Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений

 

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДПЯ ИЗЬШРЕШЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ , содержащее монохроматический источник света и последовательно установленные по ходу излучения измерительную и индикаторную дифракционные решетки с одинаковым шагом, блок фотоприемников и блок регистpdi iH , отличающееся тем,, что, с целью повышения точности измерения , индикаторная решетка установлена так, что плоскость расположения ее штрихов составляет двугранный угол с плоскостью расположения штриховизмерительной решетки, ребро двугранного угла параллельно штрихам решеток, а блок фотоприемников расположён в вершине угла, образованного пересечением оптических осей пучков одноименных порядков дифракции на измерительной и (Л индикаторной решетках, так что входная плоскость блока фотоприемников перпендикулярна биссектрисе этого угла.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И ЛЮ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4(51) G 01 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:Ь

ГОСУДАРСТВЕННОЙ НОМИТЕТ СССР

Ю Ю (21) 3637472/25-28 (22) 29 .08.83 (46) 07.04.85. Бюп. В 13 (72) Э.К. Яценко и Г.Я. Кивензор (7!) Украинский научно-исследовательский институт станков и инструментов (53) 531.717(088.8) ,(56) 1. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред.

Л.Н. Преснухина, И., "Иашиностроение", 1974, с. 180.

2. Hucrh. J.И. The metro1ogical

app1ications of diffraction gratings. — Progress in optics", v. 2, 1963, р.. 85-106 (прототип). (54)(57) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙ-.

СТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЬЙ ПЕРЕИЕЩЕНИЙ, содержащее монохроматический источник света и последовательно установленные по ходу излучения измерительную и индикаторную дифракционные решетки с одинаковым шагом, блок фотоприемников и блок регистрации, о т л и ч а ю щ e e с я тем,. что, с целью повышения точности измерения, индикаторная решетка установлена так, что плоскость расположения ее штрихов составляет двугранный угол с плоскостью расположения штрихов измерительной решетки, ребро двугранного угла параллельно штрихам решеток, а блок фотоприемников расположен в вершине угла, образованного пересечением оптических осей пучков одноименных порядков дифракции на измерительной и индикаторной решетках, так что входная плоскость блока фотоприемников перпендикулярна биссектрисе этого угла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений, содержащее монохроматический источник света и последовательно установленные по ходу излучения измерительную и индикаторную дифракционные решетки с одинаковым шагом, блок фотоприемников и блок регистрации (2) .

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения вследствие низкой контрастности муаровых полос.

Цель изобретения — повышение точности измерения. 35

Для достижения поставленной цели в оптико-электронном устройстве для измерения линейных перемещений, содержащем монохроматический источник света и последовательно установ- <о ленные по ходу излучения измерительную и индикаторную дифракционные решетки с одинаковым шагом, блок фотоприемников и блок регистрации, индикаторная решетка установлена так, что плоскость расположения ее штрихов составляет двугранный угол с плоскостью расположения штрихов измерительной решетки, ребро двугранного угла параллельно штрихам реше- Ю ток, а блок фотоприемников расположен в вершине угла, образованного пересечением оптических осей пуч- . ков одноименных порядков дифракции на измерительной и индикаторной ре- 55 шетках, так что входная GJIOcKOcTb блока фотоприемников перпендикулярна биссектрисе этого угла.

3 1 149

Изобретение. относится к контрольно-измерительной технике и может быль использовано в измерительных системах координатно-измерительных машин, станков и приборов активного контроля.

Известно оптико-электронное устройство для измерения перемещений, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу 1р излучения индикаторную и измерительную растровые решетки и блок фотоприемников Щ .

Недостатком устройства является нйзкая разрешающая способность вследствие крупного шага растровых решеток.

123 2

На чертеже представлена схема оптико-электронного устройства для измерения линейных перемещений.

Устройство содержит монохроматический источник 1 света и последовательно установленные по ходу излучения измерительную и индикаторную дифракционные решетки 2 и 3 с одинаковым шагом, блок 4 фотоприемников и блок 5 регистрации. Инди- ° каторная решетка 3 установлена так, что плоскость расположения ее штри.хов составляет двугранный угол с плоскостью расположения штрихов измерительной решетки 2, ребро двугранного угла параллельно штрихам решеток 2 и 3, а блок 4 фотоприемников расположен в вершине угла, образованного пересечением оптических пучков одноименных порядков дифракции на измерительной и индикаторной решетках 2 и 3, так что входная плоскость блока 4 фотоприемников перпендикулярна биссектрисе этого угла.

Устройство работает следующим образом.

Луч монохроматического источника 1 с длиной волны Я падает на измерительную дифракционную решетку 2, имеющую шаг с1, под углом, претерпевает преломление и дифракцйю.

Ввиду того, что для большинства профилей дифракционных решеток интенсивность лучей в порядках выше первого мала, используются пучки одноименных первых порядков дифракции на измерительной и индикаторной дифракционной решетках 2 и 3.

Луч первого порядка дифракции на измерительной дифракционной решетке 2 выходит из решетки под углом д определяемым из известного соотношения

На индикаторную дифракционную решетку 3 падает пучок нулевого порядка под углом е- с . Угол пучка $ первого порядка дифракции излучения на индикаторной решетке 3 определяется из выражения

nin f Ф Bin(i- 1= —. (g) д

2еп ц(2 () 3 1

Пучок первого порядка после дифракции на измерительной дифракционной решетке 2 падает на решетку 3 под углом 6 4 g . Его непродифрагировавшая составляющая выходит иэ решетки 3 под тем же углом.

Разность углов пучков одноименных первых порядков дифракции излучения на решетках 2 и 3

Величина угла (однозначно связана с периодом полос интерференционного поля, возникающего в зоне пересечения пучков первых порядков

Период интерференционных полос Л выбирают, исходя из размеров блока 4 фотоприемников, а по формулам (1)-(4) определяют значения углов (, 9 и, связанных общим соотношением.

Sion(>-g)4 eiA(8a(f 4(pf = 9 Ц

ВНИИПИ Заказ 18б3/28

Тираж 651 Подписное

Филиал IIIIO "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

149123 4

Перемещение измерительной днфракционной решетки 2 приводит к смещению интерференционных полос во входной плоскости блока 4 фотоприемников. На выходе блока 4 фотоприемников вырабатывается два квадратурных квазигармонических сигнала, период которьм соответствует перемещению решетки 2 на расстояние, равное !

О шагу решеток Д.

Периоды квадратурных сигналов и их доли подсчитываются блоком 5 регистрации и выдаются на цифровую .индикацию.

Контрастность таких интерференциооных полос, формируемых за счет интерференции двух лучей, выше, чем в случае муаровых полос. Повышение контрастности интерференционных по2б лос обеспечивается также и тем, что входная плоскость блока 4 фотоприемников перпендикулярна биссектрисе угла пересечения интерферирующих пучков. д Таким образом, предлагаемое расположение индикаторной решетки и блока фотоприемников позволяет увеличить отношение сигнал — шум фотоэлектрических сигналов и повысить за счет этого точность измерения.