Устройство для измерения линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля размерных параметров деталей Цель изобретения расширение функциональных возможностей за счет измерения положа ,ия неподь - ti объектов Светоделитель иьте )ферс.. направляет пучок нулевого порядка ли ()рг) ции и любого другого сформировании дифракционной решеткой уста ювлеи о-. между системой формирования гомоцен. рического пучка и интерферометром соот ветственно. на опорный отражатель и на объект. Выполненный в виде дифракцион ной структуры с периодом равным (ьэгу дифракционной решетки, модулятор заставляет каждый из пучков вторично дифрэгиро вать с образованием новой совокупнрстi пучков, меняя при этом фазу волны в пучках ненулевого порядка дифракции с частотой гетеродинирования По результатам знали за разности фаз в амплитудг выходного CHI нала судят о перемещении 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5 )5 G 01 В 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ва.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4689137/28 (22) 03.03.89 (46) 30,05.91. Бюл, N 20 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт средств измерения в машиностроении (72) В.И,Гладырев, А.В,Степанов и В.M.Кулешов (53) 531.717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1472754, кл. 6 01 В 9/02, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля размерных параметров деталей. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей эа

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения положения объекта относительно измерительных фаэ и может быть использовано для бесконтактного контроля размерных параметров деталей.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет измерения положения неподвижных объектов.

На чертеже изображена схема устройстУстройство для измерения линейных перемещений содержит источник когерентного излучения — лазерный излучатель 1, оптическую систему 2 формирования гомоцентрического пучка, например плоскопа„„Я2„„1652809 А) счет измерения положе„:èÿ неподвижны.: объектов. Светоделитель интерфероме i pa направляет пучок нулевого порядка дифракции и любого другого, сформированные дифракционной решеткой, установлеMèo!; между системой формирования гомоцентрического пучка и интерферометром соответственно, на опорный отражатель и на объект. Выполненный в виде дифракционной структуры с периодом, равным шагу дифракционной решетки, модулятор заставляет каждый иэ пучков вторично дифрагировать с образованием новой совокупности пучков, меняя при этом фазу волны в пучках ненулевого порядка дифракции с частотой гетеродинирования. По результатам анализа разности фаз в амплитуде выходного сигнала судят о перемещении, 1 ил. раллельного пучка, интерферометр 3, содержащий светоделитель 4, опорный отражатель 5 и объектив 6, установленные соответственно в опорном и измерительном плечах. На выходе интерферометра 3 последовательно установлены фотопреобразова- тель 7 не менее чем иэ двух фотоприемников, размещенных в области формирования интерференционной картины, ориентированный так, что чувствительная площадка одного из фотоприемников расположена на оси совмещенных плеч интерферометра, фазоанализатор 8 и блок 9 регистрации. Между оптической системой 2 и интерферометром 3 установлена дифракционная решетка 10, ориентированная та1I 52Vn9

7 0

ГГ ким образом, что направление распространения нулевого порядка дифракции совмесно с осью опорного плеча интерферометра

3, а любого другого- с осью измерительного плеча, которая совпадает с осью совмещенных плеч интерферометра 3. Между интерферометром 3 и фотопреобразователем 7 размещен моцулятор 11, выполненный в я де дифракционной структуры с периодом, равным шагу дифракционной решетки 10, и установленный в плоскости пересечения осей плеч интерферометра 3 перпендикулярно оси опорного плеча, Положение обьекта 12 определяет структуоу интерференционной картины, Устройство работает следующим обоаПучок света от лазерного излучателя 1 формируется оптической системой 2 в плсскопараллельный пучок, который проходит через неподвижную дифракционную реше тку 10 и расщепляется на несколько пу ков с осями, соответствующими направлениям дифракционных максимумов. Образовавшиеся пучки подаются в интерферометр 3, светоделитель 4 которого направляет пучок нулевого порядка дифракции на опорный отражатель 5, а пучок (пучки) любого другого порядка дифракции — через обьектив б на объект 12. Так формируются опорное и измерительное плечи интерферометра 3.

В обратном ходе пучки, отраженные о отражателя 5 и объекта 12, вторично проходят светоотделитель 4 и совмещаются друг с другом под теми же углами, что и после дифракции на неподвижной решетке 10.

Модулятор 1 1 с дифракциан ной струli. T poé, выполненный, например, в виде движущейся дифракицонной решетки и помещенный в плоскости пересечения опорной и измерительной осей интерферометра, с одной сто, роны заставляет каждый из пучков вторично дифрагировать с образованием новой совокупности пучков, а с другой меняет фазу волны в пучках ненулевого порядка дифракции с частотой (частотой гетерадинирования), пропорциональной скорости движения дифракционнай структуры пог;ерек направления падающего луча, Период этой структуры выбирается равным шагу неподвижной дифракционной решетки 10, изза чего пучки., образовавшиеся в результате вторичной дифракции, имеют те же направления распространения, что и после первичной дифракции на решетке 10. Поэтому за модулятором 11 вдоль опорной оси интерферометра 3 совмещаются нулевой порядок. опорного пуска и 1-й порядок измерительного пучка, а вдоль измерител ьной ос и л нте рфе роме тра

20 ) -)

ii 0

3 совмещаются нулевой порядок измерительного пучка и i-й порядок дифракции опорного пучка. Это обеспечивает автоматическое совмещение опорного и измерительного пучков под нулевым углом на выходе модулятора 11. что необходимо для реализации принципа действия устройства прототипа, и непрерывную модуляцию интерференционной картины даже при неподвижном обьекте 12.

Для правильной работы фотопреобразователя 7 пространственная структура модулятора 11 не должна искажать сферический волновой фронт измерительного пучка. Поэтому фотопреобразователь

7, расположенный за модулятором 11, ориентирован по оси измерительного плеча интерферометра 3. В направлении этой оси, являющейся осью нулевого порядка дифракции измерительного пучка, фронт измерительной волны проходит дифракционную структуру, не искажаясь, Плоский волновой фронт дифрагировавшего опорного пучка, совмещаясь с неискаженным сферическим фронтом недифрагировавшего измерительного пучка, образует на входе фотопреобразователя

7 кольцевую интерференционную картину с радиальным движением колец при работе модулятора 11. Фотопреобразователь 7 преобразует изменившееся распределение освещенности этой картины в два переменных электрических сигнала с частотой, равной для неподвижного объекта — частоте гетеродинирования, для движущегося объекта — частоте гетеродинирования с частотной допплеровской добавкой, и разностью фаэ, пропорциональной положению обьекта 12 относи-,ельно точки фокусирования измерительного пучка, принимаемой за базовую точку отсчета в пространстве обьекта 12. Эти сигналы подаются на фазонализатор 8, преобразующий разность фаз в амплитуду выходного сигнала, которая регистрируется блоком регистрации 9.

Формула изобретения

Устройства для измерения линейных геремещений, содержащее последовательно установленные источник когерентного излучения, оптическую систему формирования гомоцентрического пучка, интерферометр, включающий отражатель и обьектив. установленные соответственно в опорном и измерительном плечах, и последовательно подключенные фотопреобраэователь не менее чем лз двух фотоприемников, установленных в области формирования интерференционной картины и ориентированных так,что чувствительная площадка одного иэ фотоприемников рас5

1б5РЯ09

Составитель В.Климова

РедакторМ .Циткина Техред М.Моргентал

Корректор В.Гирняк

Заказ 1765 Тираж 390 Подписное

„ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". r Уyж гrо р оoд, ул.Гагарин- 101 г1оложена на оси совмещенных плеч интерферометра, фазоанализгтор и блок регистрации, отличающееся тем. что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения положения неподвижных обьектов, оно снабжено дифракционной решеткой, установленной между системой формирования гомоцентрического пучка и интерферометром, ориентированная так. что направление растространения нулевого порядка дифракции совмещено с осью опорного плеча интерферометра, а любого другого — с осью измерительного плеча, которая совпадает с осью совмещенных плеч интерферометра, и

5 модулятором, установленным в плоскости пересечения осей плеч интерферометра перпендикулярно оси опорного пгечг и выполненным в виде дифракционной структуры с периодом, равнь.м шагу

10 дифракционной решетки.