Устройство для измерения линейных перемещений в двух координатах

 

Союз Советскнк . Соцнвлнстнческнк

Респубпнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1 721666 (6)) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 21.0576 (21) 2364585/25-28 с присоединением заявки М (23) Приоритет

{5>)e. Кл.2

G 01 В 9/02

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 150380, Бюллетень М 10

{53) УДН535 854 (088. 8) Дата опубликования описания 150380 (72) Авторы изобретения

А.A. Корниенко, Д.П. Лукьянов, N.М. Бутусов, В.П. Горелик, Б.Г. Турухано и Н. Турухано (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В ДВУХ КООРДИНАТАХ

Изобретение относится к области прецизионного дистанционного измерения линейных перемещений в двух координатах и может быть использовано в измерительной микроскопии, станкостроении, метрологии, в частности в установках для обмера следов на фотографиях пузырьковых камер.

Известно устройство для линейных измерений, содержащее однолучевую систему освещения, периодическую структуру с системой линий и объединяющую систему для совмещения волновых фронтов ll) .

Известно также устройство для измерения линейных перемещений в двух координатах, содержащее систему освещения, периодическую структуру с ортогональной системой линий и фотоприемники (2) . 20

Данное устройство является наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достиrаемому результату.

Недостатком известных устройств является низкая точность измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения линейных перемещений в двух координатах система освещения периодической структуры выполнена однолучевой, периодическая структура представляет собой двумерную дифракционную решетку, обеспечивающую формирование угловых спектров не ниже первого, а в каждой иэ двух взаимно перпендикулярных плоскостей установлена объединяющая система для совмещения волновых фронтов более высоких, чем нулевой, дифракционных порядкбв и образования интерференционных полос на входах фотоприемников.

На фиг. 1 показана схема устройства; фиг.2 — схема прохождения лучей через решетку.

Устройство содержит однолучевую систему освещения, состоящую из лазера 1 и коллимирующих линз 2 и 3, периодическую структуру с ортогональной системой линий, представляющую собой двумерную дифракционную решетку 4, обеспечивающую формирование угловых спектров не ниже первого, объединяющую систему для совмещения волновых фронтов, состоящую из зеркал 5 и 6 и объединяю них устройств 7 и 8, и фотоприе ники

9, 10, 11 и 12.

7 21 666

Устройство работает следующим образом.

Луч света от лазера 1 попадает на коллимирующие линзы 2 и 3, которые расширяют и коллимируют пучок. Коллимированный пучок попадает на двумерную дифракционную решетку 4 и дифрагирует в двух взаимно перпендикулярных плоскостях 13 и 14. В каждой иэ плоскостей выделяются более высокие, чем нулевой, дифракционные порядки, например, вдоль направлений ОА (первый порядок) и ОВ (минус первый порядок) . Эти дифракционные порядки с помощью зеркала 5 и объединяющего .устройства 7 совмещаются в пространстве, т.е. совмещаются их волновые фронты и подаются на фотсприемник 9 для измерения разности фаэ между ними. При смещении решетки вдоль линии ON фазы световых волй в дифракциснных порядках OA и ОВ получают 20 приращения с противоположными знаками и фотоприемник 9 выделяет удвоенную разность фаэ, величина которой пропорциональна смещению дифракционной решетки. 25

Рассмотрим это более подробно.

Запишем (см. фиг. 2) пропускание дифракционной решетки в одной из плоскостей в виде

2(„с» л») -2и (х+дх), »

+р, где

» дифракционной решетки вдоль координаты Х; 35

AX — смещение решетки вдоль координаты Х.

Осветим дифракционную решетку с пропусканием световой волной S единичной амплитуды, падающей нормально на дифракционную решетку. При взаимодействии такой волны с дифракционной решеткой получим волны -1 . -21ю»(»+0») 2 j ö (р<д )

+ + + +е 45

Иэ предыдущего выражения видно, что световые волны в первом и минус первом дифракционных порядках получают равные по величине и противоположные по знаку фазовые сдвиги

Следовательно, измеряя разность фаэ между волн амн в первом и минус первом дифракционных порядках, которая составит

Ч =дМ! д Р,= 4 »дх, 60 можно определить величину смещения д„Я

4ж х

Иэ последнего соотношения следует, что чувствительность схемы регистрации определяется чувствительностью фазометрической системы, регистрирующей фазу 9, и величиной пространственного периода.

Принимая, например, ошибку,„измерения угла ч равной 71 /2. и выбирая дифракционную решетку с числом линий N = 2000 мм (, найдет, что погрешность б„„измерения смещения

A)(составит величину менее 0,03 мкм.

Для измерения раэгссти фаэ в данном устройстве световые волны с помощью зеркала 5 и объединяющего устройства 7 направляются на фотоприемники 9 и 10, где по результатам их интерференции определяется разность фаз Ф, пропорциональная смещех.

Два фотоприемники 9 и 10, настроенные на интерференционные полосы таким образом, чтобы сдвиг по фазе между ними составлял W/2. позволяют определить не только величину смещения д Х, но и направление смещения, т.е. его знак. Необходимое для этих целей распределение интерференционных полос может быть достигнуто за счет некоторой угловой расходимости световых волн, которая достигается с помощью зеркал 5 и 6 и объединяющих устройств 7 и 8. Аналогичные измерения осуществляются в другой плоскости 14.

Изобретение позволяет с высокой точностью производить измерения линейных перемещений в двух координатах.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений в двух к сорди н ат ах, содержащее систему освещени;, периодическую структуру с ортогональной системой линий и фотоприемники, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, система освещения периодической структуры ьыполнена однолучевой, периодичес— кая. структура представляет собой двумерную дифракционную решетку, обеспечивающую формирование угловых спектров не ниже первого, в каждой из двух взаимно перпендикулярных плоскостей установлена объединяющая система для совмещения волновых фронтов более высоких, чем нулевой, дифракционных порядков и образования интерференционных полос на вхо— дах фотоприемников.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 132840, кл. G 01 B 9/02, 1959.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 387207, кл. С 01 В 9/02, 1971 (прототип) .

721666

Составитель А. Елкин

Редактор Н. Аристова Техред С.кигай Корректор Е. Папп Заказ 117/32 .Тираж 801 Поднисное

ЦНИИПИ Государсt венного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Косква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ЛПП Патент, г. Ужгород, ул . Проектная,4