Устройство для измерения малых перемещений

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для бесконтактного безинерционного измерения малых линейных и угловых перемещений. Устройство содержит отражатель, установленный на объекте, источник света, расположенный под углом к отражателю, блок регистрации отраженных световых лучей. Рабочая поверхность отражателя выполнена в виде отрезка кругового цилиндра, ось которого перпендикулярна направлению перемещения объекта измерения и параллельна оси его поворота. Экран блока регистрации выполнен в виде отрезка кругового цилиндра, охватывающего отражатель. Оси экрана и отражателя совпадают. В экране выполнена щель для светового луча. Изобретение позволяет повысить точность и чувствительность определения перемещений. 2 ил.

Заявляемое изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно к области оптического приборостроения, и может быть использовано, в частности, для бесконтактного безинерционного измерения малых линейных и угловых перемещений, например измерения угловых и линейных перемещений при исследовании и регистрации микроперемещений в трибоконтакте резьбовой пары.

Известно устройство для измерения малых перемещений объекта, содержащее отражатель, установленный на объекте, источник когерентного излучения, регистратор положения отраженного от отражателя светового пучка, по которому судят о величине перемещения объекта. Данное устройство используется при реализации способа измерения малых перемещений, защищенного патентом Японии N 51-17062, G 01 B 11/02, 1976 г.

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет определить малые перемещения с высокой точностью.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство, защищенное а.с. СССР N 847017, G 01 B 11/00, опубл. 1981 г., которое выбрано в качестве прототипа заявляемого устройства.

Это устройство содержит отражатель, связываемый с перемещающимся объектом, источник когерентного света, расположенный под углом к отражателю, регистрирующий блок, на который падает отраженный от отражателя световой луч. На объекте установлено не менее двух отражателей, каждый из которых выполнен в виде микроскопических кристаллов минерала, напыленых на тонкий слой клея, наносимого на исследуемую точку объекта.

Наличие микроскопических кристаллов, хаотически расположенных на поверхности, позволяет зафиксировать малейшие перемещения, однако точно определить и рассчитать величину перемещений при такой их регистрации сложно, особенно если плоскость объекта, на которой установлен отражатель, совершает сложное перемещение, например одновременное горизонтальное или вертикальное перемещение и поворот, что может иметь место при исследовании резьбовых соединений. Наличие микрокристаллов на отражаемой поверхности приводит к расфокусированию отраженного света и, как следствие, к снижению точности регистрации перемещения.

Заявляемым устройством решается задача повышения точности и чувствительности определения перемещений, особенно при одновременной реализации нескольких различных перемещений.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для измерения малых перемещений, содержащем отражатель, установленный на объекте, источник света, расположенный под углом к отражателю, и блок регистрации отраженных световых лучей, согласно изобретению рабочая поверхность отражателя выполнена в виде отрезка кругового цилиндра, ось которого перпендикулярна направлению перемещения объекта измерения и параллельна оси его поворота, а экран блока регистрации выполнен в виде отрезка кругового цилиндра охватывающего отражатель, при этом оси экрана и отражателя совпадают, в экране выполнена щель для светового луча.

Возможность решения поставленной задачи обусловлена тем, что при малом перемещении или повороте даже небольшое смещение луча по цилиндрической поверхности приведет к изменению угла падения луча на поверхность, соответственно изменится и угол отражения луча. На экране зафиксируется положение луча на значительном расстоянии (по сравнению с величиной перемещения) от точки фиксации луча до перемещения. Это позволит повысить точность измерения микроперемещений, которые имеют место в трибоконтакте резьбовой пары.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна" В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого устройства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию " изобретательский уровень" Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-2.

На фиг. 1 показана работа устройства при горизонтальном перемещении.

На фиг. 2 показана работа устройства при повороте.

Устройство для измерения малых перемещений содержит источник света 1, направляющий луч света через щель 2 в экране 3 на отражатель 4, закрепленный на поверхности объекта 5 измерения. Отражатель 4 выполнен в виде отрезка кругового цилиндра, ось 6 которого перпендикулярна направлению линейных перемещений поверхности объекта 5 и параллельна оси вращения 7 поверхности объекта 5.

Устройство работает следующим образом. На поверхность объекта 5, который будет испытывать линейные перемещения в горизонтальной плоскости, угловые перемещения вокруг оси 7, перпендикулярной плоскости линейных перемещений, крепится отражатель 4 в виде отрезка кругового цилиндра, ось которого параллельна с осью 7. Над отражателем устанавливается экран 3 с щелью 2, через которую на отражатель направляется луч 1. Луч 1 попадает на зеркало 4, отражается от него, и отраженный луч попадает на экран 3, фиксируя место "a₁", его координаты определяются регистрирующим блоком (на чертеже не показан). Затем плоскость 5 перемещается в горизонтальном направлении на расстояние "L", зеркало 4 переместится на расстояние "L", луч, отразившись от новой точки на зеркале "в", будет иметь другой угол падения, соответственно изменится и угол отражения. На экране зафиксируется точка "в₁". Расстояние "а₁-в₁" больше, чем "L".

Разработанное устройство позволяет измерять сверхмалые линейные (10^-8 м) и угловые (10^-3 угловой секунды) перемещения. Система основана на измерении перемещения светового потока на удаленном экране от отклоненного от измерительного микрозеркала луча света и позволяет проводить исследования микроперемещений в трибоконтакте при исследовании самоотвинчивания резьбового соединения.

Формула изобретения

Устройство для измерения малых перемещений, содержащее отражатель, установленный на объекте, источник света, расположенный под углом к отражателю, и блок регистрации отраженных световых лучей, отличающееся тем, что рабочая поверхность отражателя выполнена в виде отрезка кругового цилиндра, ось которого перпендикулярна направлению перемещения объекта измерения и параллельна оси его поворота, а экран блока регистрации выполнен в виде отрезка кругового цилиндра, охватывающего отражатель, при этом оси экрана и отражателя совпадают, а в экране выполнена щель для светового луча.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2