При перемещении измерительной каретки 3 по измеряемому профилю вследствие его неровности будет меняться фаза огибающей сигнала дифракционного луча 14. Измеряя изменение фазы огибающей сигнала дифракционного луча 14 фазсзметром 7, определяют величину неровности измеряемого профиля. 1 ил. §

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„1427179 А 1 (5114 С 01 В 21/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4100877/24-28 (22) 05,06.86 (46) 30.09.88. Бюл. У 36 (71) Научно-исследовательский институт прикладной геодезии (72) В.И.Юрлов (5.3) 531 . 7 . 71 7 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 446826, кл. G 01 N 29/04, 1974. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ (57) Изобретение относится к области измерительной техники. Целью изобретения является повьппение производительности, точности и надежности путем применения режима пространственной модуляции светового потока в акустооптической ячейке.При прохождении светового потока 15 через акустооптическую ячейку 2 возникают дифракционные лучи 14, которые содержат в огибающей сигнала дифракционного луча 14 информацию о фазе сигнала генератора 8 опорных колебаний. При перемещении измерительной каретки 3 по измеряемому профилю вследствие его неровности будет меняться фаза огибающей сигнала дифракционного луча

14. Измеряя изменение фазы огибающей сигнала дифракционного луча 14 фазометром 7, определяют величину неровности измеряемого профиля. 1 ил. Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1427179

Изобретение относится к измери" тельной технике и может быть использовано при контроле отклонений от прямолинейности и плоскости.

Цель изобретения — повышение производительности, точности и надежности путем расположения фотоприемника и объектива на измерительной каретке и применения режима пространст- 1О венной модуляции светового потока в акустооптической ячейке.

На чертеже представлена функцио" нальная схема устройства для контроля прямолинейности. 15

Устройство для контроля прямолинейности содержит оптически связанные источник 1 света, акустооптическую ячейку 2, установленную на измери" тельной каретке 3 и предназначенную 20 для модуляции светового пучка и позиционно-чувствительный фотопреобразо ватель 4, предназначенный для определения отклонений светового .пучка, усилитель 5, последовательно соеди- 25 ненный с исполнительным механизмом

6, кинематически связанным с источником 1 света. Цепочка обратной связи из позиционно-чувствительного фотопреобразователя 4, усилителя,5 и 30 исполнительного механизма б предназначена для стабилизации положения опорного светового пучка источника 1 света, Кроме того устройство имеет фазометр 7 для измерения фазового сдвига, генератор 8 опорных колебаний, избирательный усилитель 9, предназначенный для усиления первой гармоники сигнала с частотой Q, регистрирующий блок 10 и генератор 40

11 несущих колебаний с частотой И, модулируемый опорными колебаниями частоты,Я . Объектив 12 и фотоприемник 13 установлены на измерительной каретке 3 в зоне действия дифракцион- 45 ного пучка 14 акустооптической ячей= ки 2. Фотоприемник 13 расположен в фокальной плоскости объектива 12. Выход генератора 8 опорных колебаний соединен с первым входом фаэометра 7 и модуляционным входом генератора 11 несущих колебаний, выход которого соединен с входом акустооптической ячейки 2. Выход фотоприемника 13 соединен с входом избирательного усилителя 9, выход которого соединен с вторым входом фазометра 7, выход которого соединен с регистрирующим блоком 10.

Объ ек тив 1 2 предна зи ач ен для фокусировки дифракционного пучка 14 на светочувствительной площадке фотоприемника 13 и устранения возможного смещения светового пятна со светочувствительной площадки при параллельных перемещениях измерительной каретки вверх и вниз на неровностях контролируемого профиля. Фотоприемник 13 предназначен для детектирования огибающей светового сигнала с частотой Я и подачи ее на фаэометр 7 для измерения фазового сдвига.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 света, установленный вначале контролируемого профиля, испускает опорный световой пучок 15 с плоским волновым фронтом (параллельный пучок), который проходит сквозь акустооптическую ячейку 2 и попадает на позиционно-чувствительный фотопреобразователь 4. Световой пучок 15 за" дает опорную прямую линию, совпадающую с его осью симметрии,, относительно которой ведется контроль и измерение прямолинейности профиля. При случайных отклонениях светового пучка 15, вызванных дрейфом диаграммы направленности источника 1 света или флюктуационными изменениями градиента показателя преломления воздушной среды, на выходе позиционно-чувствительного фотопреобраэователя 4 появляется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем 5 и приводит в движение исполнительный механизм

6. Исполнительный механизм 6 поворачивает источник,l света таким образом, чтобы световой пучок 15 занял первоначальное положение и сигнал рассогласования равнялся бы нулю.

Таким образом осуществляется стабилизация положения опорного светового пучка 15. Генератор 8 опорных колебаний с частотой Я модулирует по амплитуде сигнал генератора l 1 несущих колебаний с частотой (.), воздействуя на его модуляционный вход.

Амплитудно-модулированный сигнал возбуждает в акустооптической ячейке 2 ультразвуковую волну следующего вида:

8 (t х) ((+alcos (At Kx)) cos (ut-Kx) (1) 1427179

Я где К ---- — волновое число огиV бающей волны1

Я

К вЂ” — — волновое число несу- 5

V щей волны;

m " индекс модуляции; текущее время;

x — координата вдоль направления движения ульт- 10 развуковой волны.

Ультразвуковая волна возбуждается на входном торце акустооптической ячейки 2 и проходит некоторое расстояние Х, до пересечения оси

15 светового пучка 15, претерпевай при этом задержку во времени. Эта задержка приводит к появлению фазового сдвига в огибающей (опорном колебании) сигнала

q-кх - — — —.х . о у o.(2) Для того, чтобы акустооптическая ячейка 2 работала в дифракционном режиме, необходимо, чтобы длина волны несущего колебания была много меньше ширины светового пучка. При этом должно выполняться следующее неравенство:

Q>>2u л Ч

Ультразвуковая волна вида S(t,õ)

cos(gt-Кх) в соответствии с упру 35 гооптическим эффектом модулирует показатель преломления материала акустооптической ячейки 2 и в зоне пересечения светового пучка 15 представляет собой бегущую фазовую дифракци- 40 онную решетку, В результате на выходе, кроме опорного светового пучка 15 (нуле1 вой порядок), появляются дифракционные лучи. Один из них (14), со- 45 ответствующий первому порядку дифракции, фокусируется объективом 12 на фотоприемнике 13, Вследствие то.го, что сигнал, создающий дифракционную решетку, промодулирован по ампли- 50 туде опорным колебанием с частотой

2, амплитуда напряженности электрического поля в дифракционном пучке

14 также изменяется во времени с частотой Я и фазовым сдвигом, определя- 55 емым выражением (2). Поскольку все . фотоприемники имеют квадратичную характеристику, выходной сигнал кроме составляющей с частотой Q содержит еще постоянную составляющую и вторую гармонику, которые подавляются в избирательном усилителе. В результате этого после усилителя 9 на вход фазометра 7 поступает сигнал вида:

На второй вход фазометра 7 поступает сигнал с генератора 8 опорных колебаний вида:

FZ(t) - cosset.

Фазометр 7 измеряет фазовый сдвиг с, линейно связанный с расстоянием

Х,в соответствии с выражением (2), Регистрирующий блок 10 фиксирует сигнал, пропорциональный величине смещения Х,. В процессе передвижения измерительной каретки 3 по контролируемому профилю в результате неровностей последнего измерительная каретка 3 периодически поднимается и опускается. При этом соответственным образом изменяется величина Х .

Величины этих измерений фиксируются в регистрирующем блоке 10 и позволяют определить степень прямолинейности контролируемого профиля. При этом опорный световой пучок 15, прошедший акустооптическую ячейку 2, не подвергается искажениям, его фазовый фронт, остается плоским, что существенно увеличивает длину контролируемого профиля.

Работа акустооптической ячейки в дифракционном режиме не требует боль" ших мощностей акустического сигнала.

Относительно низкие мощности акустического сигнала не приводят к быстрому разрушению материала ячейки. За счет этого устройство обладает повышенной надежностью.

Формула изобретения

Устройство для контроля прямолинейности, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные источник света, акустооптическую ячейку и позиционно-чувствительный фотопреобразователь, последовательно соединенные усилитель и исполни1 тельный механизм, последовательно соединенные генератор опорных колеба

Составитель В.Молодцов

Редактор Л.Пчолинская Техред А.Кравчук Корректор N.Äåì÷èê

Заказ 4842/36 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

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

5 14271 ний и фазометр, избирательный усилитель, регистрирующий блок и измерительную каретку, на которой установ лена акустооптическая ячейка, выход избирательного усилителя подключен

5 к второму входу фазометра, выход которого подключен к входу регистрирующего блока, исполнительный механизм кинематически связан с источником света, отличающеес я тем, что, с целью повышения производительности, точности и надежности, оно снабжено генератором несущих колебаний, оптически связанНыми объективом и фотоприемником, 79 6 устанавливаемыми на измерительной каретке в зоне действия дифракционного луча акустооптической ячейки, фотоприемник расположен в фокальной плоскости объектива, выход фотоприемника соединен с входом избирательного усилителя, выход генератора опорных колебаний соединен с модуляционным входом генератора несущих колебаний, выход которого подсоединен к входу акустооптической ячейки, частота (D генератора несущих колебаний выбрана из условия обеспечения режима дифракции акустооптической ячейки,