Способ измерения пространственных перемещений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля точности перемещений объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения влияния точности выставления луча по линии измерения на погрешность. Для этого когерентное излучение разделяют на два потока - опорный и измерительный и перед отражением от объекта из измерительного потока формируют три пучка, освещают потоками периодическую структуру, движущуюся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, получают из дифрагировавшего излучения интерференционную картину, преобразуют ее в электрический сигнал и по его параметрам определяют перемещение объекта. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ » (К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4617874/24-28 (22) 12.12.88 (46) 30.1.1.90. Бюл. N. 44 (71) Московский станкоинструментальный институт (72) В.ИЛ елешевский, Н.А.Яковлев и С.А.Игнатов (53) 531,715 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 572646,,кл. G 01 В 11/00, 1977, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля точности перемещений объектов.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для контроля точности линейных перемещений объектов, например рабочих органов станков и измерительных приборов, Цель изобретения — повышение точности измерений за счет. устранения влияния точности выставления луча по линии измерения на погрешность.

На фиг.1 представлена схема распространения пучков излучения; на фиг.2 — схема устройства для осуществления предлагаемого способа измерения пространственных перемещений объекта.

Устройство содержит периодическую структуру 1, созданную излучателями 2 и 3, фотопреобразователи 4-6, лазер 7, коллиматор 8, светоделитель 9, формирователь 10 трех пучков, отражатели 11 и 12, двойной оптический клин 13, диафрагму 14. элект, 50 „„1610252 А 1

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения влияния точности выставления луча по линии измерения на погрешность. Для этого когерентное излучение разделяют на два потока— опорный и измерительный, и перед отражением от объекта из измерительного потока формируют три пучка, освещают потоками периодическую структуру, движущуюся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, получают из дифрагировавшего излучения интерференционную картину, преобразуют ее в электрический сигнал и по его параметрам определяют перемещение объекта. 2 ил.. ронные генераторы 15 и 16, светомодулятор

17, оптическую систему 18, узкополостные усилители 19 — 21, фазометрические блоки

22 — 24. Позицией 25 обозначен объект, перемещение которого измеряют.

Способ осуществляют следующим образом.

Излучение лазера 7 через коллиматор 8 направляют на светоделитель 9 интерферометра Майкельсона, где оно делится на два световых пучка ЕИ и ЕО измерительного и опорного каналов. Излучение ЕИ измерительного канала проходит через формирователь 10, где разделяется на три световых потока Е1, Е2, ЕЗ, которые направляются на измерительный уголковый отражатель 11, установленный на объекте 25.

Отраженные от измерительного 11 и опорного 12 уголковых отражателей световые излучения ЕИ и ЕО пространственно совмещаются на светоделителе 9 под углом й

1610252 задаваемым двойным оптическим клином

13 опорной световой волне, и направляются через ограничительную диафрагму 14 на светомодулятор 17, в котором излучателями

2 и 3 создается движущаяся периодическая структура 1 в виде двух ультразвуковых волн, движущихся взаимно перпендикулярно. Один из этих потоков (Е1) образует с двумя другими (Е2 и ЕЗ) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях равные углы а,обеспечивающие пространственное совмещение дифракционных порядков выходных спектров Е1, Е2 и Е1, ЕЗ, алгебраическая разность частот которых пропорциональна частоте возбуждения периодической структуры по осям Х и Y соответственно. В данной схеме коэффициент пропорциональности выбран равным 1. Интерферирующие порядки дифракционных спектров E3(0), Е1(-1)и Е2(0), Е1(+1) направляют на фотопреобразователи 4 и 5, которые выделяют электрические измерительные сигналы 03 и 02. Излучение ЕО опорного канала направляют на периодическую структуру 1 под углом а к излучению измеригельного канала в одной из этих плоскостей, а интерферирующие порядки дифракционных спектров опорного и измерительного каналов ЕО(0) и

Е1(-1) направляют на фотопреобразователь 6, который выделяет элЕктрический измерител ьн ы и сигнал 01.

Сигналы 03, 02, 01 через узкополосные усилители 19 — 21, настроенные на частоты f<—

fa подаются на входы фазометрических блоков 22-24. На вторые входы блоков 22 и 23 в качестве опорных сигналов поступают сигналы от электронных генераторов 15 и 16, задающих частоту возбуждения периодической структуры 1 в направлениях Y u X соответственно . В качестве опорного сигнала на второй вход фазометрического блока 24 подается сигнал 02.

В результате интерференции (оптического гетеродинирования) разночастотных световых волн на.выходах соответствующих фотоприемников появляются электрические сигналы, изменение фазы которых пропорционально изменению определенной из координат Z, Х, У, Для измерения координаты можно измерять фазу электрического сигнала 01, используя в качестве опорного сигнала 02, Изменение фазы сигнала 01

5 умножают на величину А/ли получают соответствующее изменение координаты ЛZ, Изменение фазы сигналов 02 и 03 измеряют относительно электрических сигналов электронных генераторов с частотами fg и f>, 10 умножают это изменение соответственно на величину Л,/2 stè Л /2 л, где Л, и Лу— длины акустических волн по направлениям

Х и У, и определяют перемещения по коI I ординатам Х и Y. Таким образом, можно

15 производить независимые измерения перемещений объекта в пространстве по трем осям Х, У, 2.

Формула изобретения

Способ измерения пространственных

20 перемещений объекта, заключающийся в том, что когерентное излучение разделяют на измерительный и опорный потоки, после отражения измерительного потока от объекта создают в прозрачной среде периодиче25 скую структуру, движущуюся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, освещают среду потоками излучения под углом, выбираемым из условия многопорядковой дифракции от каждого потока излучения, 30 преобразуют интерферирующие порядки дифрагированных потоков в электрический сигнал и по его параметрам определяют пе- ремещение объекта, отличающийся тем, что, сцелью повышения точности,,пе35 ред освещением объекта формируют из измерительного потока три световых пучка, ориентированные так, что один из пучков образует с двумя другими в двух взаимно перпендикулярных плоскостях равные углы, 40 величина которых обеспечивает пространственное совмещение порядков дифракции этих пучков на периодической структуре так, что алгебраическая разность частот, совмещенных водном из направлений движения

45 периодической структуры, пропорциональна частоте возбуждения периодической структуры в этом направлении.

1610252

Составитель В.Бахтин

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С.Шекмар

Редактор А,Огар

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

Заказ 3728 Тираж 493 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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