Интерференционный способ измерения линейных перемещений

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения малых линейных перемещений. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения положения объекта относительно центра сходящегося измерительного пучка путем сравнения интенсивности света в двух точках интерференционного поля.Гомоцентрический когерентный пучок с помощью делителя 1 разделяется на два: измерительный и опорный. Отражатель 3 формирует опорный гомоцентрический пучок, который сопрягается с пучком, отраженным от поверхности 6 объекта. В плоскости интерференционной картины установлены приемники 4 и 5 излучения (один из них располагается на оптической оси), преобразующие излучение в электрические сигналы, разность фаз между которыми пропорциональна расстоянию между отражающей поверхностью 6 и центром сходящегося измерительного пучка. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С 1 В 9/02

° ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фие/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (2 1) 4313391/24-28 (22) 05. 10 ° 87 (46) 15.04.89. Бюл. )1 14 (7 1) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт средств измерения в машиностроении (72) В.И. Гладырь:и А.В. Степанов (53) 531. 7 (088. 8) (56) Коломейцев Ю.В. Интерферометры.

M. Машиностроение, 1976, с. 184. (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к области измерительной техники и Может быть использовано для измерения малых ,линейных перемещений. Цель изобретения — расширение функциональных воз,можностей за счет измерения положения объекта относительно центра сходящегося измерительного пучка путем сравнения интенсивности света в двух точках интерференционного поля. Гомоцентрический когерентный пучок с помощью делителя 1 разделяется на два: измерительный и опорный. Отражатель 3 формирует опорный гомоцентрический пучок, который сопряге . ется с пучком, отраженным от поверхности 6. объекта. В плоскости интерференционной картины установлены приемники 4 и 5 излучения (один из них располагается на оптической оси), преобразующие излучение в электрические сигналы, разность фаз между которыми пропорциональна расстоянию между отражающей поверхностью 6 н центром сходящегося измерительного пучка. 2 ил.

1472754

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых линейных перемещений.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет измерения положения объекта относительно центра сходящегося света в двух точках интерференционного поля.

На фиг. I приведена общая схема реализации способа; на фиг. 2 — одна из возможных схем реализации способа.

Устройство, реализующее способ, содержит делитель 1, линзу 2, опорный отражатель 3, осевой 4 и краевой 5 приемники, отражающую поверхность 6, связанную с объектом.

Гомоцентрический когерентный пу- 2О чок излучения с центром в точке 8 с помощью делителя 1 разделяют на два пучка. Линза 2 формирует в простран-. стве контролируемого объекта измери1 тельный гомоцентрический пучок, сходящийся на оси измерения Е в точке о

S,. По ходу отраженного делителем 1 излучения отражатель 3 формирует опорный гомоцентрический пучок, схо.дящийся на оси Z в точке S, оптически сопряженной с точкой S . Излучение, отраженное от поверхности 6 контролируемого объекта в точке S, собирается линзой 2 в обратный гомоцентрический измерительный пучок, сходящийся в точке $>. Измерительный пучок делителем 1 совмещается с опорным пучком под нулевым углом. Приемники 4 и 5 излучения преобразуют излучение в аналоговый электрический сигнал, при этом приемник 4 располо40 жен на оси Z интерференционного поля, а приемник 5 — на краю интерференционного поля.

При перемещении поверхности 6 вдоль оси измерений происходит модуляция интенсивности интерференционного поля, вызываемая изменением разности фаз опорной и отраженной от поверхности 6 измерительной волн; одновременно из-за движения точки отражения S происходит изменение кривизны фронта отраженной волны относительно опорного волнового фронта центр которого оптически сопря9 ! жен с центром S сходящегося в прост-55 ранстве объекта пучка излучения.

Изменение интенсивности интерференци нного поля по сечению совмеенных пучков при приближении точки

S„ " центру S пРоисходит несинфазно, В центре интерференционного поля изменение нормированного значения интенсивности составляет

I = 2cos(2kZ) где k — волновое число

Z — - величина осевого смещения точки отражения S относительно центра S, а на краю поля из-за изменения положения центров кривизны $ н опорного $ и измерительного фронтов нормированное значение интенсивности меняется в общем случае по закону

Хц = 2cos 2kZ + (2ю I

+ а Е, f (2)

I Е I )

+ а Х где Х, - координаты точки анализа; а — расстояние от линзы до контролируемой поверхности; а — расстояние от линзы до центра измерительного гомоцентрического пучка; — фокусное расстояние линзы 3.

Изменение фазы в формуле (2) объясняется несовпадением центров $ и

I ! о

SH кривизны гомоцентрических опорного и измерительного пучков и, следо вательно, разной удаленностью волнового фронта измерительной волны относительно стационарного волнового фронта опорной волны по направлению от оси Е, к краю интерференционного поля. По мере сближения центров кривизна волновых фронтов выравнивается, а изменение фазы (за счет уменьшения разности а и а ) уменьшается до нуля. При совпадении центров кривизны (а = а,) волновые фронты полностью совмещаются и изменение фазы становится равной нулю. При дальнейшем движении контролируемой поверхности

6 а становится больше а,, фаза меняет знак на противоположный.

Если приемники 4 и 5 излучения установлены так, как показано на фиг. 1, то при перемещении поверхности 6 контролируемого объекта на входах приемников 4 и 5 образуются интерференционные сигналы в виде меня1472754 ющихся по гармоническому закону, интенсивностей (см. (1) и (2)). На выходах приемников 4 и 5 образуются соответствующие электрические сигна5 лы, имеющие в общем случае разные фазы. Так как разность фаз является функцией положения, то, изменяя ее, можно судить о положении поверхности

6 контролируемого объекта на оси измерений относительно центра сходящегося в пространстве объекта пучка излучения.

В случае измерений, приводимых по схеме, показанной на фиг. 2, выражение (2), описывающее нормированную интенсивность волны, примет более простой вид:

I = 2cos 2kZ + — (- ) Z

Х и

2 а, 20

Второе слагаемое аргумента является разностью фаз сигналов, снимаемых с осевого и краевого приемников 4 и 5, и представляет собой линейную 25 функцию от удаленности контролируемой поверхности относительно неподI вижной точки Sa ° формула изобретения т

Интерференционный способ измерения линейных перемещений, заключающийся в том, что из гомоцентрического светового пучка формируют взаимно когерентные опорный и сходящийся измерительный пучки, формируют интерференционное,поле путем совмещения отражаемого от объекта обратного измерительного пучка под нулевым углом с опорным пучком, регистрируют интенсивность света в центре интерференционного поля, а о величине перемещения судят по изменению интенсивности -света в интерференционном поле, отличающийся тем, что, с целью расп1ирения функциональных возможностей за счет измерения положения объекта относительно центра сходящегося измерительного пучка, регистрируют интенсивность света на краю интерференционного поля, а о положении объекта судят по разности фаз интенсивности света в центре и на краю.

1472754

Тираж 683

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101

Редактор Т. Лаэоренко

Заказ 1699/40

Составитель В. Чулков

Техред Л. Сердюкова

Корректор Л. Патей

Подписное