Устройство для измерения перемещений подвижного объекта

 

Использование: для измерения пространственных перемещений объектов. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с шарнирно закрепленными в нем интерферометрами, отражатели, шарнирно закрепленные на подвижном объекте, и телескопические механизмы, кинематически соединяющие отражатели с интерферометрами и предназначенные для осуществления их оптической связи. В каждой паре телескопически сопряженных звеньев внутреннее звено имеет направляющие, а внешнее снабжено подшипниками качения, взаимодействующими с направляющими внутреннего звена. Подшипники установлены двумя поясами, один из которых расположен на конце звена, а другой в средней его части, причем каждому подшипнику в одном поясе соответствует диаметрально противоположный подшипник в другом. Направляющие на звеньях выполнены с двух концов на длину, соответствующую величине перемещения звена, при этом направляющие с одного конца диаметрально противоположны направляющим с другого конца. Возможны различные варианты выполнения направляющих, в том числе в виде лысок или канавок. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано для измерения перемещений подвижных объектов.

Известно устройство для измерения перемещений подвижного объекта, содержащее интерферометр с отражателем, установленном на линейно подвижном объекте [1] Недостатком такого устройства является ограниченность возможностей его использования, так как оно может измерять перемещения объекта только по прямым линиям в плоскости.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является устройство, предназначенное для измерения плоскопараллельных перемещений подвижного объекта в пространстве по трем координатам, содержащее интерферометры, шарнирно закрепленные на корпусе с отражателями, и телескопические системы, предназначенные для осуществления оптической связи интерферометров с отражателями [2] Недостаток устройства заключается в том, что его эксплуатационные возможности ограничены измерением плоскопараллельных перемещений объекта по трем линейным координатам. При таких перемещениях угловое положение перемещаемого объекта относительно координатных осей не меняется, угловая взаимная ориентация отражателя и инетрферометра относительно оптической оси не нарушается, что является одним из главных факторов обеспечения надежной работы при использовании трипельпризмы в качестве отражателя.

Задача изобретения заключается в повышении надежности устройства при многокоординатных перемещениях.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для измерения перемещений подвижного объекта, содержащее корпус, интерферометрические измерители, шарнирно закрепленные на корпусе, с отражателями, шарнирно закрепленными на подвижном объекте, и телескопические механизмы, кинематически соединяющие каждый измеритель с отражателем и предназначенные для осуществления их оптической связи.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что в каждой паре телескопически сопряженных звеньев телескопического механизма внутреннее звено имеет направляющие, а внешнее звено снабжено подшипниками качения, взаимодействующими с поверхностями направляющих внутреннего звена, подшипники на каждом звене установлены по меньшей мере двумя поясами, один из которых расположен на конце звена со стороны выхода из него внутренего звена, а другой в средней части звена, причем каждому подшипнику в одном поясе соответствует диаметрально противоположный подшипник в другом поясе.

Для повышения жесткости звеньев направляющие на них могут быть выполнены с обоих концов на длину, соответствующую величине перемещения звена, при этом направляющие с одного конца диаметрально противоположны направляющим с другого конца.

Возможны различные варианты выполнения направляющих, в том числе в виде лысок или в виде канавок.

Такое выполнение устройства обеспечивает достаточную для нормальной работы взаимную угловую жесткость звеньев телескопического механизма, а следовательно, и соединения отражателя с интерферометром относительно оптической оси последнего. Это позволяет сохранить заданное положение отраженного пучка излучения относительно фотоприемника в интерферометре, что обеспечивает надежную работу устройства. При этом потери на трение от взаимных перемещений телескопических звеньев за счет использования подшипников качения ничтожно малы и на точность влияния практически не оказывают. Диаметрально противоположение подшипников в разных поясах и направляющих уменьшает провисание звеньев и тем самым повышает точность юстировки отражателей.

На фиг.1 изображен фрагмент устройства в виде одной из некоторых аналогичных оптических связей подвижного объекта с корпусом; на фиг.2 среднее звено телескопического механизма; на фиг.3 разрез А-А на фиг.1 с направляющими в виде лысок; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.1 с аналогичными направляющими; на фиг.5 вариант телескопического звена с направляющими в виде канавок.

Устройство содержит корпус 1, на котором посредством двух подвижных шарниров 2 закреплены интерферометрические измерители 3, оптически связанные с отражателями 4, закрепленными на подвижном объекте 5 посредством сферических шарниров 6. Интерферометры 3 кинематически соединены с отражателями 4 посредством телескопического механизма 7, предназначенного для осуществления их оптической связи.

В представленном примере телескопический механизм 7 состоит из трех звеньев 8-10, выполненных, например, в виде труб. Количество таких звеньев может быть другим. Внешнее звено 8 жестко соединено с интерферометром 3, а внутреннее звено 10 с отражателем 4. Звенья 8-10 взаимодействуют между собой посредством подшипников качения 11.

Подшипники 11 встроены в звенья 8 и 9, причем в каждом из указанных звеньев подшипники расположены в виде двух поясах по три подшипника в каждом. При этом подшипники в одном поясе смещены по окружности относительно подшипников другого пояса на 180^о.

На звеньях 9 и 10 выполнено по шесть направляющих 12, предназначенных для взаимодействия с подшипниками 11. Направляющие 12 выполнены на длину, соответствующую величине перемещения звеньев 9 и 10, и распределены по окружности аналогично взаимодействующим с ним подшипниками 11, причем направляющие, взаимодействующие с подшипниками в одном поясе, выполнены с одного конца звена, а взаимодействующие с подшипниками другого пояса с другого конца. Направляющие 12 могут быть выполнены, например, в виде лысок (фиг.3 и 4) или в виде канавок (фиг.5).

Устройство работает следующим образом.

Перемещение подвижного объекта 5 с отражателями 4 приводит к поворотам интерферометров 3 вокруг осей шарниров 3 за счет кинематической связи отражателей 4 с интерферометрами 3 посредством телескопических механизмов 7. Звено 8 повторяет угловые перемещения интерферометра 3 за счет их жесткого соединения.

Звено 9 поверхностями своих направляющих 12 взаимодействует с подшипниками 11 звена 8 и линейно перемещается относительно последнего, не имея при этом возможности совершать повороты вокруг его оси. Аналогично ведет себя звено 10 относительно звена 9. При этом звено 10 за счет жесткого соединения с отражателем 4 лишает его возможности поворачиваться вокруг оптической оси, что обеспечивает заданное положение отражателя относительно падающего пучка излучения 13 и сохраняет ориентацию отраженного пучка излучения 14.

Любое перемещение подвижного объекта 5 приводит к изменению расстояния от отражателей 4 до интерферометров 3, каждый из которых посредством преобразования оптического сигнала в электрический измеряет любое линейное перемещение соединенного с ним отражателя 4 относительно точки пересечения осей поворота интерферометра 3 в корпусе 1. Совокупность измеренных перемещений отражателей 4 позволяет определить положение подвижного объекта 5 и координаты любого закрепленного на нем рабочего органа относительно корпуса 1.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА, содержащее корпус, шарнирно закрепленные на корпусе интерференционные измерители перемещений, отражатели и телескопические механизмы, кинематически соединяющие каждый из измерителей с соответствующим отражателем, отличающееся тем, что телескопические механизмы выполнены идентично с направляющими на внутреннем звене, устройство снабжено подшипниками качения, взаимодействующими с направляющими и установленными по крайне мере двумя поясами на внешнем звене телескопического механизма так, что каждому подшипнику в одном поясе соответствует диаметрально противоположный подшипник в другом поясе, а отражатели связаны с объектом посредством шарнира.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подшипники одного из поясов расположены на конце звена со стороны выхода из него внутреннего звена, а подшипники другого пояса - в средней части звена.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что направляющие на звеньях выполнены с двух концов на длину, соответствующую величине перемещения звена, при этом направляющие с одного конца диаметрально противоположны направляющим с другого конца.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что направляющие выполнены в виде лысок.

5. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что направляющие выполнены в виде канавок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5