Устройство для воспроизведения углов Советский патент 1988 года по МПК G01B11/26 

N9

vl

4

тельным устройством 9, лучей, отраженные от концевых отражателей 12, 13, образуют дополнительную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 15. Сигнал с вы- xoflja фотоприемника 15 преобразуется

синхронным детектором 18 и поступает через сумматор 19 на модулятор 6 оптической разности хода, на который также через сумматор 19 подается синусоидальный сигнал от источника 17 модулирующего напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве образцового средства для аттестации высокоточных автоколлимационных угломерных прибог ров. Цель изобретения - повышение . точности измерений. Параллельный пучок лучей лазера 2 разделяется светоделителем 3 на два пучка, которые после отражения от зеркал 4, 5 и зеркала модулятора 6 оптической разности хода попадают на концевые отражатели 10, 11, 12, 13, размещенные на поворотной пластине 7 и дополнительной неподвижной пластине 8. Пучки лучей, отраженные от отражателей 10, 11, образуют за светоделителем 3 основную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 14. Величина углового смещения поворотной пластины 7 определяется числом интерференционных полос, прошедших через фотоприемник 14, связанный с блоком 16 управления. Воспроизведение угла поворота осуществляется с помощью блока 16 управления, связанного с исполни1А (Л

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве образцового средства для аттестации высокоточных автокол- лимационньк угломерных приборов..

Цель изобретения - повышение точности восгфоиэведения углов.

На фиг. 1 изображена структурная

схема предлагаемого устройства для

воспроизведения углов; на фиг. 2 - один из вариантов структурной схемы блока упра вления.

Устройство содержит инерционное основание 1 с размещенным на нем интерферометром Майкельсона, вклю чающим лазер 2, светоделитель 3 и зеркала 4 и 5 интерферометра, модулятор .6 оптической разности хода, выполненный, например, в виде зеркала, закрепленного на пьезоэлектрическом зле- менте, поворотную пластину 7, дополнительную пластину & и привод 9 разворота пластины 8, Плоскость дополнительной пластины размещена под задан- ным углом (90°-р)) к плоскости вращения поворотной, пластины (ось вращения обозначена 0-0 ). Два концевых отражателя 10 и 11 интерферометра разме- щены на поворотной пластине 7, другие два концевых отражателя 12 и 13 - на дополнительной пластине 8. На выходе интерферометра расположены основной 14 и дополнительный 15 фотоприемники, снабженные щелевыми диафрагма ми, причем основной фотоприемник 14 расположен по ходу лучей, отраженных от концевых отражателей 10 и 11 пластины 7, а дополнительньм фотоприем- ник. 15 расположен по ходу лучей, от- раженных от концевых отражателей 12 н 13 пластины 8. Устройство содержит также блок 16 управления, источник 17 модулирующего напряжения, синхронный детектор 18 и сумматор 19.

0

г . 5 5

0

Сигнальный вход блока 16 управления соединен с основным фотоприемником 14, вход синхронизации - с выходом источника 17 модулирующего напряжения, а выход - с дополнительным повот ротным устройством 9. Сигнальный вход синхронного детектора 18 соединен с дополнительным фотоприемником 15, вход синхронизации - с источником 17 модулирующего напряжения, вькод - с первым входом сумматора 19, второй вход которого соединен с источником 17 модулирующего напряжения, а выход - с модулятором 6 оптической разности хода. Аттестуемьй автоколлима- дионный прибор устанавливается перед отражающей поверхностью поворотной пластины 7 на основании 1 (позиция А на фиг, 1). Блок 16 управления (фиг. 2) содержит счетчик 20 интерференционных полос, -подключенный к одному из входов цифровой схемы 21 сравнения, на другой вход которой подается цифровой код угла Q, который необходимо воспроизвести. Выход схемы 21 сравнения соединен с первым входом сумматора 22, второй вход которого подключен к выходу синхронного детектора 23, при этом сигналь- ньм вход блока 16 управления подключен к входу счетчика 20 интерференционных полос и синхронного детектора 23, а вход синхронизации - к одноименному входу детектора 23. В ряде . случаев счетчик 20 для повьпиения помехоустойчивости может иметь вход синхронизации, соединенный с одноименным входом блока 16 управления.

Устройство для воспроизведения углов работает следующем образом.

Угловое перемещение поворотной пластинь 7 контролируется с помощ.ь1о интерферометра Майкельсона путем подсчета числа интерференгр онных полос.

прошедших через щель основного фото- приемника 14. Принцип работы интерферометра заключается в том, что па- раллельньй пучок лучей лазера 2 разделяется светоделителем 3 на два пуч ка, которые после отражения от зеркал 4 и 5 и зеркала модулятора 6 попадают на концевые отражатели 10-13, размещенные на поворотной пластине 7 и дополнительной пластине 8. Пучки, отраженные от концевых отражателей 10 и 11, возвращаясь по тому же пути, образуют за светоделителем 3 основную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 14. Пр повороте пластины 7 изменяется разность хода лучей в ветвях интерферометра, происходит перемещение основной интерференционной картины и из- менение сигнала на выходе фотоприемника 14. Величина углового смещения пластины 7 определяется числом интерференционных полос, прошедших через фотоприемник 14. Для определения направления перемещения и числа прошедших полос в интерферометре осуществляется модуляция оптической разности хода пучков модулятором 6 по синусоидальному закону.

Воспроизведение угла поворотной пластиной 7 осуществляется под управлением блока 16 управления следующим образом; в блоке 16 управлени набирается код заданного числа интерференционных полос Q, соответствую- щий желаемому углу воспроизведения с учетом знака; исполнительное устройство 9 перемещает поворотную пластину 7, одновременно в блоке 16 подсчитывается число интерференционных полос, перемещаюш ихся в поле зрения фотоприемника сравнивается с заданным значением Q; после совпадения подсчитанного числа полос с заданным система переходит в следящий режим, исполнительное устройство 9 поддерживает положение пластины 7, соответствующее совмещение центра заданной интерференционной полосы с центром щели фотоприемника 14,

Дискретность воспроизведения угла соответствует перемещению на одну интерференционную полосу (реально 0,1-0,5 угловых секунд). На перемещение интерференционной картины влияют и дестабилизирующие факторы; нестабильность положения зеркал 4 и 5, связанная с температурами, ос-,

таточными и другими деформациями оправ и основания 1; дрейф постоянно составляющей модулятора 6 оптической разности хода; изменение показателей преломления рабочего пространства. Для исключения влияния этих факторов на точность воспроизведения углов в устройство введен дополнительный канал стабилизации. Его работа заключается в следующем. Часть пучков интерферометра, отраженная от концевых отражателей 12 и 13 дополнительной пластины 8, образует дополнительную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 15. Расположен дополнительной пластины 8 под заданным углом к пластине 7 обеспечивает пространственное разнесение основной и дополнительной интерференционных картин. Поскольку дополнительная пластина 8 жестко связана с основанием 1, то перемещение дополнительной интерференционной картины связано не с поворотом пластины 7, а только с влиянием дестабилизирующих факторов. Синхронный детектор 18 измеряет фазу перемещения дополнительной интерференционной картины. Напряжение на выходе детектора 18 равно нулю при совпадении центра интерференционной полосы, к которой ос тцествляется привязка, с центром щели фотоприемника 15 (отсутствие первой гармонигда при симметричном модулирующем сигнале источника 17) и имеет соответствующую величину и знак при их смещении. Напряжение с выхода детектора 18 суммируется о Модулирующим напряжением на сзт маторе 19 и поступает на моду- .лятор 6 оптической разности хода, стабилизируя центр интерференционной полосы относительно щели дополнительного фотоприемника 15. Учитьшая, что дестабилизирущие факторы действуют практически одинаково на обе интерференционные картины, в устройстве достигается исключение влияния этих факторов на основную интерференционную картину, смещение которой в данном устройстве связано только с угловым перемещением поворотной пластины 7, и тем самым достигается высокая точность воспроизведения углов.

Блок 16 управления (фиг. 2) работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на счетчик 20 интерференционных полос. С выхода счетчика 20 цифровой код чи

514

ела интерференционнь0с полос, прОшед- ших через щель фотоприемника 14, поступает на вход схемы 21 сравнения На другой вход схемы 21 сравнения оператором или автоматически подается код заданного числа интерференционных полос Q, соответствующий требуемому углу воспроизведения, На вы- соде схемы 2Г сравнения формируется Постоянный сигнал, знак которого соответствует разности входных кодов, С выхода схемы 21 сравнения сигнал поступает на сумматор 22, на другой .вход сумматора 22 поступает сигнал р выхода синхронного детектора 23, принцип действия которого аналогичен детектору 18, Сумматор 22 имеет чув- :ствительность по первому входу значительно вьше, чем по второму, поэ- тому при несовпадении заданного и ;пройденного числа полос выходной сиг- :нал сумматора 22 определяется выход- :ным сигналом схемы 21 сравнения и осуществляет через исполнительное устройство 9 поворот пластины 7. При совпадении числа полос сигнал с выхода схемы 21 сравнения равен нулю и сигнал с выхода сумматора 22 определяется выходным сигналом детектора 23, осуществляя через исполнительное поворотное устройство 9 стабилизацию местоположения поворотной пластины 7.

В предлагаемом устройстве для вое- произведения углов в качестве инерционного основания может быть использована чугунная плита, поворотная и опорная пластины выполнены из кварца, а концевые отражатели получены путем зеркального покрытия пластин. В качестве модулятора оптической разности хода может быть использован, например, пьезоэлектр ический злемент с закрепленным на нем зеркалом. Ис- полнительное поворотное устройство может быть вьшолнено в виде электродвигателя постоянного тока с редуктором с дифференциальным винтом. Для повьшения точности позиционирования на конце дифференциального винта может быть закреплен управляемый

5

1

п п 5

0

746

пьезоэлектрический элемент. В качестве фотоприемников могут быть использованы фотодиоды, а источник модулирующего напряжения выполнен в виде генератора синусоидального напряжения.

Форму лаизобретения

Устройство для воспроизведения углов, содержащее основание, установленный на нем интерферометр Май- кельсона, установленную с возможностью разворота вокруг оси, параллельной ее плоскостям, плоскопараллельную пластину, имеющую два зеркально отражающих участка поверхности, которые являются концевыми отражателями интерферометра и размещены в его соответствующих плечах, модулятор, оптической разности хода лучей, установленный в одном из плеч интерферометра, источник модулирующего напряжения, связанный с модулятором, фотоприемник, расположенный на выходе излучения из интерферометра, и блок управления, сигнальный вход которого соединен с фотоприемником, вход синхронизации соединен с источником модулирующего напряжения, а выход соединен с приводом разворота

пластины.

отличающееся

тем, что, с целью повышения точности воспроизведения углов, оно снабжено жестко закрепленной на основании второй плоскопараллельной пластиной с двумя аналогичными концевыми отражателями, расположенными в соответствующих плечах интерферометра, вторым фотоприемником, установленным на выходе интерферометра по ходу лучей, отраженных от третьего и четвертого кольцевых отражателей, синхронным детектором и сумматором, сигнальный вход синхронного детектора соединен с вторым фотоприемником, вход синхронизации соединен с источником модулирующего напряжения, а выход через сумматор соединен с модулятором оптической разности хода, с которым также через сумматор соединен источник модулирующего напряжения.

Вход синхро- мизации

Г

16

Фиг. Z