Способ измерения линейных перемещений объекта с отражающей поверхностью

 

!

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

309232 i

Союз Соввтских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 10.Х1.1969 (¹ 1375856/25-28) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 09 т !!.1971. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 1З.IX.1971,"-.1ПК G 01b 11i10

Коюитвт по делаю изобрвтеиий и открытий при Совета влииистров

СССР

УДК, 531.715.2 (088.8) Авторы изобретения

В. М. Мамкин и В. А. Рабинович

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА

С ОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к бесконтактному измерению линейных перемещений отражающих Iloверхностей и может быть использовано также для измерения параметров, связанных с изменением положения отражающих поверхностей, например, для измерения размеров поково . при обработке на кузнечных прессах, толщины горячего проката и т. д.

Предлагаемое изобретение описано в области линейных перемещений отражающи: поверхностей, но может быть использовано и при измерении любой другой физической величины, в случае возможности преобразования этой величины в линейное перемещение, например, для измерения усилий, твердости, температуры и т. п.

Известен способ измерения линейных перемещений объекта с отражающей поверхностью, заключающийся в.том, что освещают поверхность объекта светом, производят пространственное цифровое кодирование мгновенного положения поверхности объекта, полученный результат обрабатывают и по нему судят о перемещении об ьекта.

Пространственное цифровое кодирование производят с помощью пучков светопроводящих волокон, уложенных в определенном кодовом порядке, например в циклическом коде

Грея.

Применение этого способа ограничено диапазоном световых волн, который невозможно в ряде случаев использовать из-за тяжелых условий измерения.

Кроме того, на результате измерений по известному способу накладываются инструментальные ошибки из-за разброса световодов по толщине и неточности их укладки на входном зрачке кодирующего устройства, а также

10 ошибки из-зя дисторсии объектива, фокуснрующего световые лучи на входном зрачке кодирующего устройства.

Предлагаемьш способ отличается от известного тем, что, с целью повышения гочносп1 из15 мерення и расширения диапазона используемых прН измерении све!Овь1х Волн, нроизводя1 пространственное цифровое кодирование мгновенного положения поверхности обьекта с помощью голограммы, на которую до измерения

20 нри ее градуировке записывают коды чисел, равных номерам элементов квантования зоны измерения, я затем при измерении восстанавливают изображение кода числа, равного результату измерения, облучая голограмму све25 "ом, отраженным от поверхности объекта.

На фиг. 1 и 2 отражены возможные схемы измерительных устройств, работа1ощих»о предл агаемому способу; на фиг. 3 — схема записи пространственного цифрового кода на

30 гологр амму.

309232

Измерительные устройства содер>кат пластину 1 с голограммой пространственного цифрового кода и решетку детекторов излучения

2, установленных на точках фокусировки лучей >, дифрагирующих на голограмме при ее облучении опорным пучком лучей 4, отраженных поверхностью контролируемого объекта 5, облучаемого пучком монохроматического света б, идущего от источника излучения 7. Число и детекторов излучения в этих измерительных устройствах не велико и, в случае использования при пространственном кодировании циклического кода Грея, равно

n = (1од,М, где Л вЂ” число элементов пространственного квантования в зоне измерения.

Так, например, при N=- 10" п=14. При этом эффективность кодирования близка к ее оптимальному значению

IogglV 13 28 и 14

Запись пространственного цифрового кода на голограмму осуществляют при градуировке измерительного устройства обычным способом, каким производят голографирование. Голограмма — это по существу интерферограмма, образующаяся при интерференции волн, рассеянных объектом при его освещении когерентным источником, с опорной волной или когерентным фоном, создаваемым тем же источником. Суперпозиция опорной волны и волн, рассеянных отражающей поверхностью объекта, создает интерференционную картину, которая записывается в виде голограммы в накопительной среде.

При записи голограммы пространственного цифрового кода пучок монохромического света б, идущего от источника излучения 7, направляется на контролируемый объект 5, дискретно перемещаемый в процессе градуировки в зоне измерения, и одновременно через зеркало 8 на кодовую маску 9 с диффузным рассеивателем в виде матовой стеклянной подложки. Пучки лучей 10, проходящие через отверстия в маске и рассеиваемые диффузной подложкой маски по поверхности пластины с накопительной средой, играют роль сигнальных об.ьектных пучков. Роль опорного пучка 4 при записи голограммы выполняют волны, отраженные поверхностью объекта измерения.

Голограмма пространственного цифрового кода записывается путем суммирования на одной пластине с накопительной средой интенсивности от N отдельных интерферограмм.

Ка>кдая из этих интерферограмм соответствует своему номеру элемента квантования и записывается при соответствующем этому элементу дискретном положении объекта измерения и установке кодовой маски с номером данного элемента квантования, выраженны", например, в коде Грея. Каждый раз, когда при градуировке изменяется положение объекта, меняется угол падения опорного пучка 4 на

55 пластину с накопительной средой, заменяется кодовая маска и соответственно изменяется кодовый набор сигнальных пучков 10, интерферирующих с опорным. В результате такой последовательности записи суперпозиции интерферограмм в накопительной среде и составляется голограмма пространственного цифрового кода, содержащая информацию, необходимую для проведения измерений с заданной точностью. Голограмму можно изготовить други м и способ а м и.

По предлагаемому способу измерение линейных перемещений осуществляют следующим образом.

Контролируемый объект 5, перемещающийся в зоне измерения, облучается пучком монохроматического света б, идущим от источника излучения 7. Отражающая поверхность контролируемого объекта облучается пучком»онохроматических волн. Эта волна и используется в качестве опорной волны при измерении.

При облучении пластины с голограммой такой опорной волной в результате дифракции этой волны на голограмме происходит восстановление изображения кода числа, равного номеру элемента квантования зоны измерения, в котором в момент измерения находится объект.

Восстановление этого изображения в процессе измерения происходит в результате того, что опорный пучок отраженных волн падает на голограмму под тем же углом, под которым падал опорный пучок при записи интерферограммы кода числа, равного номеру соответствующего элемента квантования. Восстановленное изображение имеет вид пятен излучения, сфокусированных за голограммой на решетке детекторов излучения. Пятна излучения преобразуются этими детекторами в электрические сигналы, несущие результат измерения.

Изменение положения контролируемого объекта приведет к изменению направления падения опорного луча на голограмму и к смене восстановленного изображения кода, возникающего на линии детекторов излучения, на новый код числа, равного номеру элемента квантования, в который переместился этот объект.

Точность измерения по предлагаемому способу зависит лишь от точности градуировки и от информационной емкости пластинки с голограммой.

Технология изготовления пластинки с голограммой проще технологии изготовления волоконно-оптических кодирующих устройств.

Предмет из обретен ия

Способ измерения линейных перемещений объекта с отражающей поверхностью, заключающийся в том, что освещают поверхность объекта монохроматическим светом, производят пространственное цифровое кодирование мгновенного положения поверхности объекта, полученный результат обрабатывают и по не309232

Я 9 иг,у т лг

Составитель Л. Лобзова

Техред Л. Л. Евдонов

Редактор Г. К. Гончарова

Корректор Е. Н. Миронова

Заказ 2469/1О Изд. № !013 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 му судят о перемещении объекта, отличаюи4ийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона используемых при измерении световых волн, производят пространственное цифровое кодирование мгновенного положения поверхности объекта с помощью голограммы, на которую до измерения при ее градуировке записывают коды чисел, равных номерам элементов квантования зоны измерения, а затем при измерении восстанавливают изображение кода числа, 5равного результату измерения,,облучая голограмму светом, отраженным от поверхности объекта.