Устройство для измерения линейных смещений Советский патент 1987 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении и прикладной геодезии.

Цель изобретения - повышение точности за счет управления параметрами дифференциальной картины.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник, излу- ,например лазер 1, и расположенные последовательно. по ходу излучения формируюшую оптическую систему 2, полуплоскость (нож) 3, отражатель 4, закрепленный на контролируемом объекте и выполненньм в виде, например, призмы-диэдра или двух зеркал, имеющих угол 90° между отражаюш;ими поверхностями, плоскопараллельную стек- 20 при неподвижном объекте,на котором

лянную пластину 5, закрепленную с возможностью -наклона относительно .направления распространения излучения, отраженного отражателем 4, вторую полуплоскость 6, образующую вмес- 25 и продольном направлениях относительно направления распространения лазерного пучка.

После смещения контролируемого объекта на величину ± aL расстояние

30 между полуплоскостями 3 и 6 дифракционной щели устройства изменится на величину ± 2AL, что приведет к изменению эффективной ширины щели и искажению дифракционной картины в плос25 кости анализа, т.е, изменению угловой координаты зарегистрируемого минимума дифракционной картины.

Изменение координаты минимума компенсируют плавным поворотом плос40 копараллельной пластины 5 на угол о, добиваясь возвращения, одноименного минимума искаженной дифракционной картины в прежнее положение. Измерив

те с полуплоскостью 3 дифракционную щель и закрепленную с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно направления распространения излучения, объектив 7, в фокальной плоскости которого установлен фотоэлектрический анализатор, состоящий из щели

8и фотоприемника 9, и блок усиления к регистрации сигнала, включающий подключенный к выходу фотоприемника

9усилитель 10 и соединенный с ним регистратор 11 сигналов (например, цифровой вольтметр).

Устройство работает следующим образом.

Лазерный пучок от источника кол- лимируется форми)ующей оптической системой 2 и попадает на полуплоскость 3, неподвижно установленную перед объективом системы 2, Пучок дифрагирует на полуплоскости 3 и направляется вдоль контролируемой трассы на отражатель 4, отразившись поочередно от двух его поверхностей напр.авляется в о.братном направлении, причем конструкция отражателя обеспечивает сохранение углов падающих на него лучей и пространственное смещение лазерного пучка о тноситель- но первоначального направления. Далее лазерный пучок направляется через нормально расположенную плоскопараллельную пластину 5 на вторую полу-

угол о/ , производят вычисление вели- 45 чины линейного смещения контролируемого объекта по формуле

IL h

(:-Ц

2п

siii2( if) 2sin tf

-,,

50 причем знак линейного смещения определяется, знаком угла поворота о( плоскопараллельной пластины, а число 2 в знаменателе свидетельствует о повышении чувствительности измерений,

55 присущей всем методам контроля, использующим отражатели.

Фиксирование положения минимума в плоскости анализа при помощи фотоэлектрического анализатора в значиштоскость 6, образующую с первой полуплоскостью 3 дифракционную щель. После дифракции на второй полуплоскости 6 щели пучок направляется в объектив 7, которьм формирует дифракционную картину Фраунгофера в своей фокальной плоскости (плоскости анализа) , в которой установлен фотоэлектрический анализатор, состоящий из щели 8 и фотоприемника 9. При помощи перемещения щели 8 вдоль плоскости анализа осуществляется измерение угловой координаты одного из минимумов дифракционной картины, при зтом электрический сигнал с фотоприемника 9 поступает в усилитель 10 и затем на. регистратор 11 сигналов. Юстировка устройства производится

закреплен отражатель 4 и производится путем микроподвижек второй полуплоскости дифрационной щели 6, имеющей возможность перемещений в поперечном

угол о/ , производят вычисление вели- 45 чины линейного смещения контролируемого объекта по формуле

h

(:-Ц

2п

siii2( if) 2sin tf

-,,

причем знак линейного смещения опрееляется, знаком угла поворота о( плоскопараллельной пластины, а число 2 в знаменателе свидетельствует о повышении чувствительности измерений,

присущей всем методам контроля, использующим отражатели.

Фиксирование положения минимума в плоскости анализа при помощи фотоэлектрического анализатора в значи31

.тельной мере упрощено, так как угол Ч постоянен, кроме того, путем юстировки полуплоскости 6 можно заранее добиться такого распределения освещенности в дифракционной картине, которое обеспечивает повышение отношения сигнал - шум при регистрации минимума. Для вычисления liL необходимо

измерить только величину угла о1 накло-iQ усиления и регистрации сигнала, злек- на плоскопараллельной пластины 5, причем путем оптимального подбора толщины h пластины 5 и выбора показателя преломления стекла, из которотрически связанный с анализатором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно .снабжено отражателем, выполненго изготовлена пластина, можно варьи- 15 ным в виде призмы-диэдра, располагаемой на объекте контроля, и плоско- параллельной пластиной, установленной с возможностью наклона относительно направления распространения излучения, отраженного призмой-диэдром, одна из полуплоскостей расположена между оптической системой и призмой-диэдром, а другая - между объективом и пластиной.

2, Устройство по п.1, отличающее с я тем, что, с целью осуществления 1остировки устройства, другая полуплоскость установлена с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно направления распространения излучения.

ровать чувствительностью и диапазоном производных измерений. Учитывая, что первые минимумы дифракционной картины можно наблюдать под весьма малыми углами Lffi °, то измерение 20 угла компенсированного наклона пластины является определяющей составляющей погрешности измерений L, что позволяет при правильном выборе конструкции осуществлять высокочастотные 25 измерения линейных смещений. Следует также отметить, что в расчетную формулу не входит величина расстояния до контролируемого объекта, что весьма важно для проведения равноточных зо измерений линейных смещений вдоль всей контролируемой трассы.

Редактор Н.Гунько

Составитель В.Климова

Техред Л.Олийнык Корректор А.Обручар

Заказ 5249/40Тираж 677 . 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

Формула изобретения

1. Устройство для измерения линейных смещений,содержащее источник излучений и расположенные последовательно по ходу излучения формирующую оптическую систему, объектив и фотоэлектрический анализатор изображения, две непрозрачные полуплоскости и блок

усиления и регистрации сигнала, злек

трически связанный с анализатором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно .снабжено отражателем, выполнен

Устройство для измерения линейных смещений относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении. Цель изобретечия- повышение точности за счет осуществления возможности управления параметрами дифракционной картины.Пучок от источника 1 попадает на полуплоскость 3, дифрагирует по ней, через отражатель 4, выполненный в виде призмы-диэдра, установленного на объекте, проходит плоскопараллельную пластину 5, установленную с возможностью наклона относительно распространения излучения,и попадает на полу- плоскость 6, образующую с полуплоскостью 3 дифракционную щель. Объектив 7 формирует дифракционную картину, параметры которой несут информацию о перемещении объекта, что анализируется с,помощью щели 8 и регистрируется фотоприемником 9 блока усиления и регистрации. 1 з.п. ф-льг, 1 ил. f (Л Ai 8 11 со ел о 4 00 QO