Способ измерения отклонений от прямолинейности объекта Советский патент 1989 года по МПК G01B11/24 G02B27/42 

I Изобретение относится к измери- 1гельной технике и может быть исполь- Ьовано для проведения высокоточных Измерений прямолинейности направляю- цих в машиностроении и приборостроении, а также для проведения створных измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет использова- ия щели с разнесенными в пространстве полуплоскостями, позволяющей 1утем изменения ее эффективной ширины управлять параметрами формируе- У10Й дифракционной картины, т.е. искусственно создавать ее значительные искажения, облегчающие их регистрацию с малой погрешностью. I На фиг.1 изображена приндипиаль- |ная схема устройства для осуществле- ния предлагаемого способа на фиг.2 |схема дифракции на щели с разнесен- |НЫми полуплоскостями. I Устройство для осуществления пред агаемого способа содержит последова |тельно расположенные лазер 1, форми- :ру1ощую оптическую систему 2, измери- |тельную марку 3 с закрепденной на |ней первой полуплоскостью 4 диффрак- ционной щели, вторую полуплоскость 5 щели , расположенную перед объек- 1тивом 6 с возможностью перемещения вдоль направления распространения света, и фотоэлектрический анализатор, состоящий из диафрагмы 7, расположенной в фокальной плоскости объектива 6, и фотоприемника 8, соединенного с блоком 9 обработки сигналов.

Фотоэлектрический анализатор определяет параметры дифракционной картины 10.

Способ осуществляют следующим образом.

Направляют монохроматический когерентный пучок от лазера 1 через формирующую оптическую систему 2 вдоль контролируемого створа объекта, размещают на его пути непрозрачное препятствие в виде щели шириной bi, образованной двумя полуплоскостями 4 и 5, смещенными одна относительно другой вдоль направления распространения света.

В фокальной плоскости объектива получают искаженную дифракционную картину 10. Затем плавно перемещают вторую полуплоскость 5 щели парал- ельно самой себе, добиваясь сонме

25

щения одного из минимумов дифракционной картины с фиксированной точкой плоскости анализа. При этом расстояние между полуплоскостями 4 и 5 равно h.

Для упрощения вывода условия минимумов дифракции света на щели с разнесенными полуплоскостями сматривают .условие только для возникновения первого минимума дифракции правой части дифракционной картины 10. Согласно теории Френеля - Кирхгофа выражение для первого ди4 с фракционного минимума имеет вид

b S in Ч ,

где b - ширина щели;

Ц - фиксированный угол дифрак20

А - длина волны излучения.

Следовательно, разность хода лучей, сходящихся в первом дифракционном минимуме, составляет А, поэтому

АК + KN - PL Л .

Ширина плоского фронта волны света для полуплоскости 5 равна UL, а следовательно

30 DM Д ;

АК + KN + DM - BL 2 Л ; DM + KN 2А.

Учитывая, что DM b,-sin4, а KN (b ,-h - tgtf) -sin4, получим условие первого минимума дифракции:

2b,-sin ч- h,-sin 4 tgM 2A.

В общем виде условие минимумов дифракции на щели с разнесенными полуплоскостями определяют по формуле

2Ь S in Lf - h. s in Ч tg ч 2m ; ,

где га +15 t2, +3,,.. .

При поперечном смещении первой полуплоскости 4 щели, закрепленной на измерительной марке 3, на, величину йЪ в положение 4 произойдет изменение ширины дифракционной щели, что приведет к перераспределению, интенсивности дифракционной картины. Для того, чтобы измерить величину .Ь, плавно перемещают вторую полуплоскость 5 щели параллельно-самой 55 себе на величину , добиваясь повторного совмещения одного из минимумов новой дифракционной картины 10 с фиксированной точкой плоскости ана35

45

50

лиза. При этом расстояние меж;;у полуплоскостями 4 и 5 щели равно h--, а ширина щели равна Ь.

Условие минимумов в данном случае определяют по формуле

Zhj sinty- h -sintf.tgif

2т Л

где m ±1, +2, ±3,... .

Учитывая, что фиксированный угол дифракции постоянен, т.е. Lf const, а ,-лЬ и -ЛЬ, получим выражение для расчета величины отклонения от прямолинейности в виде

4Ь

Отметим, что существование га-го минимума правой части дифракционной картины обусловлено выполнением условия

макс

bf 2m X

- максимальное расстояние 4 и 5 щели

где

между полуплоскостями

4515404

или длина контролируемого створа. Это условие также вытекает из условия минимумов дифракции на щели с разнесенными полуплоскостями.

Фиксирование точки в плоскости анализа осуществляют при помощи фотоэлектрического анализатора, что в значительной мере упрощает измере Q ние, так как угол Lf постоянен. Для вычисления 4Ь необходимо измерить только величину Jh, также изменяющую эффективную ширину щели, что приводит к компенсационному смеще15 нию экстремальных точек дифракционной картины в плоскости анализа. Учитывая, что первые минимумы дифракционной картины можно наблюдать

под весьма малыми углами , то компенсационное перемещение h второй полуплоскости 5 значительно больше величины контролируемого перемещения Ъ первой полуплоскости, что позволяет проводить высокоточные измерения отклонений от прямолинейности.

IIIHIIIIHIII

Фиг.

Лв

tj

Z3zr

фиг. 2