Компаратор для линейного измерения концевых

 

3ф29! У

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсииз

Сациалисти;:л ;иих,Республик

Зависимое от авт. свидетельства № Заявлено 30.Ill.1971 (№ 1640168/25-28) !.Ч. Кл. С 010 9/02

G 0lb 9, 08 с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 23Х.1973. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 28.Л1.1973

Комитет по делая изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 531.715.1(088.8) Автор изобретения

В. Д. Свердличенко

Заявитель

КОМПАРАТОР ДЛЯ ЛИНЕЙНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕВЪ|Х

МЕР ДЛИНЪ|

Изобретение относится к линейным измерениям и может быть использовано для абсолютных измерений концевых мер длины методом совпадения дробных долей порядка интерференции, а также для компарирования концевых мер между собой тем же методом.

Известен компаратор для линейного измерения концевых мер длины, содержащий интерферометр Кестерса. Интерферометр содержит эталонный источник света, имеющий несколько спектральных линий; осветитель, поочередно выделяющий каждую линию и дающий пучок параллельных линий; расщепитель светового пучка — призму Кестерса; плоскую пластину, притираемую к поверяемой концевой мере; относительное зеркало; выходной объектив интерферометра; отсчетную сетку и окуляр. В известном компараторе в поле зрения наблюдательной системы одновременно видны две интерференционные картины. Одна образована пучками, отраженными от середины зеркала и от конца меры, а другая — пучками, отраженными краями зеркала и пластиной, Отсчитав смещение одной картины по отношению к другой в долях интерференционной полосы для нескольких известных длин волн света, можно по номограммам определить точный размер концевой меры, если он был известен приблизительно (c погрешностью + 2 мкм) . Однако при визуальном отсчете дробных долей порядка интерференции llîгрешность измерения порядка интерференции составляет +-0,05 полосы (наилучшая точность) и является определяющей при аттеста5 ции меры. Кроме того, из-за падения контраста интерференционной картины, при использовании лампы с изотопом криптона Кг86 на интерферометре Кестерса может быть аттестована мера длиной не более 250 мм (без пере10 мещения относительного зеркала), что ограничивает пределы измерения.

Предлагаемый компаратор отличается от известного тем, что, с целью повышения точ15 ности и расширения пределов измерения, он снабжен диафрагмой для раздельного наблюдения интерференционных картин в поле зрения наблюдательной системы интерферометра, выполненной в виде установленного в

20 плоскости изображения выходного объектива интерферометра непрозрачного экрана с расположенными в шахматном порядке окнами, и интерполятором долей порядка интерференции, установленным на выходе интерферомет25 ра и выполненным в виде щели, расположенной в плоскости изображения объектива интерферометра, и установленных за щелью электрически связанных между собой фотоэлектрического преобразователя, избиратель30 ных усилителей, синхронных детекторов, от382917 счетного устройства, генератора, умножителя частоты и интерференционного модулятора.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого компаратора.

Предлагаемый компаратор содержит интерферометр Кестерса, состоящий из источника 1 эталонного излучения, который излучает свет, содержащий несколько спектральных линий (например, лампа с изотопом Кг86); осветителя 2; светоделительной призмы Кестерса 8; плоской пластины 4, притираемой к одному из концов поверяемой меры 5, (мера

5 и пластина 4 служат основным зеркалом интерферометра); относительного зеркала б, установленного на интерференционном модуляторе 7, и выходного объектива 8 интерферометра. В плоскости изображения объектива 8 установлена разделяющая диафрагма 9. Компаратор содержит также интерполятор долей порядка интерференции в виде щели 10, расположенной в плоскости объектива 8; фотоэлектрического преобразователя 11, установленного за щелью 10; двух избирательных усилителей 12 и 18, настроенных соответственно на первую и вторую гармонику модулирующей частоты; синхронных детекторов 14 и

15, сигнальные входы которых соединены соответственно с выходами усилителей 12 и 18, а входы опорных напряжений связаны, соответственно с выходами генератора 16 модулирующего напряжения и умножителя 17 частоты. Выходы синхронных детекторов 14 и 15 соединены со входами отсчетного устройства

18, в качестве которого может быть использован осциллограф с двумя идентичными каналами отклонения по осям Х и У или аналогоцифровой преобразователь. В интерполятор входит также интерференционный модулятор 7.

Свет от эталонной лампы через конденсор, монохроматор и коллиматор осветителя 2 поступает в виде параллельного пучка на светоделительную призму Кестерса 8, Разделенные пучки падают на концевую меру 5 с притертой пластиной 4 и на относительное зеркало, отражаются и, возвратившись в призму 8, интерферируют. В плоскости изображения объектива 8 получается интерференционная картина. При одном положении диафрагмы 9 через щель 10 проходит свет только от центральной части интерференционной картины, образованной пучками, отраженными от конца меры 5 и средней части зеркала 6, а при другом положении диафрагмы 9 проходит свет от краев интерференционной картины, образованной пучками, отраженными краями зеркала б и пластиной 4. Световой поток, содержащий информацию о дробной части порядка интерференции на соответствующем участке поля зрения падает на фотоэлектрический преобразователь 11 (ФЭП) и преобразуется в электрическое напряжение. При работе интерференционного модулятора 7, представляющего собой пьезокерамику, смещающую зеркало 6 параллельно самому себе в направлении падения луча, на выходе фотоэлектрического преобразователя появляется переменное напряжение, содержащее первую и вторую гармоники модулирующей частоты

5 вида

U, =V .I, a).sin .х.sino t, (1) (4 3 . 4

/, /, U,=V .I,(a).cos — .х cos2ut. (2) где U< и U — мгновенные значения I и II гармоники сигнала;

U — амплитуда напряжения на выходе

ФЭП;

15 — функция Бесселя;

/. — длина волны света;

2о х — дробная часть порядка интерференции; а — амплитуда модуляции; в — частота сканирования.

Как видно из выражений (1) и (2) амплитуды гармоник пропорциональны соответст25 венно

4; 4

Sill Х И C OS Х

/, /, После детектирования синхронным детектором получаются сигналы вида

Е, =Е,„з1п .х, E, = E.cos .х, 4

/, При подаче таких напряжений на входы х и у осциллографа пятно на его экране перемешается по окружности, если изменяется разность хода в интерферометре, и совершает

40 полный оборот при изменении разности хода на длину волны /, (перемещение зеркала на

Х//2). Разделив окружность, описываемую пятном на экране осциллографа, на и частей (например, на 100), можно уверенно отсчитывать

45 дробные части порядка интерференции с пои грешностью +- — (т, е. 0,005 полосы). После

2 установки поверяемой меры 5 с пластиной 4 оператор подбирает необходимый угол клина

5о в одной из длин волн, излучаемых лампой 1, поворотом зеркала. Затем подается на модулятор 7 напряжение от генератора 16 с амплитудой, соответствующей оптимальным соотношениям содержания первой и второй гармо55 ник в сигнале с ФЭП. Для каждой длины волны эти амплитуды могут быть определены однократно. Разделительную диафрагму 9 устанавливают так, чтобы свет попадал в щель 10 ФЭП через среднее окно диафрагмы бо и по осциллографу отсчитывают дробную часть порядка интерференции. Затем смещают диафрагму 9 так, чтобы в щель 10 попадал свет через крайние (нижние) окна диафрагмы

9, снова отсчитывают дробную часть порядка

65 интерференции. Эту операцию повторяют во

382917

Составитель Лобзова

Редактор Л. Максименко

Текред Т. Курилко

Коррекз ор Н. Аук

Заказ 2002 14 Изд. № 570 Тираж 755 Подписное

ЦНИИП11 Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Я-35, Раушская иаб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 всех длинах волн эталонной лампы. Потом находят разности дробных для каждой длины волны и после введения поправок на температуру, показатель преломления воздуха и другие показатели по номограммам находят точный размер поверяемой меры. При больших разностях хода си-,нал падает настолько, что из-за шумов можно отсчитывать доли порядка интерференции с погрешностью +-0,01 поС лосы (0,005A) при разности хода 1-500 мм в свете эталэиной лампы с изотопссм Кг86.

Для работы может быть применен любой из известных интерполяторов должей порядка интерференции при условии применения разделяющей диафрагмы. Диафрагма может быть помещена не только в плоскости изображения выходного объектива интерферометра, но и перед референтным зеркалом, перед или после разделяющей пластины и т. д.

Предмет изобретения

Компаратор для линейного измерения концевых мер длины, содержащий интерферометр

Г

l !

1 ! !

I

I !

I

I

1

1 ! ! ! ! ! !

Кестерса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения, он снабжен диафрагмой для раздельного наблюдения интерференционных картин в поле зрения наблюдательной системы интерферометра, выполненной в виде установленного в плоскости изображения выход10 ного объектива интерфеоометра непрозрачноl го экрана с расположенными в шахматном порядке окнами, и интерполятором долей порядка интерференции, установленным на выходе интерферометра и выполненным в виде

15 щели, расположенной в плоскости изображения объектива интерферометра, и установленных за щелью электрически связанных между собой фотоэлектрического преобразователя, избирательных усилителей, синхронных детекторов, отсчетного устройства, генератора, умножптеля частоты и интерференционного модулятора.

I !

I !

I ! !

1 !

1

1 !

I !

1

I

1