Акустооптическое устройство для измерения отклонений от прямолинейности Советский патент 1989 года по МПК G01B11/00 

СА9 Н

Изобретение относится к измерительной технике, и может быть использовано для контроля отклонений формы направляющих станков н измерительных приборов.

Цель изобретения - повышение точности достигается за счет устранения погрешностей, связанных с нестабильностью параметров источника когерен- ного излучения и фотоизменения путем использования зависимости фазы сигнала от положения триппель-призмы.

На фиг.1 изображена блок-схема акустооптического устройства для измерения ОТКЛОНЕНИЯ -от прямолинейности; на фиг.2 - схема светодели- тельного блока.

Устройство содержит источник 1

Оптическое гетеродииироваиие на плоскости фотоприема двух разночас- т отных излучений приводит к появлению на выходе фотоприемника электрическо- го измерительного сигнала ,( частоте, равной разности взаимодействующих оптических частот

U,,,(t) и, sin +Ч ,),

где Uj - амплитуда напряжения выходного электрического сигнала; f - частота возбуждения периодической структуры;

15 Ч о начальная фаза электрического сигнала.

Электрический сигнал- фотопреобразователя U,,,j, (t) поступает на резонансный усилитель 12, после которого

25

30

з строистьи uuA-p ппп«мя 0 вместе с опорным сигналом электрон

монохроматического, излучения, коллима. 20 , нопмирующи тор 2, светоделительныи блок J с триппель-призмой 4, измерительную каретку 5, диафрагму 6, акустоопти- ческий модулятор 7 с излучателем 8 ультразвуковых волн, генератор 9, щелевую диафрагму 10, фотоприемник 11, резонансный усилитель 12, нормирующий преобразователь 13 и блок 14 индикации, светоделительныи .блок 3 содержит также светоделительтш куб 15, оптический клин 16 и две триппель-призмы 17.

Излучение монохроматического источника 1, коллимированного коллиматором - ----р „ F Г разделяется на два пучка в свето- з5 излучения на два пучка Е, и Е, блоке 3, которые направля оптический клин 16, отклоняющий пучок ются на триппель-призму 4. Отразившись от триппель-призмы 4, оба пучка через ограйичительную диафрагму 6 попадают на акустооптический модуля- 40 тор 7. Электронный генератор 9 и излучатель 8 ультразвуковых волн создают

ного генератора 9 -через нормирующий преобразователь 13 подается в блок 14 индикации, представляющий информацию о фазовом сдвиге электрических сигналов в цифровом виде. В качестве электронного генератора, резонансного усилителя, нормирующего преобразователя и блока индикации используются соответствующие узлы и блоки отечественного лазерного измерителя перемещений ИПЛ-10М.52.

Светоделительныи блок (фиг.2) содержит светоделительныи куб 15 для разделения падающего монохроматичесв прозрачной среде акустооптического модулятора движущуюся с постоянной скоростью периодическую структуру. 45 Падающие на акустооптический модулятор 7 световые пучки пересекаются в плоскости распространения периодической структуры под углом, обеспечивающим пространственное совмещение Q дифракционных порядков этих световых пучков на выходе акустооптического модулятора таким образом, что алгебраическая разность частот совмещенных

Е 2. на угол oi. , обеспечив ающий пространственное совмещение порядков этих световых пучков на выходе акустооптического модулятора и две триппель- призмы 1.7, совмещающие световые пучки Е, и Е на апертуре акустооптического

модулятора.

Светоделительныи блок 3 работает

следующим образом.

В процессе измерения отклонений от прямолинейности измерительная каретка 5 прокатывается по исследуемой поверхности и в местах отклонений от прямолинейности смещается вверх- вниз вместе с триппель-призмой 4 (фиг.1). При этом возникает поперечное смещение световых пучков Е, и Е и диафрагма 6 выделяет на акустопаическая оазнии1.о 4tn-ii- i v., -i. , . -фракционных порядков равна частоте. 55 оптический модулятор 7 -«- ..т,jL.,„„ ,ч ponff,c npнIIиnннvю KaDTHHV, Фазовый

f. ---1

периодической структуре. Интерферирующие порядки дифракционных спектров фокусируют оптической системой с щелевой диафрагмой 10 на фютоприемник П.

интерференционную картину. Фазовый сдвиг световых волн Л суга возникающий поперечном смепшнии световых пучков по апертуре акустоиптического

40372

Оптическое гетеродииироваиие на плоскости фотоприема двух разночас- т отных излучений приводит к появлению на выходе фотоприемника электрическо- го измерительного сигнала ,( частоте, равной разности взаимодействующих оптических частот

U,,,(t) и, sin +Ч ,),

где Uj - амплитуда напряжения выходного электрического сигнала; f - частота возбуждения периодической структуры;

15 Ч о начальная фаза электрического сигнала.

Электрический сигнал- фотопреобразователя U,,,j, (t) поступает на резонансный усилитель 12, после которого

вместе с опорным сигналом электрон

месте с опорным сигналом электрон

, нопмирующи

- ----р „ F излучения на два пучка Е, и Е, оптический клин 16, отклоняющий пучок ого генератора 9 -через нормирующий преобразователь 13 подается в блок 14 индикации, представляющий информацию о фазовом сдвиге электрических сигналов в цифровом виде. В качестве электронного генератора, резонансного усилителя, нормирующего преобразователя и блока индикации используются соответствующие узлы и блоки отечественного лазерного измерителя перемещений ИПЛ-10М.52.

Светоделительныи блок (фиг.2) содержит светоделительныи куб 15 для разделения падающего монохроматичес - ----р „ F излучения на два пучка Е, и Е, оптический клин 16, отклоняющий пучок

Е 2. на угол oi. , обеспечив ающий пространственное совмещение порядков этих световых пучков на выходе акустооптического модулятора и две триппель- призмы 1.7, совмещающие световые пучки Е, и Е на апертуре акустооптического

модулятора.

Светоделительныи блок 3 работает

следующим образом.

В процессе измерения отклонений от прямолинейности измерительная каретка 5 прокатывается по исследуемой поверхности и в местах отклонений от прямолинейности смещается вверх- вниз вместе с триппель-призмой 4 (фиг.1). При этом возникает поперечное смещение световых пучков Е, и Е и диафрагма 6 выделяет на акусто -i. , . - оптический модулятор 7 -«-оптический модулятор 7 -«-,ч ponff,c npнIIиnннvю KaDTHHV, Фазовый

интерференционную картину. Фазовый сдвиг световых волн Л суга возникающий поперечном смепшнии световых пучков по апертуре акустоиптического

модулятора пропорционален величине их смещения

Ф о р м у -л а

эобретения

йЧ сь

2 |Гз1пЫ.

их,

10

15

Акустооптическое устройство для измерения отклонений от прямолинейности, содержащее источник монохро- матического излучения, установленные последовательно по ходу светового луча измерительную каретку с отражателем, акустооптический модулятор и фотоприемник, электронную схему, первый вход которой соединен с выходом фотоприемника, генератор, выход которого соединен с входом акустооп- тического модулятора и вторым входом электронной схемы, я блок индикации, подключенный к выходу электронной схемы, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, оно 20 снабжено светоделительным блоком, установленным между источником монохроматического излучения и измерительной кареткой и предназначенным для

ческого измерительногоразделения светового луча на два

сигнала, равный фазовому 25 световых пучка, направленньж под сдвигу световых волнУГЛом друг к другу, равным или крат

ным углу дифракции монохроматического излучения, и щелевой диафрагмой, установленной между акустооптическим 30 модулятором и фотоприемником, а отражатель выполнен в виде триппель- призмы,

СЬ

где oiL - угол между световыми лучамИ

Е, и Д - длина волны излучения моно, хроматического источника; t,) - поперечное смещение световых пучков Е- и Е, равное удво- енной величине смещения трип- пель-призмы 4,

Фазовьш сдвиг световых волн передается в спектр электрического сигнала в результате оптического гетер одинирования ,

U,,,Ct) U,sin2T( +Ч, ,иР где ЛЦ фазовый сдвиг электри Ч свТаким образом, поперечное смещение измерительной каретки преобразуется в пропорциональное изменение фазы электрического измерительного сигнала.

1464037

Ф о р м у -л а

эобретения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля отклонений формы, направляющих станков и измерительных приборов. Целью изобретения является повьшение точности измерения отклонений от прямолинейности. Поперечное смещение измерительной каретки 5, снабженной триппель-призмой 4, вызывает поперечное смещение прошедшего через светоделительный блок 3 моно- .хроматического излучения по апертуре акустооптического модулятора 7, что приводит к пропорциональному величине смещения изменению фазы электрического сигнала фотоприемника 1I. Фазовый сдвиг электрического сигнала фотоприемника 11 измеряется электронной схемой относительно сигнала электронного генератора 9, выход которого связан с электрическим входом акустооптического модулятора 7. 2 ил. 2 S О)