Способ измерения угла поворота объекта и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат состоит в расширении диапазона измеряемых углов. Способ преобразует вращательное движение объекта в поступательное, перемещение отражателей интерферометра, при этом изменяют разность кода, увеличивая ее в одной ветви и уменьшая в другой. Устройство для измерения углов поворота объекта содержит оптический диск с профильным пазом, выполненным по спирали Архимеда, направляющую, каретку, установленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющей, двухлучевой интерферометр, щуп кинематически связанный одним концом с кареткой, а другим входящий в профильный код оптического диска и фотоприемник. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточных измерений угловых поворотов объекта в геодезическом приборостроении, станкостроении и при ювелирной обработке кристаллов.

Известен способ измерения угла поворота объекта с помощью интерферометра Майкельсона, заключающийся в том, что частично перекрывают аттестованной шкалой концевые отражатели, последовательно совмещают крайние изображения шкалы с осью системы наблюдения, определяют поправку на длину базы интерферометра как величину перемещения шкалы между этими двумя совмещениями, наблюдают в поле зрения интерферометра изменение разности хода, вносимое поворотом изделия и находят угол его поворота как отношение изменения разности хода к длине базы интерферометра [1] Недостатком известного способа является ограниченный диапазон измерений, обусловленный поворотом концевых отражателей при повороте объекта, в результате чего, уже при небольших поворотах объекта отражения пучки не попадают в поле зрения интерферометра.

Наиболее близким в части способа решения является способ измерения угла поворота с помощью интерферометра Майкельсона, заключающийся в том, что получают изменение разности хода лучей в результате поворота объекта и измеряют угол поворота [2] Недостатком известного способа является также ограниченный диапазон измерения, обусловленный углами при которых пучки попадают на входную грань призмы.

Известно устройство для измерения углового поворота объекта, содержащее источник когерентного излучения, двухлучевой интерферометр, состоящий из оптически связанных светоделительного элемента и отражающего элемента, формирующих параллельные пучки лучей, двух триппель-призм, предназначенных для установки их на объекте, зеркала и фотоприемника [3] Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон измерения углового поворота объекта, обусловленный необходимостью скрепления отражателей с контролируемым объектом в результате чего, при развороте объекта пучки интерферометра не попадают на входные грани призм, и как следствие этого, на фотоприемнике отсутствует результирующее интерференционное поле, вносимое угловым перемещением объекта.

В части устройства наиболее близким техническим решением является устройство для измерения углового поворота объекта содержащее источник когерентного излучения, двухлучевой интерферометр Майкельсона, включающий светоделительный элемент, расположенные в ходе одного из пучков от него линзу, щелевую диафрагму и угловое зеркало и второе угловое зеркало, установленное во втором пучке, и фотоприемник и направляющую, каретку, установленную на ней с возможностью перемещения [4] Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон измеряемых углов, связанный с тем, что при значительных угловых поворотах объекта угловые зеркала выходят из поля зрения интерферометра.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства измерения угла поворота объекта.

Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 когерентного излучения, двухлучевой интерферометр Майкельсона, включающий оптически связанные светоделительный элемент 2, расположенные в ходе одного из пучков от него линзу 3 щелевую диафрагму 4, два угловых зеркала 5 и 6, направляющую 7, каретку 8, установленную на ней с возможностью возвратно-поступательного перемещения, диск 9 из оптического материала с выполненным на нем профильным пазом по спирали Архимеда, установленный с возможностью поворота относительно геометрического центра спирали щупа 10, кинематически связанный одним концом с кареткой 8, другим входящим во профильный паз оптического диска 9, два зеркальных ромба 11 и 12, образованных зеркалами 13, 14, 15 и 16, две пентапризмы 17 и 18, установленные соответственно в каждом из пучков между светоделителем 2 и соответствующим угловым зеркалом, угловые зеркала 5 и 6 установлены на каретке 8 и ориентированы вершинами друг к другу, направляющая 7 ориентирована вдоль диаметра диска и фотоприемник 19, блок 20 обработки и индикатор 21.

В устройстве профильный паз может быть выполнен также на оптическом диске 9 в виде многовитковой спирали Архимеда.

В устройстве профильный паз может быть выполнен в виде полусферы.

Устройство работает следующим образом.

Подсвечивают источником 1 когерентного излучения щелевую диафрагму 4, установленную в фокальной плоскости линзы 3, которая формирует коллимированный пучок лучей. Параллельный пучок лучей пространственно делят на два пучка с помощью светоделителя 2. Каждый из двух параллельных пучков с помощью зеркал 13 и 14, 15 и 16, соответствующего зеркального ромба, пентапризм 17 и 18 направляют на одно из угловых зеркал 5, 6. Отраженные от них пучки, пройдя в обратном ходе соответствующую пентапризму, зеркала зеркального ромба, пространственно складываются на светоделителе 2 и интерферируют между собой. Затем, результирующее интерференционное поле проектируют на вторую щелевую диафрагму (не обозначена), которая вырезает часть результирующего поля (например, одну из полос). Световой поток фотоприемником 19 преобразуют в электрический сигнал, усиливают и обрабатывают в блоке обработки 20 и результаты обработки выводят на индикатор 21.

При угловом повороте объекта (на чертеже не показан) вместе с ним поворачивается вал (не обозначен) и связанный с ним оптический диск 9.

При повороте диска щуп 10 скользит по профильному пазу спирали Архимеда, перемещая каретку 8 вдоль направляющей 7. При этом, изменение разности хода в ветвях интерферометра осуществляют в соответствии с зависимостью aϕ где a постоянная величина, v угол поворота объекта (не показан).

При перемещении каретки 8 длина оптического пути в одном плече интерферометра увеличивается, а в другом уменьшается на одну и ту же величину. Фотоприемник 19 регистрирует изменение интенсивности светового сигнала на его входе, блок обработки 20 пересчитывает число полос в угловое отклонение объекта, отражая эти преобразования на индикаторе 21.

Источники информации: 1. Авт.св. N 1037066, кл. G 0I B II/26 1981.

2. Авт.св. СССР N 696283, кл. G 0I B II/26 1979.

3. Авт.св. СССР N 1043486, кл. G 0I B II/26 1985.

4. Авт.св. СССР N 1677512, кл. G 0I B II/26 1991.

Формула изобретения

1. Способ измерения угла поворота объекта с помощью интерферометра Майкельсона, заключающийся в том, что получают изменение разности хода лучей в результате поворота объекта и измеряют угол поворота, отличающийся тем, что используют интерферометр Майкельсона, в котором ветви ориентированы навстречу друг другу и перпендикулярно оси поворота объекта, а изменение разности хода в ветвях интерферометра осуществляют в соответствии с зависимостью aϕ, увеличивая ее в одной из них и уменьшая в другой на одно и то же значение, где ϕ - угол поворота объекта, a постоянная величина.

2. Устройство для измерения углового поворота объекта, содержащее источник когерентного излучения, двухлучевой интерферометр Майкельсона, включающий оптически связанные светоделительный элемент, расположенные в ходе одного из пучков от него линзу, щелевую диафрагму и угловое зеркало и второе угловое зеркало, установленное во втором пучке, и фотоприемник, направляющую, каретку, установленную на ней с возможностью возвратно-поступательного перемещения, отличающееся тем, что оно снабжено диском из оптического материала с выполненным на нем профильным пазом по спирали Архимеда, установленным с возможностью поворота относительно геометрического центра спирали, щупом кинематически связанным одним концом с кареткой, другим - входящим в профильный паз оптического диска, двумя зеркальными ромбами и двумя пентапризмами, установленными соответственно в каждом из пучков между светоделителем и соответствующим угловым зеркалом, причем оба зеркала установлены на каретке и ориентированы вершинами друг к другу, а направляющая ориентирована вдоль диаметра диска.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что профильный паз на оптическом диске выполнен в виде многовитковой спирали Архимеда.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что профильный паз выполнен треугольного профиля, а конец щупа, входящий в профильный паз, выполнен в виде полусферы.

РИСУНКИ

Рисунок 1