Устройство для измерения перемещения объектов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть Использовано для прецизионных измерений размеров шаров, цилиндров кубов и других тел правильной геометрической формы. Целью изобретения является обеспечение измерения размеров объектов за счет измерения расстояний между отражателями любой формы. Устройство содержит измерительный и вспомогательный лазеры с общими зеркалами, два фотоприемншса, два частотомера, каждый из которых свя заи с соответствуняцим фотоприемником, систему автоподстройки и связанный с ней пьезокорректор, установленный на одном из зеркал, дополнительный измеритепьнь лазер, установлен олй между объектом измерений и зеркалом, соосно первому лазеру, второй пьезо-- корректор, размещенный на втором зеркале, и переключатель, установленный между системой автоподстройки и пьезокорректорами. Устройство позволяет регистрировать изменение расстояния между отражателями различной геометрической формы как изменение разности .частот биений измерительных и вспомогательиого лазеров 1 ил. Ф S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИЙ (5р у 6 Ol В 21/02 (21) 3716068/24-28 (22) 29.03.84 (46) 15.02.86. Бюл. У б (72) В.Н. Несаль и В.Е. Привалов (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1010459, кл. 6 01 В 1 1/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерн» тельной технике и может быть использовано для прецизионных измерений размеров шаров, цилиндров, кубов и других тел правильной геометрической формы. Целью изобретения является обеспечение измерения размеров объектов за счет измерения расстояний между отражателями любой формы.

Устройство содержит измерительный

„Я0„, 1211604 д н вспомогательный лазеры с общими зеркаламй, два фотоприемника, два частотомера, каждый из которых свя зан с соответствующим фотоприемником, систему автоподстройки и связанный с ней пьезокорректор, установленный на одном из зеркал, дополнительный измерительный лазер, установленный между объектом измерений и зеркалом, соосно первому лазеру, второй пьезокорректор, размещенный на втором зеркале, и переключатель, установленный между системой автоподстройки и пьезокорректорами. Устройство позволяет регистрировать изменение рас- © стояния между отражателями различной Е геометрической формы как изменение разности .частот биений измерительных и вспомогательного лазеров. 1 ил.

1211604

Изобретение относится к измери тельной технике и мажет быть использовано для прецизионных измерений размеров шаров, цилиндров, кубов и других тел правильной геометрической 5 формы, используемых в качестве эталонных образцов при создании мер единицы плотности на основе твердых тел.

Целью изобретения является обеспечение измерения размеров объектов

10 за счет измерения расстояния между отражателями любой формы.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит отражатели 1 и 2, образующие резонатор вспомогательного лазера с активным элементом 3. Вспомогательный лазер оптически связан через зеркало 4 с фото" приемником 5, подключенным к систе- 20 ме 6 автоматической подстройки частоты (АПЧ.) вспомогательного лазера, электрически связанной через переключатель 7 с пьезокорректорами 8 и 9, размещенными на отражателях 1 и 2 . Активный элемент 10 образует с отражателем I и отражающим элементом, устанавливаемым на поверхности измеряемого объекта 11 (или отражающей поверхностью самого объекта 11) Ä 30 первый измерительный лазер. Активный элемент 12 образует с отражателем 2 и поверхностью измеряемого объекта 11 второй измерительный лазер. Оба измерительных лазера через зеркала 4, 13, 14 и 15 оптически связаны с вспомогательным лазером и фотоприемниками 16 и 17, подключенными к частотомерам 1-8 и 19.

Устройство работает следующим об- 411 разом.

Первоначально определяют значение параметра d — диаметра измеряемого объекта 11 в его начальном положении.4

Для этого используют режим сканирования отражателей 1 и 2, осуществляемый при помещенном между активными элементами 10 и 12 измеряемом объекте 11 с помощью ньезокорректоров 8 и 9, подключаемых поочередно через переключатель 7 к системе АПЧ 6 вспомогательного лазера, которая вырабаты вает управляющий сигнал сканирования. При этом определяются базы резонаторов вспомогательного (Ь,») и измерительных (Ь., и Ь ) лазеров по формулам

Ьо

Ь гпе С—

Д 1)„Ы„,— ьА с, с л-- — — » L1 — -»»---- о с

22 Я, скорость света; межмодовые интервалы для вспомогательного и измерительных лазеров соответственно.

Относительная погрешность измерения межмодовых интервалов при использовании серийных приборов состав-10 -11 ляет величину порядка 10 — 10

После измерения межмодовых интервалов замыкается цель обратной связи АПЧ 6 вспомогательного лазера, поддерживающая неизменной базу его резонатора L с относительной поо

-8 грешностью порядка 1 10 (что может быть осуществлено системой АПЧ по провалу Лэмба или по внешней поглощающей ячейке, как это сделано в промышленных лазерах ЛГ-77 и ЛГ-149), По измеренным значениям баз резонаторов вспомогательного и измерительных лазеров определяется d из соотношения снап = Ь<» — L„ — Ь2 (2)

Для определения истиной конфигурации объекта 11 производят измерения его размеров в нескольких сечениях» число которых зависит от степени отклонения формы исследуемого объекта 11 от правильной геометрической. Для этого после измерения Й,» измеряют частоты биений f q и f измерительных и вспомогательного лазеров, выделяемые системами оптического гетеродинирования, состоящими из зеркал 4, 13, 14 и

15 и фотоприемников 16 и 17. Частоты биений регистрируются частотомерами 18 и 19, они равны . 01 » f » 02 f2 О » где f, f2 — частоты генерации измерительных лазеров в начальном положении объекта ll

fo — частота генерации . вспомогательного лазера.

После этого объект ll плавно переводится в новое положение, в котором частоты генерации измерительных лазеров изменяются в соответствии с изменением баз резонаторов измерительных лазеров, вызванном изменением размера измеряемого объек3 с — о

4 л

Юу,с 8 о, о

С4) где 3 — относительная нестабильность частоты излучения лазера за время цикла единичного измерения.

Используя известные из теории вероятностей соотношения, можно оценить необходимую стабильность лазера для серии измерений: та 11. Эти новые значения частот

I 1 обозначим f, и f, а частоты биений будут fo „= f„ fî H f; — f -f, Частоты биений снова измеряютая.

Искомый размер Йо нового сечения объекта ll измерений находится как алгебраическая сумма ранее найденной величины Йо и ее изменения ЛЙ, определяемого из выражения ! с f01 — f04 с

Ь йр= — — --. ---- — — + 2Л, fo + fo< 2 11 ой

< 7-;---------г (з)

-о + fox

Погрешность механизма перемещения объекта ll не входит в погрешность измерений, т.к, она приводит к противоположным изменениям частот генерации измерительных лазеров, которые полностью взаимокомпенсируются.

Процедура измерений повторяется для всех необходимых сечений измеряемого объекта 11.

Из соотношения (3) вытекает следующая оценка требований к стабильности частоты лазера в зависимости от требуемой погрешности измерений:

1211 0 где n — число измерений в серии; среднее квадратическое откр

5 лонение измеряемой величины, Задаваясь величиной среднего квал ратического отклонения 1 10 8; do =

= 0,1 м; а(„= 0,5 м, получаем для

25 оценку относительной неста10 бильности частоты лазера I"10 что может быть реализовано системой автоподстройки частоты, 6> измеряемой величины d для серии И измерений,в некотором положении объекта ll on15 ределяется из выражения:

6,= (6 где hd — среднее значение в серии, 20

Формула изобретения

Устройство для измерения переме25 щения объектов, содержащее измерительный и вспомогательный лазеры с двумя общими отражателями, два фотоприемника, два частотомера, каждый иэ которых связан с соответствукнцим фотоприемником, систему автоподстройки и связанный с ней пьезокорректор, установленный на одном из отражателей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения измерения размеров объектов, оно снабжено

35 дополнительным измерительным лазером, предназначенным для установки между объектом измерения и одним из отражателей соосно основному измерительному лазеру, вторым пьезокоррек40 тором, установленным на другом отражателе, и переключателем, включенным между системой автоподстройки и пьезокорректорами.! 211604

Составитель Е. Глазкова

Редактор И. Циткина Техред С.Мигунова - Корректор М. Демчик

Заказ 634/47 Тира;к 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал II!III "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4