Устройство для измерения перемещений объекта

 

Изобретение может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта. Целью изобретения является повышение точности и увеличение диапазона измеряемых перемещений за счет формирования интерференционного светового поля от объекта, несущего информацию о линейных и угловых его перемещениях. Формируют с помощью светоделителя 2 и зеркала 3 два параллельных пучка от монохроматического источника 1 излучения, направляют оба пучка на уголковый отражатель 4, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с углами между его отражающими гранями, отличными от 90°. Пространственно совмещают пучки, отраженные от отражателя, и формируют результирующее интерференционное световое поле между каждой из двух пар отраженных пучков на матричном фотоприемнике 5. По ширине и наклону интерференционных полос, а также по их количеству на входе в фотоприемник 5 в блоке 6 обработки вычисляют угловые и линейные перемещения контролируемого объекта. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 В 11 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ф

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPGKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4252291/24-28 (22) 28.05.87 (46) 07.08.89.Бил. N- 29 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) 10.В.Кудрявцев (53) 531.715 (088.8) (56) Бондаренко И.Д. Принципы построения фотоэлектрических автоколлиматоров. Минск, 1984, с.157-160. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕ1 !ЕНИЙ ОГ>ЪЕКТА (57) Изобретение .. ожет использоваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта. Целью изобретения является повьпиение точности и увеличение диапазона измеряемых перемещений за счет формирования интерференционного светового поля от объекта, несущего информацию о линей„„Я0„„1499113 А1

2 . ных и угловых его перемещениях. Формируют с помощью светоделителя 2 и зеркала 3 два параллельных пучка от монохроматического источника 1 излучения, направляют оба пучка на уголковый отражатель 4, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с углами между его отражающими гранями, отличными от 90 . Пространо ственно совмещают пучки, отраженные от отражателя, и *ормируют результирующее интерференционное световое поле между каждой из двух пар отраженных пучков на матричном фотоприемнике 5. По ширине и наклону интерференционных полос, а также по их коли-честву на входе в фотоприемник 5 в

Ю блоке 6 обработки вычисляют угловые и линейные перемещения контролируемого объекта. 2 ил. С:

На чертеже обозначены: А; В; С отражающие грани уголкового отражателя; 0 — начальный угол поворота неподвижной системы координат Xо, Уо, Х„; 0 ; 0 ; Π— углы поворота объекта вокруг соответствующей координатной оси У ; Х ; Е ; о(- линейная величина перемещения источника 1 излучения; а,b, 1 — линейные величины перемещения объекта вдоль соответствующих координатных осей X „, уО, о °

Устройство работает следующим образом.

Г1онохроматический коллимированный пучок излучения . от источника 1 папралл « т на снетоделитель 2 и зеркал 3, «оторые формируют два паралле и иных и «чк а H . чРния . САо рми45

S0

1 1499113

Изобретении о носится к пзмеритЕЛЬНОй ТЕХНИКЕ И МОжвт llpиоЛЬЗO ваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта.

Цель изобретения — повышение точности и увеличение диапазона измеренных перемещений за счет формирования интерАеренционного светового поля от объекта. 10

На фиг.l приведена оптическая схема устройств»; на Аиг.2 — интерференционная картина, локализованная на матричном Аотоприемнике.

Устройство для измерения перемеще- 15 ний объекта содержит источник 1 когерентного света, установленный с возможностью перемещения вдоль направления излучения, и расположенные по ходу излучения светоделитель 2, эер- 20 кало 3, устанавливаемое за светоделителем, отражающая поверхность которого параллельна светоделителю, уголковый отражатель 4, выполненный с углами между его отражающими граня- 25 ми, отличными от 90, матричный позиционно-чувствительный фотоприемник

5,например ПЗС-матрица и блок 6 обработки, выполненный, например в виде микроЭВМ, электрически сое- 30 диненный с фотоприемником. Уголковый отражатель 4 скрепляют с контролируемым объектом (не показан)

Линейные размеры Аотоприемника выбирают из условия полного перехвата результирующего интерАеренционного светового поля, формируемого после отражения световых пучков от отражателя

М

Ь 8У

О

Л

О

bx 8d

Л

О = ------ — q 4Ð, Ь„

1 где 4 — длина волны излучения;

4 — величина, характеризующая отклонение углов отражателя от 90

b, b y — проекции ширины интерфе1 1 ренционной полосы, образор< ванные пучки и лучения напранляют на уголковый отражатель 4.

При отражении от последнего образуются три пары пучков, которые при помощи светоделителя 2 и зеркала

3 пространственно совмещаются, формируя результирующее интерференционное световое поле на Аотоприемнике 5 (Аиг.2). Параметры интерАеренционной картины определяются пространственным положением уголконого отражателя, т.е. зависят от пространственного положения контролируемого объекта. Блок 6 обработки по информации с матричного Аотоприемника вычисляет все шесть координат.

При повороте отражателя 4 на углы

О,0,0 все три пары пучков после отражателя начинают менять свое направление. Это приводит к тому, что ширина и наклон интерференционных полос меня«>тся. При сдвиге отражателя по осям ОХ и ОУ пучки начинао о ют перемещаться параллельно самим себе в направлении, перпендикулярном оси визирования, что вызывает смещение интерАеренционных полос по осям

ОХ, и OV, Пара пучков, претерпевших отражение в следующем порядке: от граней В-А-С и С-А-В, не несет полезной инАормации. Для облегчения дешифрации интерАеренционной картины эта пара может быть исключена путем установки частично непрозрачной диаАрагмы перед входной гранью (не показана) отражателя 4.

Углы поворота ОЭ 0,0,,0 относительно осей ОХ,, ОУ,, 0Z, системы координат Х, У,, 7., в исходном состоянии повернутой относительно неподвижной системы координат Х 7. на некоторый Угол Оо, определяют из

1499113 ванной в результате интерференции пучков, претерпевших отражение от отражателя в следующем порядке: С-В-А и А-В-С соответственно на оси ОХ, и ОУ,;

Ь вЂ” проекция ширины интерферен2 ционной полосы, образованной в результате интерферен- 10 ции пучков, претерпевших отражение от ОЭ в следующем порядке: С-В-А и В-С-А на ось ОХ,.

Смещение отражателя по осям ОХ и

Оу связано со смещением интерференционных полос нулевого порядка, локализованннх на фотоприемнике выражениями:

Yz- v, ДХ

Yz У

Х, Х„

Х2 Х1

20 х х

У2

30

45 лителем, ориентированным параллельно ему и оптически связанным с уголковым отражателем, а источник излучения установлен с возможностью линейного перемещения вдоль оптической

50 оси. где Х„,Х и,,У вЂ” величины смещений проекций интерференционннх полос нулевого порядка, образованных в результате интерференции пучков, претерпевших отражение в следующем порядке: С-В вЂ,А-В-С и (;-В-А,В-С-А ло осям <1Х „ и ОУ, соответственно.

Идентификация интерференционных полос нулевого порядка возможна, так как они имеют максимальнуи контрастность и минимальнуи подвижность.

Для измерения дистанции до отражателя 4 смещают источник 1 излучения вдоль оси излучения относительно

ИСХОДНОГО ЛОЛОЖРНИЯ.

Информация о дистанции до отражателя при этом будет заключена в ширине интерференционннх полос, локализованных íà фотоприемнике 5.

Дистанции до отражателя Определяют из выражения

1„(0 — 0 . ° 2) о(—

2 (Q — V ) A )l где О

2b2t o 2Ь

b>,b — проекции ширины интерференционной полосы на ось ОУ1,когда источник смещен относительноисходного положения и когда он находится в исходном положении соответственно; величина смещения источника излучения относительно исходного положения.

Высокая точность определения координат обусловлена высокой чувствительностью интерферограммы, локализованной на протяженном участке матричного позиционно-чувствительного фотоприемника, причем информационными параметрами являются ширина и местоположение интерференционных, полос, которые могут быть измерены с большой точностью.

Диапазон измерений коллимационных

\ углов предлагаемого устройства определяется диапазоном работы трехгранного уголкового ОЭ и может достигать

40 о.

Формула изобретения устройство для измерения перемещений объекта, содержащее последовательно установленнне источник излучения, светоделитель, ориентированный под углом 45 к оси источника, уголковнй отражатель, выполненный с углами между его отражающими гранями, отличными от 90, и лредназначаемнй для скрепления em с объектом, матричный позиционно-чувствительный фотолриемник, установленный в обратном ходе излучения от отражателя, и блок обработки, электрически соединенный с фотоприемником, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и увеличения диапазона измерения перемещений,оно снабжено эеркалом, установл HHtp. На оси источника по ходу его излучения эа светоде1499113 фиг.1

Составитель H.Ñîëîóõèí

Редактор А.Козориз Техред Л.Сердюкова КорректоР О.ципле

Заказ 4677/36 Тираж 683 Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4l5

Проиэводственно--издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101