Устройство для контроля прямолинейности Советский патент 1988 года по МПК G01B21/22 

7У///////////////7//У//// /7/

(Л

У////У/7//

L

ю ч

vl

СО

J L

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле отклонений от прямолинейности и плоскости.

Цель изобретения - повьшение Лроизводительности, точности и надежности путем расположения фотоприемника и объектива на измерительной ка- |)етке и применения режима пространст- йенной модуляции светового потока в акустооптической ячейке.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для контроля прямолинейности. : Устройство для контроля прямоли- нейности содержит оптически связанные источник 1 света, акустооптическую ячейку 2, установленную на измерительной каретке 3 и предназначенную для модуляции светового пучка и пози- рионно-чувствительный фотопреобразо- 1ватель 4, предназначенный для определения отклонений светового .пучка, усилитель 5, последовательно соеди- ненный с исполнительным механизмом 6, кинематически связанным с источником 1 света. Цепочка обратной связи из позиционио-чувствительного фотопреобразователя А, усилителя,5 и исполнительного механизма 6 предназначена для стабилизации положения опорного светового пучка источника I света. Кроме того устройство имеет фазометр 7 для измерения фа- зового сдвига, генератор 8 опорных колебаний, избирательный усилитель 9, предназначенный для усиления первой гармоники сигнала с частотой О. , регистрирующий блок 10 и генератор 11 несущих колебаний с частотой со , модулируемый опорными колебаниями частоты,. Объектив 12 и фотоприемник 13 установлены на измерительной каретке 3 в зоне действия дифракцион- ноге пучка 14 акустооптической ячей ки 2. Фотоприемник 13 расположен в фокальной плоскости объектива 12, Выход генератора 8 опорных колеба1Лй5 соединен с первым входом фазометра 7 и модуляционным входом генератора 11 несущих колебаний, выход которого соединен с входом акустооптической ячейки 2. Выход фотоприемЬика 13 соединен с входом избирательного усили- теля 9, выход которого соединен с вторым входом фазометра 7, выход которого соединен с регистрирующим блоком 10.

271

JQ

15 20 25 30 ,j о j -

0

79 . 2

Объектив 12 предназначен для фокусировки дифракционного пучка 14 на светочувствительной площадке фотоприемника 13 и устранения возможного смещения светового пятна со светочувствительной площадки при параллельных перемещениях измерительной каретки вверх и вниз на неровностях контролируемого профиля. Фотоприемник 13 предназначен для детектирования огибающей светового сигнала с частотой Si и подачи ее на фазометр 7 для измерения фазового сдвига.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 света, установленный вначале контролируемого профиля, испускает опорный св.етовой пучок 15 с плоским волновым фронтом (параллельный пучок), которьй проходит сквозь акустооптическую ячейку 2 и попадает на позиционно-чувствительньтй фотопреобразователь 4. Световой пучок 15 задает опорную прямую линию, совпадающую с его осью симметрии,, относительно которой ведется контроль и измерение прямолинейности профиля. При случайных отклонениях светового пучка 15, вызванных дрейфом диаграммы направленности источника 1 света или флюк- туационными изменениями градиента показателя преломления воздушной среды, на выходе позиционно-чувствитель- ного фотопреобразователя 4 появляется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем 5 и приводит в движение исполнительный механизм 6. Исполнительный механизм 6 поворачивает источник,1 света таким образом, чтобы световой пучок 15 занял первоначальное положение и сигнал рассогласованияравнялся бы нулю. Таким образом осуществляется стабилизация положения опорного светового пучка 15. Генератор 8 опорных колебаний с частотой Q модулирует по амплитуде сигнал генератора 1 1 несущих колебаний с частотойсэ , воздействуя на его модуляционный вход. Амплитудно-модулированный сигнал возбуждает в акустооптической ячейке 2 ультразвуковую волну следующего вида:

S(t,x)- l+mco8(nt-Kx) cos(ot-Kx)j

(1)

Q где К ----волновое число огибающей волны;

V

К --- - волновое число несущей волны;

m - индекс модуляции; t - текущее время; X - координата вдоль направления движения ульт развуковой волны. Ультразвуковая волна возбуждается на входном торце акустооптичес- кой ячейки 2 и проходит некоторое расстояние Х до пересечения оси светового пучка 15, претерпевай при этом задерзису во времени. Эта задержка приводит к появлению фазового сдвига в огибающей (опорном колебании) сигнала

П

к-х.

(2)

Для того, чтобы акустооптическая ячейка 2 работала в дифракционном режиме, необходимо, чтобы длина волны несущего колебания была много меньше ширины светового пучка. При зтом должно выполняться следующее неравенство:

--.,

Ультразвуковая волна вида SCt,) co6(Qt-Kx) в соответствии с упрут- гооптическим эффектом модулирует показатель преломления материала акус- тооптической ячейки 2 и в зоне пересечения светового пучка 15 представляет собой бегущую фазовую дифракци- онную решетку.

В результате на выходе, кроме опорного светового пучка 15 (нуле- . вой порядок), появляются дифракционные лучи. Один из них (14), со- ответствующий первому порядку дифракции, фокусируется объективом 12 на фотоприемнике 13. Вследствие то- то, что сигнал, создающий дифракционную решетку, промодулирован по ампли- туде опорным колебанием с частотой fl, амплитуда напряженности электрического поля в дифракционном пучке 14 также изменяется во времени с частотой и фазовым сдвигом, определяемым выражением (2), Поскольку все . фотоприемники имеют квадратичную характеристику, выходной сигнал кроме составляющей с частотой Q содержит еще постоянную составляющую и вторую гармонику, которые подавляются в избирательном усилителе. В результате этого после усилителя 9 на вход фазометрй 7 поступает сигнал вида:

,10

S,(t)

cos(Qt+i|)).

15

20

25

30

35 0

5 5055На второй вход фазометра 7 поступает сигнал с генератора 8 опорных колебаний вида:

2 (t) cosQt.

Фазометр 7 измеряет фазовый сдвиг tf, линейно связанный с расстоянием XjjjB соответствии с вьфажением (2). Регистрирующий блок 10 фиксирует сигнал, пропорциональный величине смещения Х. В процессе передвижения измерительной каретки 3 по контролируемому профилю в результате неровностей последнего измерительная каретка 3 периодически поднимается и опускается. При этом соответственным образом изменяется величина Х. Величины этих измерений фиксируются в регистрирующем блоке 10 и позволяют определить степень прямолинейности контролируемого профиля. При этом опорный световой пучок 15, прошедший акустооптическую ячейку 2, не подвергается искажениям, его фазовый фронт.остается плоским, что существенно увеличивает длину контролируемого профиля,

Работа акустооптической ячейки в дифракционном режиме не требует больших мощностей акустического сигнала. Относительно низкие мощности акустического сигнала не приводят к быстрому разрушению материала ячейки. За счет этого устройство обладает повышенной надежностью.

Формула изобретения

Устройство для контроля прямоли .нейности, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные источник света, акустооптическую ячейку и позиционно-чувствительный фотопреобразователь, последовательно соединенные усилитель и исполнительный механизм, последовательно соединенные генератор опорных колеба

5U

НИИ и фазометр, избирательный усилитель, регистрирующий блок и измерительную каретку, на которой установ лена акустооптическая ячейка, выход избирательного усилителя подключен к второму входу фа:зометра, выход которого подключен к входу регистрирующего блока, исполнительный механизм кинематически связан с источ- НИКОМ света, отличающее- с я тем, что, с целью повышения Производительности, точности и надеж рости, оно снабжено генератором не- Ьущих колебаний, оптически связан- Ными объективом и фотоприемником.

796

устанавливаемыми на измерительной каретке в зоне действия дифракционного луча акустооптической ячейки, фото- приемник расположен в фокальной плоскости объектива, выход фотоприемника соединен с входом избирательного усилителя, выход генератора опорных колебаний соединен с модуляционным входом генератора несущих колебаний, выход которого подсоединен к входу акустооптической ячейки, частота Q генератора несущих колебаний выбрана из условия обеспечения режима дифракции акустооптической ячейки.

Изобретение относится к области измерительной техники. Целью изобретения является повьшение производительности, точности и надежности путем применения режима пространственной модуляции светового потока в акустооптической ячейке.При прохозвде- нии светового потока 15 через акустооп- тическую ячейку 2 возникают дифракционные лучи 14, которые содержат в огибающей сигнала дифракционного луча 14 информацию о фазе сигнала генератора 8 опорных колебаний. При перемещении измерительной каретки 3 по измеряемому профилю вследствие его неровности будет меняться фаза огибающей сигнала дифракционного луча 14. Измеряя изменение фазы огибающей сигнала дифракционного луча 14 фазсзметром 7, определяют величину неровности измеряемого профиля. 1 ил. §