Устройство для измерения интерферограмм Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

(в следующем полупериоде) половины запоминающего значения с задержанной текущей величиной и таким образом выявлять энергетический центр полупериода. Блок 5 определения интервалов

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в интерферометрических измерительных системах для измерения расстояния между интерференционными полосами, нацример при контроле асферических оптическюс поверхностей.

Цель изобретения - повышение точности измерения- положения центров интерференционных полос за счет исклю- чения погрешностей от изменения скорости сканирования и образования ложных сигналов.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - диаграмма напря- жений на элементах схемы.

Устройство содержит последовательно установленные сканирующий блок 1 с приемником 2 излучения, усилитель- ограничитель 3, блок 4 определения центра полосы, блок 5 определения ин- .тервалов между центрами полос, регистратор 6.

Блок 4 определения центра полосы состоит из аналого-цифрового преобра- зователя (А1ДП) 7, генератора 8, запоминающего блока 9, делителя 10, компаратора 11 с инвертором 12, элемента 13 задержки, сз мматора 14, регистра 15, коммутатора 16, схемы 17 сравне- ния кодов, второго триггера 18.

Блок 5 определения интервалов между центрами полос состоит из первого триггера 19 (со счетньм входом), двух элементов ЗИ-2ШШ 20 и 21 и двух счет чиков 22 и 23 импульса. На диаграммах обозначены сигналы 24-38.

Вход АЦП 7 соединен с выходом усилителя-ограничителя 3 и с входом компаратора 11, а выход - с (информаци- онным) входом блока 9 и через делитель 10 с входом сумматора 14. Выход блока 9 объединен с выходом делителя 10, у которого коэффициент деления равен двум. Выход сумматора 14 соедимежду центрами полос с каждьм тактом генератора 8, учитывающим скорость сканирования, проводит определение расстояния между вычисленными центрами соседних полос. 2 ил.

нен с входами регистра 15 и коммутатора 16, выходы которых соединены с соответствующими входами схемы 17 сравнения кодов. Выход схемы 17 сравнения кодов соединен с вторым (нулевым) входом второго триггера 18 и с вторым входом сброса сумматора 14, первый вход сброса которого объединен с входом управления коммутатора 16, и подключен через последовательно соединенные элемент 13 задержки и инвертор 12 к выходу компаратора 11, к первому входу управления блока 9 и к счетным входам триггера 19. Коммутирующий адресный вход блока 9 со- .единен первьм (единичном) выходом триггера 18, с первыми входами элементов ЗИ-2ШЖ 20 и 21. Адресный вход блока 9 соединен с первым выходом генератора 8, тактовым входом АЦП 7, вторыми и пятыми входами элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 21. Второй вход генератора 8 подключен к входу сканирующего блока 1. Вход элемента 13 задержки соединен с входом управления регистра 15. Нулевой выход триггера 18 соединен с первым входом управления ре- гестратора 6, с четвертыми входами элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 21. Третий вход у первого 20 и шестой вход у второго 21 элементов ЗИ-2ИЛИ соединены с нулевыми выходами первого триггера 19 и вторым входом управления регистратора 6, шестой вход у первого 20 и третий вход у второго 21 элементов ЗИ-2ИЛИ соединены с единичиьм выходом триггера 19. Выходы элементов 20 и 21 соединены через соответствующие, счетчики 22 и 23 импульсов с информационньм входом регистратора 6, выходы которого соединены с входами сброса соответствующего счетчика 22 и 23.

Устройство работает следующим образом.

3 12

Работа устройства основана на определении центра интерференционной полосы через энергетический центр сигнала, формируемого от этой полосы, и вычислении координат этих ц ентров. Расстояние (временное) между .центрам двух соседних полос (фиг.2) L +-,

где f - период следования двух

соседних светлых (темных)

полос; f 1, I - интервалы между началами

соседних полос и их центрйми.

Для определения положения центра поло сы измеряется половина энергии каждой полуволны электрического сигнала, формируемого от каждой полосы, и с полученной величиной сравнивается текущая величина энергии задержанной полувол- ны того же сигнала. Моменты равенства этих величин энергии принимаются за временные координаты центров полос.

В исходном состоянии в устройстве устанавливаются в нулевое состояние (цепи начальной установки (не показаны) АЦП 7, регистр адреса блока 9, счетчики 22 и 23, триггеры 18 и 19, а регистр 15 - в любое ненулевое состояние. При этом сигналом 31 с еди- ничного выхода триггера ЗИ-2ИЛИ 20 и 21 подготавливаются по четвертому входу, а сигналом 33 с выхода триггера 19 эти элементы подготавливаются соответственно по третьему и шестому входам..

Командой Пуск запускают генератор Вис помощью сканирующего блока, синхронизированного частотой генератора 8, сканируют интерференционную картину в направлении, перпендикулярном интерференционным полосам. На выходе приемника 2 излучения формируется электрический сигнал, уровень которого измеряется в соответствии с освещенностью элементов картины, а частота определяется скоростью сканирования и интенсивностью полос. Сигнал с приемника 2 поступает на вход усилителя-ограничителя 3, которьй усиливает этот сигнал и вьщеляет из него полуволны одной полярности, которые поступают на вход АЦП 7 и компаратора 11. АЦП 7 квантует аналоговый сигнал полуволны в цифровой код с частотой следования тактовых импульсов генератора 8,

Одновременно тактовые импульсы с выхода генератора 8 поступают на вто2Д4

рые и пятые входы элементов ЗИ-211ЛИ 20 и 21 и проходят через один из них на счетчик 23. Последн ий нач1гнает подсчет импульсов, количество которы пропорционально координате I - расстоянию от начальной точки отсчета д начала первой полосы. Тактовые импулсы (сигналы) 37 на этот счетчик поступают до начала первой полосы (первой полуволны) в течение времени t (фиг. 2)-.

С появлением на входе АЦП 7 и компаратора 11 полуволнового сигнапа 25 соответствующего, например, светлой полосе, на выходе компаратора 11 формируется потенциал единичного уровня (сигнал 26), который поступает на первый вход управления блока 9 и устнавливает в нем режим записи, запускает счетчик адреса, имеющийся в блоке 9. В течение времени t с выхода АЦП 7 вьщаются коды (сигнал 28), которые записываются в блок 9 с каждым тактовым импульсом, поступающим на адресный вход блока 9 и тактовый вход АЦП 7. Одновременно код с АЦП 7 через делитель 10, который уменьшает значение кода в два раза за счет сдвига кода на один разряд в сторону младшего разряда, поступает в сумматор 14. В сумматоре 14 производится суммирование кодов, соответствующих половине амплитуды дискретных значений сигнала, и вычисляется величина, пропорциональная половине энергии полуволнового сигнала в интервале t (фиг.2).

Одновременно передним фронтом сигнала с выхода компаратора 11 устанавливается в единичное состояние триггер 19 и на его выходе формируется разрешающий сигнал 34, которьй подготавливает шестой и третий входы соответствующих элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 21. Тактовые импульсы (сигнал 35) с генератора 8 поступают через элемент ЗИ-2ИЛИ 20 на вход счетчика 22, который начинает подсчет интервала t.. В это время вход счетчика 23 закрыт.

После окончания полуволны (сигнала 25) на выходе компаратора 11 формируется нулевой сигнал 26, который .поступает на управляющий вход блока 9 и переключает его в режим считывания, запирает вход счетчика адреса в блоке 9, Сигнал 26 также поступает на инвертор 12 и формирует на его выходе единичный сигнал 27, который пош

51295224

ступает на управляющий вход регистра 15 и передним фронтом разрешает перенос информации из сумматора 14 в регистр 15, с выхода которого код поступает на один из входов схемы 17 сравнения. Одновременно сигнал 27 с выхода инвертора 1,2, задержанный .элементом 13 задержки на время t, (фиг.2), необходимое для записи в регистр 15, поступает на первый вход сброса сумматора 14 и первый вход триггера 18. Передним фронтом задержанного сигнала сумматор 14 устанавливается в нулевое состояние, а триггер 18 - в единичное.состояние.

Задержанный сигнал поступает также на управляющий вход коммутатора 16, подготавливает его к приему кода с сумматора 14. Единичньш потенциал (сигнал 30) с выхода триггера 18 Поступает на первые входы элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 21, на второй вход управления блока 9, код которого отпирает вход счетчика адреса. С каждым тактовым импульсом в интервале блока 9 в сумматор 14 поступает ранее записанньй код (сигнал 29), а с выхода сумматора 14 код поступает через коммутатор 16 на второй вход схемы

20

25

После установки триггера 18 в исходное состояние в момент равенства кодов вход счетчика 23 запирается, а счетчика 22 отпирается. На выходе счетчика 23 фиксируется код (сигнал 37), пропорциональньм интервалу от начальной точки отсчета до центра первой полосы + I,LQ . Этот код поступает в регистратор 6, который после считьшания выдает сигнал сброса 38 в счетчик 23 и устанавливает его нулевое состояние. На вход счетчика 22 импульсы (сигналы 35) продолжают поступать до начала следующей полуволны - второй светлой полосы.

С этого момента начинается вычисление сумматором 14 половины значения энергии сигнала второй полуволны в интервале t.K запись в блоке 9 текущих значений этого сигнала аналогично процессу, описанному для первой полуволны.

С началом полуволны (сигнал 25) второй светлой полосы на выходе компаратора формируется единичный сигнал 26, который устанавливает в блоке 9 режим записи и открывает вход счетчика адреса блока 9, переключает триггер 19 в нулевое состояние. Разрешаю17 сравнения. По мере поступления ко- щий сигнал 33 блока 9 с нулевого вы- дов (сигнал 29) из блока 9 в суммато- хода триггера 19 подготавливает третий и шестой входы соответственно у элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 21. Таким образом, на вход счетчика 23 поступают

35 тактовые импульсы (сигнал 37), которые формируют Б счетчике код А , со- ответствующий интервалу Lj - расстоянию между центрами второй и третьей полосы. Одновременно с каждым такто-,

40 вым импульсом производится запись кода (сигнал 28) с выхода АЦП 7 в блок 9 и через делитель 10 в сумматор 14. После окончания полуволны по разрешающему сигналу 27 с выхода инвер45 тора 12 производится перезапись кода из сумматора 14 в регистр 15, нулевой сигнал 26 с выхода компаратора переключает блок 9 в режим считьшания. Начинается операция сравнения текуще50 го значения энергии задержанной второй полуволны с величиной энергии, записанной в регистр 15 аналогично описанному для первой полуволны. При

ре 14 формируется задержанное текущее значение кода энергии первого полуволнового сигнала, которьш сравнивается в схеме 17 сравнения с кодом половинного значения энергии этого сигнала, записанным в регистре 15, В момент равенства кодов на выходе схемы 17 сравнения формируется сигнал 32, соответствующий энергетическому центру сигнала, который поступает на нулевой вход триггера 18 и сумматора 14, устанавливая их нулевое положение. На выходе триггера 18, таким образом, формируется импульс (сигнал 30), длительность которого равна временному интервалу от начала сигнала 25 до -его энергетической середины,, т.е. f,jL

Единичный сигнал 30 с выхода триггера 18 через элемент ЗИ-2ИЛИ 21 открывает вход счетчика 23, который производит подсчет тактовых импульсов (сигнал 37) в интервале I . Вход счетчика 22 в это время закрыт нулевым сигналом 31 с выхода триггера 18, Это эквивалентно тому, что из текущего

производится неличины Р

значения величины I вычитание значения

-2«

ЭТОМ ВХОД счетчика 23 запирается, а 55 вход счетчика 22 (Открывается и начинается подсчет координаты 1 . Таким образом, в счетчике 22 завершается формирование кода А , эквивалентного интервалу L между центрами первой

0

5

После установки триггера 18 в исходное состояние в момент равенства кодов вход счетчика 23 запирается, а счетчика 22 отпирается. На выходе счетчика 23 фиксируется код (сигнал 37), пропорциональньм интервалу от начальной точки отсчета до центра первой полосы + I,LQ . Этот код поступает в регистратор 6, который после считьшания выдает сигнал сброса 38 в счетчик 23 и устанавливает его нулевое состояние. На вход счетчика 22 импульсы (сигналы 35) продолжают поступать до начала следующей полуволны - второй светлой полосы.

С этого момента начинается вычисление сумматором 14 половины значения энергии сигнала второй полуволны в интервале t.K запись в блоке 9 текущих значений этого сигнала аналогично процессу, описанному для первой полуволны.

С началом полуволны (сигнал 25) второй светлой полосы на выходе компаратора формируется единичный сигнал 26, который устанавливает в блоке 9 режим записи и открывает вход счетчика адреса блока 9, переключает тригЭТОМ ВХОД счетчика 23 запирается, а вход счетчика 22 (Открывается и начинается подсчет координаты 1 . Таким образом, в счетчике 22 завершается формирование кода А , эквивалентного интервалу L между центрами первой

712

и BTOpoi ПОЛОС. После совпадения к о- дов в схеме 17 сравнения импульс с его выхода переключает триггер 18, с выхода которого сигнал 31 поступает на регистратор 6. По этому сигналу с выхода счетчика 22 производится запис кода Л в регистратор 6, который после ввода выдает в счетчик 22 импульс сброса (сигнал 36) и устанавливает его в исходное нулевое состояние, В это время счетчик 23 продолжает формировать код Л , подсчитывая импульсы (сигнал 37), количество которых эквивалентно интервалу 1. Процесс продолжается аналогично описанному до появления сигнала Останов, который поступает на генератор 8 и запирает его, Сканирующий блок 1 останавливается, импульсы (сигнал 24) прекращают поступать в устройство.

Количество импульсов, подсчитанное поочередно счетчиками 22 и 23, пропорционально временному интервалу между центрами соседних полуволн сигнала Зная частоту следования импульсов и скорость сканирования исследуемой интерференционной картины, можно пересчитать эту величину в расстояние между центрами интерференционных полос, а также определить координаты центров всех полос на картине.

Формула изобретения

Устройство для измерения интерфе- рограмм, содержащее сканирующий блок, приемник излучения, оптически связанный с ним, усилитель-ограничитель, подключенный к выходу приемника излуче- НИН, блок определения центра поло.сы с компаратором и коммутатором и регистратор, отличающееся тем

что, с целью повьшения точности измерения положения центров интерфе- ренционных полос, оно снабжено блоком определения интервалов между центром полос, выполненньм в виде триггера, двух элементов ЗИ-2ИЛИ и двух счетчиков импульсов, входы триггера подклю- чены к выходу компаратора, один выход триггера соединен с объединенньл и шестым входом первого элемента ЗИ-2ИЛИ и третьим входом второго элемента ЗИ- 2ИЛИ, другой выход триггера соединен

O 5 0

0

5

5

0

5 0 ; 5

248

с третьнм входом первого и шестым входом второго элементов ЗИ-2ИЛИ, д;ру- гой выход которого соединен с четвертыми входами элементов ЗИ-2ИЛИ, а выходы подключены через соответствуютир счетчики к соответствующим информационным входам регистратора, один вход управления которого соединен с четвертыми входами элементов ЗИ-2ИЛИ, другой - с шестыми входами этих элементов, а выходы регистратора подклю- fjeHbi к входам сброса счетчиков, а блок определения центра полосы включает .также соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, сумматор, регистр и схему сравнения кодов, соединенные последовательно инвертор и элемент задержки, генератор, запоминающий блок и второй триггер, коммутатор включен между выходом сумматора и вторым входом схемы сравнения кодов, вход компаратора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя и является входом блока определения центра полосы, соединенного с усилителем-ограничителем, выход элемента задержки соединен с первым входом сброса сумматора, с входом управления коммутатора и с первым входом триггера, второй вход которого подключен к выходу схемы сравнения, соединенному также с вторым входом сброса сумматора, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информаци- OHHbBvi входом запоминающего блока, выход которого подключен к выходу делителя, адресный вход запоминающего блока объединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя и подключен к первому выходу генератора, выход компаратора соединен также с первым входом управления запоминающего блока, второй вход управления которого соединен с первым выходом второго триггера, вход управления регистра подключен к выходу инвертора, первые входы обоих элементов ЗИ-2ИЛИ подключены к первому выходу триггера блока определения центра полосы, вторые и пятые.входы подключены к первому выходу генератора блока определения центра полосы, второй выход генератора подключен к сканирующему блоку, вход элемента задержки подключен также к входу управления регистра.

Редактор Н.Тупица

Составитель Е.Глазков

Техред В, Кадар Корректор в.Бутяга

Заказ 609/47Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

(Риг.1

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения ytycK/ocm. является повышение точности измерения положения центров интерференционных полос за счет исключения погрешностей от измерения скорости сканирования и образования ложных сигналов. Устройство содержит АЦП 7, преобразующий сигнал в дискретную форму, запоминающий блок 9, позволяющий запомнить величину энергии полупериодного сигнала (только одной полярности), делитель 10 (на два) и схему 17 сравнения кодов, позволяющие проводить сравнение (Л 1С СО ,сл I. IS. ./