Устройство для активного контроля линейных перемещений объекта

Изобретение может быть использовано для автоматического контроля линейных перемещений различных механизмов и узлов, в том числе станков с ЧПУ, узлов роботов и манипуляторов, измерительных наконечников. Устройство содержит блок обработки (1), лазер (2), излучающий одномодовый луч (3), оптоэлектронный преобразователь (4), отражатель (7). На пластину (5) оптоэлектронного преобразователя с двух сторон нанесена прозрачная пленка (6) из графена, соединенная с блоком обработки. Оптоэлектронный преобразователь (4) установлен на объект (8) перпендикулярно оптической оси лазера. Толщина пластины b определяется по формуле b=(λn+0,25λ)±0,1λ, где λ - длина волны лазера; n - количество волн; ±0,1λ - допуск на толщину пластины. Технический результат - уменьшение габаритных размеров, уменьшение температурной погрешности при получении метрологической информации. 1 ил.

 

Изобретение относится к станкостроению и предназначено для автоматического контроля линейных перемещений различных механизмов и узлов (контроль за перемещением по линейным осям станков с ЧПУ, контроль перемещения узлов роботов и манипуляторов, контроль перемещения измерительных наконечников в приборах активного контроля).

Известно устройство для активного контроля линейных перемещений (Миронов А.В. Устройство для измерения перемещений (Патент РФ на изобретение №2060455 по заявке 93027036). Устройство для измерения перемещений содержит последовательно установленные лазер, оптический элемент в виде пластины и отражатель, предназначенный для крепления на объекте, два фотоприемника и соединенный с ними блок обработки, диафрагму, установленную в резонаторе, совмещенную с оптической осью и выполненную в виде точки, одна из поверхностей пластины выполнена в виде винтовой поверхности с шагом h, равным

где λ - длина волны излучения лазера, мкм;

n - показатель преломления материала пластины;

k - натуральное число.

Оптическая пластина ориентирована так, что ее продольная ось совмещена с оптической осью, а фотоприемники установлены так, что их светочувствительные площадки лежат в смежных секторах с вершинами, расположенными на оптической оси, и углами при вершине, равными (аналог).

Основным недостатком аналога является сложность конструкции, недостаточный диапазон измерений линейных перемещений, большие габаритные размеры, что исключает возможность применения данного устройства в малогабаритных узлах и механизмах. Имеющиеся недостатки обусловлены тем, что данное устройство содержит большое количество элементов.

Известно также устройство для активного контроля линейных перемещений объекта, содержащее блок обработки, последовательно установленные лазер, оптический элемент в виде пластины и отражатель, причем оптический элемент выполнен в виде оптоэлектронного преобразователя, на пластину которого нанесена прозрачная токопроводящая пленка (электроды), соединенная с блоком обработки, а толщина фоточувствительного слоя может быть равна половине длины волны или увеличена на несколько длин волн, при этом оптический элемент установлен на объект перпендикулярно оптической оси лазера (JP 2000088514 А, 31.03.2000 - прототип).

Основными недостатками прототипа являются большие габаритные размеры оптоэлектронного преобразователя по сравнению с заявленным, что исключает возможность применения данного устройства в малогабаритных узлах и механизмах, подверженность температурным погрешностям из-за теплового расширения фоточувствительного слоя. Имеющиеся недостатки обусловлены тем, что в данном устройстве светочувствительный слой по определению имеет толщину, которая может быть равна половине длины волны или увеличена на несколько длин волн, из чего следует, что толщина светочувствительного слоя прототипа нестабильна и подвержена температурным колебаниям.

Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров, что позволит использовать его практически в различных типах механизмов, в том числе и в малогабаритных (наномеханизмы), а также уменьшение температурной погрешности при получении метрологической информации.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для активного контроля линейных перемещений объекта содержит блок обработки и последовательно установленные лазер, оптический элемент в виде оптоэлектронного преобразователя, на пластину которого с двух сторон нанесена прозрачная пленка из графена, соединенная с блоком обработки, и отражатель, при этом оптический элемент установлен на объект перпендикулярно оптической оси лазера, причем толщина пластины b определяется по формуле

b=(λn+0.25λ)±0.1λ, где

λ - длина волны лазера;

n - количество волн;

±0.1λ - допуск на толщину пластины.

На фиг.1 представлена принципиальная схема заявляемого устройства.

Устройство содержит блок обработки 1, лазер 2, излучающий одномодовый луч 3, оптоэлектронный преобразователь 4, выполненный в форме оптической пластины 5, на которую с двух сторон нанесена прозрачная токопроводящая пленка 6 из графена, и отражатель 7. Оптоэлектронный преобразователь 4 устанавливается на объект 8, перемещения которого мы измеряем, перпендикулярно оптической оси 9 лазера.

Измерение линейных перемещений объекта 8 происходит следующим образом. Из неподвижно закрепленного источника лазерного излучателя 2 выходит луч 3, отражается от отражателя 7 и возвращается обратно.

Происходит наложение прямого и отраженного лучей, в результате чего возникает стоячая волна. Вдоль этой волны перемещается объект 8, на котором закреплен оптоэлектронный преобразователь 4, который фиксирует гребни и впадины стоячей волны. Зная длину волны лазера и количество пройденных волн, при помощи узла отсчета 1 получаем величину линейного перемещения с точностью, равной четверти длины волны.

Устройство для активного контроля линейных перемещений объекта, содержащее блок обработки и последовательно установленные лазер, оптический элемент в виде оптоэлектронного преобразователя, на пластину которого с двух сторон нанесена прозрачная пленка из графена, соединенная с блоком обработки, и отражатель, при этом оптический элемент установлен на объект перпендикулярно оптической оси лазера, причем толщина пластины b определяется по формуле
b=(λn+0,25λ)±0,1λ,
где λ - длина волны лазера;
n - количество волн;
±0,1λ - допуск на толщину пластины.