Интерферометр для измерения перемещений объекта

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для точного измерения линейных перемещений объектов в метрологии , машиностроении и других областях техники. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет повышения термической устойчивости интерферометра. Для этого интерферометр снабжен оптическим клином 9, размещенным в опорном канале 5 и установленным на каретке 8 совместно с оптическим отражателем 7, расположенным в измерительном канале 4 интерферометра. Пучок излучения в опорном канале 5 попадает на оптический клин 9 и падает в процессе перемещения каретки 8 поочередно на неподвижные отражзтели 10.11 и 12. Каждый из неподвижных отражателей возвращает пучок на светоделитель 3 с которого опорный и измерительный пучки попадают на выход интерферометра , создавая интерференционную картину. Эта картина регистрируется через диафрагмы 14,15 на детекторах 16 и 17, установленных в фокальной плоскости цилиндрической линзы 13. 1 ил. СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, 4 о

С (Л (с (21) 4315505/28 (22) 12.10.87 (46) 15.10;92. Бюл. М 38 (71) Институт электроники АН БССР (72) А.Л.Старков (5о) Авторское свидетельство СССР

N - 1416860, кл. G 01 В 9/02, 1986. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

Г1ЕPEMELUEHÈÉ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для точного измерения линейных перемещений обьектов в метрологил, машиностроении in других областях техники. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет повышения термической устойчивости.. Ы: 1768956 А1 интерферометра, Для этого интерферометр снабжен оптическим клином 9, размещенным в опорном канале 5 и установленным на каретке 8 совместно с оптическим отражателем 7, расположенным в измерительном канале 4 интерферометра, Пучок излучения в опорном канале 5 попадает на оптический клин 9 и падает в процессе перемещения каретки 8 поочередно на неподвижные отража-:ели 10.11 и 12. Каждый из неподвижных отражателей возвращает пучок на светоделитель 3, с которого опорный и измерительный пучки попадают на выход интерферо метра, создавая интерферен цион ную картину. Эта картина регистрируется через диафрагмы 14,15 на детекторах 16 и 17, установленных в фокальной плоскости цилиндрической линзы 13, 1 ил.

1 /оЬ956

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для высокочастотного измерения больших линейных перемещений объектов в метрологии, машиностроении и других областях, Цель изобретения — повышение точности измерения за счет повышения термической устойчивости интерферометра.

На чертеже приведена принципиальная схема интерферометра.

Интерферометр содержит последовательно расположенные и оптически взаимосвязанные лазер 1, телескопическую систему 2, светоделитель 3, образующий измерительный 4 и опорный 5 оптические каналы, оптические каналы 4 и 5 расположены параллельно между собой и на расстоянии

Н друг от друга, В измерительном канале последовательно расположены поворотное зеркало 6 и подвижный отражатель 7, установленный на каретке 8. В опорном канале последовательно расположены оптический клин 9 и неподвижные отражатели 10,11 и

12, Оптический клин 9 установлен на каретке 8 между светоделителем 3 и подвижным отражателем 7. Расстояние между оптическим клином и подвижным отражателем равно S — Н. Величина Н выбирается в пределах D < Н < S, где D — диаметр светового пучка, Неподвижные отражатели расположены на расстояниях S друг от друга и на расстоянии Н вЂ” S . $1П а от измерительного канала, где Q — угол, на который преломляется световой пучок оптическим клином.

Преломляющий угол клина О = а (n — 1), где

n - показатель преломления материала клина.

Цилиндрическая линза 13 своими образующими ориентирована перпендикулярно щелевым диафрагмам 14,15, а в фокальной плоскости ее установлены детекторы 16 и

17. На чертеже пунктиром показано смещение каретки 8 совместно с отражателем 7 и оптическим клином 9, а также показан преломленный пучок, падающий на отражатель

11, Интерферометр работает следующим образом.

Пучок света от лазера 1 расширяется телескопической системой 2 и падает на светоделитель 3, где делится им на проходящий (опорный) и отраженный (измерительный). Отраженные пучок направляется в измерительный канал поворотным зеркалом 6 на подвижный отражатель 7, где возвращается им обратно на светоделитель 3.

Проходящий пучок падает на оптический клин 9, преломляется им на угол а и падает

55 сначала на первый неподвижный отражатель 10, а затем, в процессе перемещения каретки 8, падает поочередно на второй 11 и третий 12 неподвижные отражатели, Каждый из неподвижных отражателей возвращает обратно пучок через клин на светоделитель 3. Оба пучка вторично делятся светоделителем, интерферируют и, создав интерференционную картину в плоскости щелевых диафрагм 14,15, частично проходят их и концентрируются цилиндрической линзой 13 на детекторах 16 и 17.

При перемещении каретки 8 разность хода лучей измерительного и опорного изменяется и вследствие этого интерференционные полосы сканируют щелевые диафрагмы 14 и

15. Число полос N проходящих относительно щелей, связано с величиной перемещения I> соотношением !1 = 0,5 N Л, где Л— длина волны излучения лазера в воздухе, Детекторы вырабатывают синусоидальные сигналы, которые затем используются для счета ин,ерференционных полос. Для реверсивного счета интерференционных полос щелевые диафрагмы сдвинуты друг относительно друга перпендикулярно в четверть полосы. Так как расстояние между неподвижными отражателями равно S, а между клином и подвижным отражателем S—

Н, то разность хода интерферирующих лучей периодически изменяется от 0 до +.S, Контрастность интерференционной картины также поддерживается в заданных пределах, Знаки плюс и минус указывают на то, что длина измерительного канала становится то больше, то меньше длины опорного канала. Для высокоточных измерений больших перемещений интерференционные картины, полученные юстировкой от каждого неподвижного отражателя, должны быть идентичны, причем ширина полос, их направление и сфазированность между собой стабильны за время измерения. Интерференционные полосы ориентируются перпендикулярно ребру клина, а щелевые диафрагмы — параллельно интерференционным полосам, Поэтому при перемещении каретки перевод опорного пуска с одного отражателя на другой не должен вносить изменений в интерференционную картину.

Такая операция выполняется с помощью оптического клина, установленного жестко на подвижной каретке. Так как оптический клин не содержит отражающих поверхностей, то отклонения каретки от прямолинейного перемещения и вибрации самого клина не сказываются на опорном пучке, Введение оптического клина и цилиндрической линзы позволило автоматиэиро1768956

30

40

50

Составитель В.Климова

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н.Милюкова

Редактор В.Фельдман

Заказ 3637 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 вать изменение длины опорного канала в процессе измерения, Небольшая толщина оптического клина, малые габариты и принцип его работы позволяют повысить термическую и вибрационную устойчивость интерферометра, За счет автоматического выравнивания длин опорного и измерительного каналов и параллельного их расположения, уменьшено влияние турбулентности воздуха и теплового воздействия на их длину, что позволяет значительно улучшить дрейф нуля интерферометра и его точность.

Формула изобретения

Интерферометр для измерения перемещений объекта, содержащий последовательно расположенные лазер, телескопическую систему и светоделитель, образующий измерительный и опорный оптические каналы, размещенные в измерительном канале, зеркало, выполненное с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости интерферометра, каретку и отражатель, установленный на каретке, размещенные в опорном канале от5 ражатели, становленные на расстояниях

S = 0,8 1 1 — К один от другого, где 1 длина когерентного излучения лазера; К— заданная контрастность интерференционной картины, и размещенные на выходе ин10 терферометра по ходу измерения лазера щелевые диафрагмы и детекторы, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен оптическим клином, размещенным в опорном клине и установ15 ленным на каретке совместно с оптическим отражателем на расстоянии S — Н от него, где Н вЂ” расстояние между оптическими каналами, и цилиндрической линзой, расположенной между диафрагмами и детекторами.