Устройство для измерения отклонений от прямолинейности

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии , и может быть использовано для контроля отклонений формы направляющих элементов станков и измерительных приборов . Целью изобретения является повышение точности измерений отклонений от прямолинейности. Излучение монохроматического источника коллимируется оптическрй системой, разделяется на два луча Ё1 и Еа в светоделительномт блоке, которые направляются на триппель-призму. Отразившись от триппель-призмы, оба луча через акустооптический модулятор и афокальную оптическую систему подаются на фотоприемники . Электронный генератор и излучатель ультразвуковых волн создают в прозрачной среде акустооптического модулятора движущуюся с по.стоянной скоростью периодическую структуру. Падающие на акустооптический модулятор лучи EI и Е2 пересекаются в плоскости распространения периодической структуры под некоторым углом а, обеспечивающим пространственное совмещение дифракционных порядков выходных спектров оптических излучений. Электрические сигналы с фотопреобразователей поступают на фазоизмерительные устройства вместе с опорным сигналом электронного генератора. Вычислительное устройство находит среднее арифметическое значение фазовых сдвигов сигналов .относительно сигнала генератора и индицирует это значение на индикаторе. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ilO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4804224/28 (22) 07.02.90 (46) 07.03.92. Бюл. N 9 (71) Московский станкостроительный институт (72) В.И.Телешевский и Н.А.Яковлев (53) 531.717.85 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЛЬ 280877, кл. 6 01 В 11/00; 1965..

Авторское свидетельство СССР

N 1464037, кл. G 01 В 11/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ.ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ: (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для контроля отклонений формы направляющих элементов станков и измерительных приборов. Целью изобретения. является повышение точности измерений отклонений от прямолинейности. Излучение монохроматического источника коллимируется оптической системой, разделяется надва луча Е1и

Е2 в светоделительном1 блоке, которые на-!

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для контроля отклонений формы направляющих элементов станков и измерительных приборов.

Известно устройство для контроля прямолинейности, содержащее источник света, посылающий луч через измерительную каретку и акустооптический модулятор на фотопреобраэователь, подключенный к электронной схеме.

„„5U„, 1717957 А1 правляются на триппель-призму. Отразившись от триппель-призмы, оба луча через акустооптический модулятор и афокальную оптическую систему подаются на фотоприемники. Электронный генератор и излучатель ультразвуковых волн создают в прозрачной среде акустооптического модулятора движущуюся с постоянной скоростью периодическую структуру. Падающие на акустооптический модулятор лучи Е1 и

Ег пересекаются в плоскости распространения периодической структуры под некоторым углом а, обеспечивающим пространственное совмещение дифракционных порядков выходных спектров оптических излучений. Электрические сигналы с фотопреобразователей поступают на фазоизмерительные устройства вместе с опорным сигналом электронного генератора. Вычислительное устройство находит среднее арифметическое значение фазовых сдвигов сигналов. относительно сигнала генератора и индицирует это значение на индикаторе.

2 ил.

Недостатком технического решения является амплитудная модуляция электрического сигнала на выходе фотоприемника на всем диапазоне перемещения измеритель, ной каретки, что вносит значительную погрешность в,результаты измерения фазы выходного электрического сигнала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство. содержащее источник монохроматического излучения, светоделительный блок, отражатель в видетриппель-призмы, акустооптиче1717957 ский модулятор, фотоприемник и электронную. схему.

Недостатком известного устройства является влияние нестабильности оси диаграммы направленности источника света на 5 точность измерения отклонений от прямо.линейности.

Цель изобретения — повышение точности измерений отклонений от прямолинейности. 10

На фиг. 1 изображена схема устройства для измерения отклонений от прямолинейности; на фиг. 2 — схема светоделительного блока.

Устройство содержит источник 1 моно- 15 хроматического излучения и оптически связанные с ним коллиматор 2, светоделительный блок 3, триппепь-призму 4, установленную на измерительной каретке 5, акустооптический модулятор 6, с излучате- 20 лем 7 и генератором 8 ультразвуковой частоты, афокальную оптическую систему 9 и расположенные в ее фокусе фотоприемники

10 и 11, электрически связанные с выходами фазовых детекторов 12 и 13, вторые входы 25 детекторов связаны с выходом генератора ультразвуковой частоты, выходы фазовых детекторов связаны с вычислительным 14 и индицирующим 15 устройствами.

Излучение монохроматического источ- 30 ника 1 коллимируется оптической системой

2, разделяется на два луча Е1 и Ег в светодепительном блоке 3, которые направляются на триппель-призму 4. Отразившись от триппель-призмы, оба луча через акусто- 35 оптический модулятор 6 и афокальную оптическую систему 9 подаются на фотоприемники 10 и 11. Электронный генератор 8 и излучатель 7 ультразвуковых волн создают в прозрачной среде акустооп- 40 тического модулятора движущуюся с постоянной скоростью периодическую структуру.

Падающие на акустооптический модулятор лучи Е1 и Ег пересекаются в плоскости распространения периодической структуры 45 под углом а, обеспечивающим пространственное совмещение дифракционных порядков выходных спектров оптических излучений, алгебраическая разность частот. которых равна частоте И0 периодической 50 структуры.

Оптическое гетеродинирование на плоскости фотоприема двух разночастотных излучений приводит к появлению на выходе фотоприемника 10 электрического измери- 55 ельного сигнала ОДА (1) на частоте. равной разности взаимодействующих оптических частот, Соответственно, на выходе фотоприемника 11 появляется сигнал и..3 (i).

Л Ai + Л р2

= К(х + Ьх), (3) пропорционального поперечному смещению триппель-призмы 4

При отклонении оси диаграммы направленности монохроматического излучения на входе в светоделительный блок 3 оси лучей Е1 и Ег отклоняются в разные стороны и вызывают смещения координат акустооптического взаимодействия х1 и хг на равные величины Ь х. но в противоположных направлениях: х1 хо Ьх, (4) хг = х + b x. (5) °

Тогда значение среднего арифметического фазового сдвига Ар, определяемого по (1) — (3), будет равно нулю, Электрические сигналы с фотоприемников 10 и 11 поступают на фазовые детекторы 12 и 13 вместе с опорным сигналом Uon электронного генератора 8. Вычислительное устройство 14 находит среднее арифметическое значение фазовых сдвигов р и уг сигналов Up+31 и UQ+32 относительно сигнала генератора U«и индицирует зто значение на индикаторе 15.

Светоделительный блок (фиг. 2) содержит два светоделительных куба 16, два зеркала 17 и призму Даве 18. Светоделительные кубы 16 делят монохроматическое излучение Е > на два пучка Е1 и Ег и совмещают их под углом а друг к другу. Призма

Дове переворачивает луч Ег так, что при отклонении падающеголуча Е1луч Ег отклоняется на ту же величину; íî в противоположном направлении.

Устройство работает следующим образом, В процессе измерения отклонений от прямолинейности измерительная каретка 5 прокатывается по исследуемой поверхности и в местах отклонений от прямолинейности смещается вверх-вНиз вместе с триппель-призмой 4 (фиг. 1). При этом возникает поперечное смещение световых пучков Е1 и Ег по координате х на величину b x.

Так как оптический путь этих лучей одинаков (zg= zz), то фазовые сдвиги первого и второго электрических сигналов определяются выражениями

Ь р - Кхг + k(z1 - ZQ) = К(хо + Ь х), (1)

Ь щ Кх + k(z1- гг) = К(х0+ Ьх). (2)

Устройство 15 индикации покажет значение среднего арифметического фазового сдвига Ьф:

1717957

Таким образом, измерение отклонений от прямолинейности производится относительно средней линии — биссектрисы угла й, положение которой не зависит от нестабильности оси диаграммы направлен- 5 ности лазерного излучения.

Формула изобретения

Устройство для измерения отклонений ат прямолинейности. содержащее источник 10 монохроматического излучения.и оптически связанные с ним светоделительный блок,. выполненный в виде двух соосно установленных прямоугольных светоделительных. призм и системы из двух плоских зеркал, 15 первое из которых установлено в ходе излучения, отраженного от первой призмы и ориентированного отражающей поверхностью параллельно светоделительной.грани призмы, второе ориентировано соответственно- 20 параллельно светоделительной грани второй призмы, каретку с установленным на ней уголковым отражателем, третье и четвертое плоские зеркала, акустооптический модулятор с излучателем и генератором ультразвуковой частоты и фотоприемник, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено призмой Дове, установленной между плоскими зеркалами светоделительного блока и ориентированной так, что ее основание параллельно оптической оси, афокальной оптической системой, расположенной между модулятором и фотоприемником, вторым фотоприемником и блоком обработки информации, i выполненным в виде двух фазовых детекторов, входы которых связаны с соответствующими выходами фотоприемников, вторые входы детекторов связаны с выходом генератора ультразвуковой частоты, вычислительного и индицирующего устройства, вход вычислительного устройства связан с выходом детекторов, выход — с входом индицирующего устройства.

1717957

Ер

Составитель Н. Яковлев

Редактор О, Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор Л. Патай

Заказ 869 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГКНТ СССР

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

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