Измерительный фотоэлектрический микроскоп

 

Использование: измеритель предназначен для наводки на штрих эталонной шкалы с прозрачными штрихами и для измерения с высокой точностью отклонений от этого положения в пределах нескольких миллиметров. Измеритель состоит из корпуса, содержащего сканатор в виде вращающегося многогранного зеркала, а также фотоэлектрические коллиматор и автоколлиматор, с помощью которых вырабатываются измерительные и опорные импульсы. Временные интервалы между этими импульсами зависят от взаимного расположения центра сканирования светового пятна и штриха линейки, что позволяет с помощью электронного блока выделять выходной сигнал, пропорциональный отклонению от центра штриха. 2 ил.

Изобретение относится к оптико-электронной прецизионной измерительной технике, допускающей прямой отсчет показаний механических смещений.

Известно устройство для высокоточной наводки на центр штриха эталонной шкалы фотоэлектрический микроскоп.

В устройстве в оптическом тракте содержатся источник света, щелевая диафрагма, конденсор, объектив, сканатор в виде колеблющегося зеркала, шкала с темными штрихами, основные и вспомогательные фотоприемники и блок преобразования импульсных сигналов выходной сигнал /1/.

Недостатком указанного устройства, в котором происходит фазово-импульсное преобразование информации о положении штриха, является пригодность его к работе только в режиме нуль-индикации.

Измерение даже малых отклонений от центра штриха происходит с низкой точностью из-за искажения формы импульсов, а также непостоянства амплитуды сканирования.

Наиболее близким техническим решением является измерительный фотоэлектрический микроскоп, содержащий корпус, источник света и оптически связанные коллиматор, включающий конденсор, щелевую диафрагму и фотодиод, зеркальный сканатор, объектив и измерительную линейку, и электронный блок преобразования сигналов /2/.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерения, обусловленная искажением формы импульсов.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена схема оптического тракта и электронного блока микроскопа.

На фиг.2 графики сигналов в электронном блоке.

Фотоэлектрический микроскоп содержит корпус 1, оптически связанные коллиматор 2, включающий источник 3, конденсор 4, щелевую диафрагму 5 и фотодиод 6, зеркальный сканатор 7, объектив 8, измерительную линейку 9, электронный оптический блок 10 преобразования сигналов, выполненный в виде двухканальной схемы 11 усиления и формирования импульсов, RS-триггера 12 и фильтра 13 нижних частот, автоколлиматор 14, установленный с возможностью изменения углового положения и выполненный в виде последовательно расположенных объектива 15, диафрагмы 16 с двумя параллельно ориентированными щелями 17 и с размещенными за одной из них фотодиодом 18 и соответственно за другой светодиодом 19, автоколлиматор 14 расположен на боковой стенке корпуса 1 таким образом, что угол между его оптической осью и осью коллиматора 2 составляет нечетное число половин углов, граней зеркального сканатора 7, который выполнен в виде многогранника, расположенного со стороны, противоположной установке объектива 8 относительно измерительной линейки 9, фотодиод 18 коллиматора 14 выполнен с размером входного окна вдоль направления перемещения линейки 9, не меньшим половины, и не большим, чем целое расстояние между соседними штрихами линейки 9, фотодиоды 6 и 18 соединены с входами схемы 11, выходы которой подключены к входам триггера 12, выход которого соединен с фильтром 13 нижних частот, а коллиматор 2 установлен на той же стенке корпуса 1, что и автоколлиматор 14 и размещен таким образом, что оптические оси источника 3 и объектива 8 составляют угол 90^o и биссектриса указанного угла проходит через ось вращения сканатора 7.

Микроскоп функционирует следующим образом.

В положении, показанном на фиг.1, в результате вращения сканатора 7, происходит многократное одностороннее линейное сканирование световой полоски по линейки 9, в результате чего в фотодиодах 6 и 18 возникают импульсы через одинаковые интервалы времени r₁=r₂=T/2, где Т период сканирования.

Графики этих импульсов после их формирования, показаны на фиг.2а, на котором опорный импульс от автоколлиматора 14 показан с большей амплитудой. В сигнале триггера 12, приведенном на фиг.2б, нет постоянной составляющей напряжения, т.е. микроскоп установлен точно против центра щели линейки 9 и с этой точкой совпадает центр сканирования /точного совпадения добиваются путем юстировки положения автоколлиматора 14/.

Если теперь линейка 9 сместится на небольшое расстояние, то опорные импульсы останутся в том же месте на графике фиг.2а, а измерительные импульсы займут другое положение /прерывистые линии/. В результате длительности положительных и отрицательных импульсов на выходе триггера 12 r₁≠r₂, фиг.2в, и в его сигнале появляется постоянная оставляющая , выделяемая фильтром 13 нижних частот, где U_o амплитуда импульсов с триггера; X_o амплитуда сканирования.

В силу оговоренных выше условий о размерах d фотодиода где: l расстояние между штрихами, микроскоп допускает измерения отклонений от центра щели на расстоянии несколько превышающие .

Однако, плавный переход без потери информации от измерения вблизи одной щели к измерениям вблизи соседней не представляется возможным.

В данном случае необходимо сначала установить нулевое положение микроскопа над другой щелью, а затем измерять отклонения от этого положения.

Формула изобретения

Измерительный фотоэлектрический микроскоп, содержащий корпус и оптически связанные коллиматор, включающий источник, конденсатор, щелевую диафрагму и фотодиод, зеркальный сканатор, объектив и измерительную линейку, электронный блок преобразования сигналов, отличающийся тем, что он снабжен установленным с возможностью изменения углового положения автоколлиматором, выполненным в виде последовательно расположенных объектива, диафрагмы с двумя параллельно ориентированными щелями и размещенными за одной из них фотодиодом и соответственно за другой светодиодом, расположенным на боковой стенке корпуса таким образом, что угол между оптической осью и осью коллиматора составляет нечетное число половин углов граней зеркального сканатора, который выполнен в виде многогранника, расположенного со стороны, противоположной установке объектива относительно измерительной линейки, фотодиод коллиматора выполнен с размером входного окна вдоль направления перемещения линейки не меньшим половины и не большим, чем целое расстояние между соседними штрихами линейки, электронный блок преобразования сигналов выполнен в виде двухканальной схемы усиления и формирования импульсов, RS-триггера и фильтра нижних частот, фотодиоды коллиматора и автоколлиматора соединены с входами двухканальной схемы, выходы которой подключены к входам триггера, выход которого соединен с фильтром нижних частот, а коллиматор установлен на той же стенке корпуса, что и автоколлиматор, и размещен таким образом, что оптические оси источника и объектива составляют угол 90^o и биссектриса указанного угла проходит через ось вращения сканатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2