Способ измерения угла отклонения от перпендикулярности торца трубки к оси ее внутреннего канала Советский патент 1984 года по МПК G01B11/26 

1 Изобретение относится к измерите ной технике и может быть использова но при создании устройств и методов контроля угла отклонения от перпендикулярности торца трубки к осиее внутреннего канала, например, торцов лазерных трубок относительно оси ее разрядного канала. Известен способ измерения угла, заключающийся в выставлении перпендикулярно к лучу лазера первого плос кого зеркала, второго зеркала, саязанно о с контролируемым объектом, направлении излучения, отраженного о второго зеркала и частично прошедавег через первое зеркало на .Систему фо топриемников П .. Недостатком способа является невы сокая точность измерения. Наиболее близким к изобретению по технической супдаости является способ измерения угла отклонения от перпендикулярности торца трубки к оси ее внутреннего канала, заключающийся в том, что используют лазер и два отражателя, один из которых плоское зеркало, юстируют трубку и отражатель по лучу лазера до получения симметричной дифракционной картины, прижимают плоское зеркало к контролируемому торцу и определяют HCKONO ni угол. В качестве второго отражателя используют сферическое зеркало. HcKONB) угол определяют по расстоянию между крайними пятнами лазер ного излучения на экране. Причем расстояние между зepкaлa ш определяется соотношением , Z « R sinгде Z - расстЬйние мезвду зеркалами;. R - радиус кривизны сферического зеркала; W - число проходов луча между зеркалами. Расстояние между крайними пятнами несет информацию об отклонении от перпендикулярности торца относительно внутреннего канала и равно X , гдесь- угол отклонения торца от перпендикулярности относительно канала 2 . Недостатком способа является невы сокая точность измерения обусловленная значительной погрешностью выставления трубки сососно и сферического 772 зеркала нормально относительно излучения лазера. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения угла отклонения от перпендикулярности торца трубки к оси ее внутреннего канала, заключающемуся в сом, что используют лазер и два отражателя, один из которых - плоское зеркало, юстируют трубку и отражатель по д, лучу лазера до получения симметричной дифракционной картины, прижимают плоское зеркало к контролируемому торцу и определяют искомый угол, используют в качестве другого отражателя также плоское зеркало, после юстировки трубки размещают плоские зеркала на расстоянии от каждого из торцов трубки соответственно, юсти-. руют их до получения симметричных дифракционных картин, юстируют их по максимуму мощности сигнала, многократно повторяют юстировку зеркал и трубки до получения предельной величины максимальной мощности сигнала, поочередно разъюстнруют зеркала и снимают характеристики зависимости сигнала от угла разъюстировки зеркал, прижимают соответственно зеркало к контролируемому торцу, а искоьшй угол определяют по величине уменьшения сигнала. На чертеже изображена принципиальная схема устройства, реализующего способ измерения угла отклонения от перпендикулярности торца трубки к оси ее внутреннего канала. Устройство содержит лазер J с перестраиваемой частотой генерации, оптическую систему, состоящую из полироида 2 и четвертьволновой пластины 3, полупрозрачные зеркала 4-8, установленные под углом 45 к лазерному пучку, диафрагму 9, фотоприемник 10, подключенный к блоку I регистрации, шюские зеркала 12 и 13 с высоким коэффициентом отражения (-98%) , юстировочные головки 14 и 15, автоколлиматоры 16 и 17 (типа АКТ-1000), четырехсекТорные фотодиоды 18 и 19 (типа ФД-20 КП), соединенные через дифференциальньш усилители 20 и 21 с индикаторами 22 и 23, линзы 24 и 25, оптически связанные с экранами 26 и 27 наблюдения, зеркало 28 с высоким коэффициентом отражения и индикаторы 29 и 30. Способ осуществляется следующим образом. . Юстируют разрядную трубку 31 по лучу лазера 1 до получения симметричной дифракционной картины на экране 27. На пути луча на небольшом расстоянии (1-3 мм) от торца трубки 31 устанавливают зеркало 13 и юстируют его таким образом, чтобы отраженное от него излучение было направлено в центр диафрагмы 9, а на экране 26 наблюдалась дифракдион ная картина в виде концентричных колец. Затем на пути луча устанавливают плоское зеркало 12 и, юстируют его до получения симметричной ди ракционной картины на экране 26. Подъюстируют более точно зеркала 12 и 1.3 ло сигналу, выделяемому фотоприемником. 10 и контролируемомубло ком 1I регистрации. Юстировку зер кал 12 и, 13 прекращают .в момент пол чения максимальной амплитуды сигнал соответствующей максимальному прохождению интенсивности излучения через резонатор, образованный зеркалами 12 и 13. Подьюстируют более точно трубку 31, добиваясь увеличения амплитуды сигналя. Затем снова Подъюстируют зеркала 12 и 13 с целью дополнительного увеличения амплитуды сигнала. После этого Подъюстируют Трубку 31, добиваясь ещ большего увеличения максимума ампдитуды сигнала. Поочередную подъюсти- ровку трубки 31 и зеркал 12 и 13 заг канчивают в момент, когда после очередного цикла юстировки ранее зафиксированная максимальная амплитуда сигнала не возрастает. После выполнения юстировки фиксируют начальное пространственное положение зеркала 13, например, с помощью автоколлиматора 17, и юстировочной головкой 15 разъюстируют зеркало 13 в горизонтальной или вертикальной плоскости, снимая при этом градуированную зависимость изменения амплитуды сигнала,от угла наклона зеркала 13. Угол наклона зеркала 11 измеряют автоколлиматором 17, шкалу которого устанавливают в плоскости разъюстировки. Затем зеркало 13 сиимают с юстировочной головки 15, прижимают к соответствующему торцу труб ки 31 и регистрируют амплитуду сигна ла с помощью градуировочной зависи.мости определяют угол наклона торца в любой произвольной плоскости.

так как для разрядного канала с поперечным сечением в виде круга и плосрядного канала. После выставления раз рядного канала по дифракционной карKfix (либо сферичесиких) вследствие круговой симметрии, изменение потерь при разъюстировке одного из зеркал ,не зависит от направления разъюстировки. После этого зеркало 13 устанавливают а юстировочную головку 15 и возвращают в первоначальное съюстированное положение до получения максимума сигнала. Аналогичным образом измеряют угол наклона поверхности второго торца трубки 31 со стороны зеркала 12, Вместо автоколлиматора 17 для определения угла наклона зеркал 12 и 13 при снятии градуировочной зависимости могут быть использованы контактные механические угломерные устройства, выполненные например, на основе индикаторов 29 и 30 смещения часового типа, Для определения пространственных координат угла наклона поверхности тор ца относительно оси разрядного канала излучение, отраженное от зерКал 12 и 13, направляют с помощ&ю зеркал 5,6,28 и 8 на четырехсекторные фотодиоды 18 и 19, подключенные через дифференциальные усилители 20 и 21 к индикаторам 22 и 23. Определение координат осуществляют по изменению показаний индикаторов 22 и 23, регистрирующих смещения пучков в съюс, тированном положений зеркал 12 и 13 и и после их прижатиг к торцам трубки 31. При измерении координат автоколиматоры 16 и 17 после снятия градуировочных характеристик смещают относительно оси пучков. Первый этап выставления разрядного канала трубки 31 соосно с лазерным пучком по дифракционной картине распределения интенсивности дает пог грещность выставления не менее 30, что приводат к аналогичной погрешности измерения угла. С более высокой точностью определить картины практически невозможно. После цикла многократной поочередной подъюстировки трубки 31 и зеркал 12,13 по максимуму интенсивности на выходе резонатора до получения предельной величины амплитуды максимума сигнала погрещн9сть в соосности выставления разрядного канала уменьшается до 2-3. Это обусловлено высокой чувствительностью добротности резонатора . .к величине дифракционных потерь, вносимых эффективным диаметром разтине и первого цикла юстировки зерка методом максимизации коэффициента пропускания резонатора зеркала выста ляются параллельно, но по отношению к лазерному пучку под углом, отличающимся от нормального, из-за несоосности трубки и лазерного пучка. Наличие несоосности, приводящее к ограничению пучка и увеличению дифра ционных потерь в резонаторе, приводит к тому, что регистрируемая в съюстированном положении максимальная амплитуда сигнала не будет абсолютно максимальной по величине. Подъюстировка трубки по сигналу при сохранении ранее съюстированного положения зеркал уменьшает дифракционные потери на обрезание пучка из-за улучшения соосности трубки с лазерны пучком (увеличивается эффективный диаметр трубки) и увеличивает амплитуду максимума сигнала. Это достигается тем, что диаметр используемого лазерного пучка, идущего от лазера, выбирается несколько больше диаметра разрядного канала трубки, фаметр лазерного пучка задается выбором конфигурации резонатора лазера 1, диаметром диафрагмы 9 и расстоянием до контролируемой трубки 3J После цикла подъюстировки трубки 31 зеркал 12 и 13 по сигналу уменьшает ся величина несоосности выставления разрядного канала и повышается точ- ность нормального выставления зеркал jio отношению к опорному пучку вспомогательного лазера. Это увеличивает точность измерения угла наклона поверхности торца трубки относительно, оси разрядного канала Таким образомj предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения малых углов, например, перпендикулярности торцов лазерной трубки относительно оси разрядного канала. Применение способа позволяет осуществлять измерение угла наклона торцов несущей капиллярной трубки относительно оси разрядного канала при изготовлении излучателя двухчастотного лазера. При сборке излучателя зеркала принимают непосредственно к торцам трубки. Юстировка зеркал не производится и обеспечивается только за счет точности изготовления торцов относительно оси раэрядного канала, чем достигается высокая стабильность и надежность работы излучателя. Погрешность неперпендикулярности торцов относительно оси разрядного канала не должна превышать 2-3. С помощью пре;у1агаемого способа выполняется контроль угла в процессе шлифовк г и доподкй наклона торцов до требуемой величины.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ПЕРПЕПдаКУЛЯРНОСТП ТОРЦА ТРУБЮ1 К ОСИ ЕЕ ВНУТРЕННЕГО КАНАЛА, заключагсицийся в том, что используют лазер и два отражателя, один из которых - плоское зеркало, юстируют трубку и отражатель по лучу лазера до получения симметричной дифракционной картшп.), прижимают плоское зеркало к контролируемому торцу и определяют угол, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, используют в качестве другого отражателя также плоское зеркало, после юстировки трубки размещают плос1сие зеркала на расстоянии от каждого из торцов трубки соответственно, юстируют их до получения симметричных дифракционных картин, юстируют их по максимуму мощности сигнала, многократно повторяют юстировку зеркал и трубки до получения предельной величины максимальной мощности сигнала, поочередно разъюстируют зеркала Q и снимают характеристики зависимости (Л сигнала от угла разъюстировки зеркал, прижимают соответственно зеркало к контролируемому торцу, а угол определяют по величине уменьше-. НИЛ сигнала.