Оптический способ измерения линейных перемещений

 

Изобретение относится к оптическим методам измерения линейных перемещений объекта и может быть использовано в лазерной интерферометрии. Цель изобретения - поБыщение надежности измерений за счет повышения коэффициента использования световой энергии. Световой поток, генерируемый лазером, формируют в плоский, из которого получают опорный пучок, измерительный пучок, фаза которого изменяется пропорционально v инeйнoмy перемещению объекта. Совмещая ручки друг с другом под углом Y - /X/2d, выбирают р ешетку с шагом штрихов, равным ,й, и ориентируют ее, чтобы угол в между интерференционными полосами и штрихами решетки был равен углу Y. и по результатам анализа изменения освещенности муаровой картины и по числу периодов электрического сигнала судят о величине перемещения объекта. 2 ил. Ш

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСОУБЛИН (5ц 4 1 О1 В 9/00 м у ( уъ

k.

9(аа /

@@мал; П б,г.. е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4181323/24-28 (22) !9.11.86 (46) 23.06.88. Бюл. № 23 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт средств измерения в машиностроении (72) В. И. Гладырь, Н. Х. Голыгин и А. С. Иванов (53) 531.71:531.) 4 (088.8) (56) Алякиеев С. А. и др. Лазерные измерители линейных перемещений для точного станкостроения. -Обзоры по электронной технике. Ин-т электроники. — М.: 1974, вып. 6(205), с. 4 — 5. (54) ОПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к оптическим методам измерения линейных перемещений

ÄÄSUÄÄ 1404809 объекта и может быть использовано в лазерной интерферометрии. Цель изобретения— повышение надежности измерений за счет повышения коэффициента использования световой энергии. Световой поток, генерируемый лазером, формируют в плоский, из которого получают опорный пучок, измерительный пучок, фаза которого изменяется пропорционально линейному перемещению объекта. Совмещая ручки друг с другом под углом у=-ут72Ш, выбирают решетку с шагом штрихов, равным бр — — 2Ы; и ориентируют ее, чтобы угол 0 между интерференционными полосами и штрихами решетки был равен углу у, и по результатам анализа изменения освещенности муаровой картины и по числу периодов электрического сигнала судят о величине перемещения объекта. 2 ил.

1404809

45 для малых углов

51 (1)

Шаг муаровых полос от растрового сопряжения одинаковых по шагу решетки 10 и интерференционных полос определяется выражением

D=.6 /О, (2)

Подставляя значение 6,=6 по формуле

55 (1), получаем

D=X/q О. (3) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению линейных перемещений объекта, и может быть использовано в лазерной интерферометрии.

Цель изобретения — повышение надеж5 ности измерений за счет повышения коэффициента использования световой энергии.

На фиг. 1 изображена свема реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — схема интерференционно-растрового сопряжения в увеличенном масштабе. 10

Схема содержит лазер 1, оптическую систему 2 формирования плоского пучка света, прозрачные зеркала 3 и 4, отражатель 5, закрепленный на контролируемом объекте 6, опорный пучок 7 света, измерительный пучок 8 света, интерференционную картину 9, штриховую растровую решетку 10 фотоприемники ll и 12.

На фиг. 2 также показаны: у — угол совмещения опорного 7 и измерительного 8 пучков света; Х вЂ” длина волны света; d—

20 поперечный размер меньшего из пучков света; 6, — шаг решетки;0 — угол между интерференционными полосами картины 9 и штрихами решетки 10; D — шаг муаровых полос. 25

Способ заключается в следующем.

Световой поток, генерируемый лазером 1, с помощью оптической системы 2 формируют в плоский, из которого с помощью полупрозрачного зеркала 3 получают опорный пучок 7, с помощью зеркала 4 и отражателя 5 — 30 измерительный пучок 8, фаза которого изменяется пропорционально линейному перемешению объекта 6. Опорный и измерительный пучки совмещают один с другим под углом у= ул72и, выбирают решетку 10 с шагом штрихов, равным 6Р=/2СГ, которую 35 ориентируют таким образом, чтобы угол 0 между интерференционными полосами и штрихами решетки 10 был равен углу у, с помощью фотоприемников 11 и 12 анализируют изменение освещенности муаровой 40 картины и по числу периодов электрического сигнала судят о величине перемещения объекта 6.

Шаг полос анализируемой интерференционной картины 9 определяется как

6„= X/2 ° з1п у/2, Видно, что при интерференционно-растровом сопряжении шаг D муаровых полос зависит от угла, под которым совмещают пучки 7 и 8, и угла между интерференционными полосами и штрихами решетки 10.

При случайном изменении этих углов изменяется шаг 0 муаровых полос и, как следствие, нарушается фазировка фотоприемников 11 и 12, что приводит к сбою счета полос. Для уменьшения влияния измерения этих углов угловой разъюстировки на ширину муаровых полос углы 0 и 7 следует выбирать как можно большими. Однако большое значение одного угла требует для сохранения определенной величины D малого значения другого.

Максимальная надежность измерения обеспечивается при одинаковой устойчивости шага муаровых полос к угловым разъюстировкам как интерферирующих пучков, так и интерференционной картины с растровой решеткой, что возможно при равенстве углов

О=у.

Решая системы уравнений (1) и (2), получаем для оптимальных углов

0= = УО. (4) для оптимальных шагов

6,=,%.В. (5)

С учетом минимальных световых потерь при фотоэлектрическом преобразовании обычно принимается d=0,50, тогда выражения (4) и (5) принимают вид у= т ху2d;

6р — — -PXZ

В этом случае при удовлетворительной фазировке приемников обеспечивается наибольшая чувствительность к изменению освещенности светового поля. Таким образом, при измерении линейных перемещений интерференционно-растровым способом углы сведения интерферирующих пучков и совмещения штрихов решетки 10 с интерференционными полосами следует выбирать равными Щ2Ш, а шаги интерференционных полос и штрихов решетки 10 равными $2kd.

Это дает повышение надежности измерений при высоком коэффициенте использования световой энергии интерферирующих потоков.

Формула изобретения

Оптический способ измерения линейных перемещений объекта, заключающийся в том, что на объект направляют световой поток, формируют плоские опорный и измерительный пучки, совмещают их, регистрируют интерференционную картину и определяют величину перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности измерений, совмещение опорного и измерительного пучков осуществляют под углом у=

1404809

ыходнои сигнал

Фиг.1

Фиг.2

Составитель В. Климова

Редактор Г. Волкова Техред И. Верес Корректор A. Обручар

Заказ 3088/4) Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

=- /Х/d, где Х вЂ” длина волны света, d — поперечный размер меньшего из пучков, на интерференционную картину накладывают решетку с шагом о =- /2М, которую ориентируют так, чтобы угол между интерферен. циоными полосами и штрихами решетки был равен углу у, а о величине перемещения судят по смещению муаровых полос.