Устройство для измерения перемещения объектов Советский патент 1986 года по МПК G01B21/02 

Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано для прецизионных измерений размеров шаров, цилиндров, кубов и других тел правильной геометрической формы, используемых в качестве эталонных образцов при создании мер единицы плотности на основе твердых тел

Целью изобретения является обес печение измерения размеров объектов за счет измерения расстояния между отражателями любой формы.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит отражатели 1 и 2, образующие резонатор вспомога тельного лазера с активным элементом 3. Вспомогательный лазер оптически связан через зеркало 4 с фото приемником 5, подключенным к систе- ме 6 автоматической подстройки частоты ( АПЧ| вспомогательного лазера, электрически связанной через переключатель 7 с-пьезокорректорами 8 и 9, размещенными на отражателях 1 и 2 . Активный элемент 10 образует с отражателем 1 и отражающим элементом, устанавливаемым на поверхности измеряемого объекта 11 (или отражающей поверхностью самого объекта 11), первый измерительный лазер. Активный элемент 12 образует с отражателем 2 и поверхностью измеряемого объекта 1 второй измерительный лазер. Оба измерительных лазера через зеркала 4, 13, 14 и 15 оптически связаны с вспо могательным лазером и фотоприемниками 16 и 17, подключенными к частотомерам 1-8 и 19.

Устройство работает следующим об- разом.

Первоначально определяют значение параметра do - диаметра измеряемого объекта 11 в его начальном положении Для этого испо.пьзуют режим сканирования отражателей 1 и 2, осуществляемый при помещенном между активными sneMBHTaMii 10 и 12 измеряемом объекте П с помощью пьезокорректоров 8 и 9, подключаемых поочередно через переключатель 7 к системе АПЧ 6 вспомогательного лазера, которая вырабат вает управляющий сигнал сканирова-- ния. При этом определяются базы ре- зонаторов вспомогательного (Ьо) и измерительных (L.| и Lj.) лазеров по формулам

С

7- л,

L, . -„Ь,L,, где с

Л)о,й. йЧ г

С 2&С

С(1)

2 скорость света;

межмодовые интервалы для вспомогательного и измерительных лазеров соответственно.

Относительная погрешность измерения межмодовых интервалов при использовании серийных приборов составляет величину порядка 10 - 10 .

После измерения межмодовых интервалов замыкается цепь обратной связи АПЧ 6 вспомогательного лазера, поддерживающая неизменной базу его резонатора с относительной погрешностью порядка 1-10 (что может быть осуществлено системой АПЧ по провалу Лэмба или по внешней поглощающей ячейке, как это сделано в промьшшенных лазерах ЛГ-77 и ЛГ-149). По измеренным значениям баз резонаторов вспомогательного и измерительных лазеров определяется do из соотношения

LO - L - L

(2)

Дпя определения истиной конфигу рации объекта 11 производят измерения его размеров в нескольких се- ченийх, число которых зависит от степени отклонения формы исследуемого объекта 11 от правильной геометрической. Дпя этого после измере- ния do измеряют частоты биений fof и foj измерительных и вспомогательного лазеров, вьщеляемые системами оптического гетеродинирования, состоящими из зеркал 4, 13, 14 и 15 и фотоприемников 16 и 17. Частоты биений регистрируются частотомерами 18 и 19, они равны:

fo, f -fo; fo2 2 O ,

где f 1 f jL частоты генерации из- мерительньк лазеров в начальном положении объекта 11; fo - частота генерации .

вспомогательного лазера.

После этого объект I1 плавно переводится в новое положение, в котором частоты генерации измерительных лазеров изменяются в соответствии с изменением баз резонаторов измерительных лазеров, вызванном изменением размера измеряемого объек-

та 11. Эти новые значения частот обозначим f и f Ij , а частоты бив НИИ будут f;,, f fo H-fj, f f, , Частоты биений снова измеряются.

Искомый размер dj, нового сечения объекта 11 измерений находится как алгебраическая сумма ранее найденной величины dg и ее изменения Ado, определяемого из выражения

Д(1„

foi-

2ДЛ ,

foi - foz

02

0

Погрешность механизма перемещения объекта 11 не входит в погреш ность измерений, т.к.. она приводит к противоположным изменениям частот генерации измерительных лазеров, которые полностью взаимо- компенсируются.

Процедура измерений повторяется для всех необходимых сечений измеряемого объекта 11.

Из соотношения С З) вытекает следующая оценка требований к стабильности частоты лазера в зависимости от требуемой погрешности измерений:

.)1..

do

или

«о

(4)

где (S -f - относительная нестабиль ность частоты излучения лазера за время цикла единичного измерения. Используя известные из теории вероятностей соотношения, можно оценить необходимую стабильность лазера для серии измерений:

, ,

я ,

)

10

15

25

30

35

40

{,В, (5

где п - число измерений в серии;

6 - среднее квадратическое отклонение измеряемой величины,

Задаваясь величиной среднего квад ратического отклонения ; do 0,1 м; 0,5 м, получаем для -h 25 оценку относительной нестабильности частоты лазера Ь-Ю , что может быть реализовано системой автоподстройки частоты, бп измеряемой величины ud для серии h измерений.в некотором положении объекта 11 определяется Hsj HpiaJKeiujH :

1 (д ;-л-3)

вп-d

И-1

,. (61

20

где ud - среднее значение в серии. Формула изобретения

Устройство для измерения перемещения объектов, содержащее измерительный и вспомогательный лазеры с двумя общими отражателями, два фо- топриемника, два частотомера, каждый из которых связан с соответствукнцнм фотоприемником, систему автоподст- ройки и связанный с ней пьезокоррек- тор, установленный на одном из отражателей, отличающееся тем, что, с целью обеспечения измерения размеров объектов, оно снабжено дополнительным измерительным лазером, предназначенным для установки между объектом измерения и одним из отражателей соосно основному измерительному лазеру, вторым пьезокоррек- тором, установленным на другом отражателе, и переключателем, включенным между системой автоподстройки и пьезокорректорами.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть Использовано для прецизионных измерений размеров шаров, цилиндров кубов и других тел правильной геометрической формы. Целью изобретения является обеспечение измерения размеров объектов за счет измерения расстояний между отражателями любой формы. Устройство содержит измерительный и вспомогательный лазеры с общими зеркалами, два фотоприемншса, два частотомера, каждый из которых свя заи с соответствуняцим фотоприемником, систему автоподстройки и связанный с ней пьезокорректор, установленный на одном из зеркал, дополнительный измеритепьнь лазер, установлен олй между объектом измерений и зеркалом, соосно первому лазеру, второй пьезо-- корректор, размещенный на втором зеркале, и переключатель, установленный между системой автоподстройки и пьезокорректорами. Устройство позволяет регистрировать изменение рас- стояния между отражателями различной геометрической формы как изменение разности .частот биений измерительных и вспомогательиого лазеров 1 ил. Ф S