Устройство для измерения перемещений объекта Советский патент 1989 года по МПК G01B11/26 

.iU

со

CD

СО

31 ч 9

Изобретение отногитгя к тмери- тельной технике и может ncnojijj o- заться для измерения угловых и линейных перемещени объекта.

Цел1 изобретения - гювьпцение точ- тшсти и увеличение диапазона измеренных перемещений за счет формирования интерференционного светового поля от объекта.

На фиг . 1 приведена оптическая схема устройства; на фиг.2 - интерференционная картина, локализованная на матричном фотоприемнике.

Устройство для измерения перемещений содержит источник 1 когерентного света, установленный с воз- можностыо перемещения вдоль направления излучения, и расположенные по ходу излучения светоделитель 2, зеркало 3, устанавливаемое за светоделителем, отражающая поверхность которого параллельна светоделителю, уголковый отражатель 4, выполненный с углами между его отражающими гранями, отличными от 90, матричный по- зиционно-чувствительный фотоприемник 5,например ПЗС-матрица и блок 6 обработки,вьтолненный, например в виде микроэвм, электрически соединенный с фотоприемником. Уголковый отражатель 4 скрепляют с контролируемнм объектом (не показан)

Линейные размеры фотоприемника выбирают из условия полного перехват результируюидего интерференционного светового поля, формируемого после отражения световых пучков от отражателя .

На чертеже обозначены: А; В; С - отражающие грани уголкового отражателя; fl о начальный угол поворота неподвижной системы коорд инат Х,,,

YO oi г УГ лы поворота объекта вокруг соответствующей координатной оси линейная величина перемеидения источника 1 излучения; а,Ь, 1 - линейные величины перемещения объекта вдоль соот- ветствую1чих координатных осей Х, У 7

О

Устройство работает следующим образом.

Монохроматический коллимиро- ванны. пучок излучения.от источника 1 папрлп.-янт на светоделитель 2 и зерка.гк 3, кг торие формируют два параллещ.ны:; пучка излу ения. САорми.

рованные пучки излучения направляют на уголковый отражатель 4.

При отражении от последнего образуются три пары пучков, которые при помощи светоделителя 2 и зеркала 3 пространственно совмещаются, формируя результирующее интерференционное световое поле на фотоприемнике 5 (фиг.2). Параметры интерференционной картины определяются пространственным положением уголкового отражателя, т.е. зависят от пространственного положения контролируемого объекта. Блок 6 обработки по информации с матричного фотоприемника вычисляет все шесть координат.

При повороте отражателя 4 на углы все три пары пучков после отражателя начинают менять свое направление. Это приводит к тому, что щирина и наклон интерференционных полос меняются. При сдвиге отражателя по осям ОХ р и OYJJ пучки начина- ют перемещаться параллельно самим себе в Направлении, перпендикулярном оси визирования, что вызывает смеще ние интерференционных полос по осям ОХ, и ОУ,.

Пара пучков, претерпевших отражение в следующем порядке: от граней В-А-С и С-А-В, не несет полезной информации. Для облегчения дешифрации интерференционной картины эта пара может быть исключена путем установки частично непрозрачной диафрагмы перед входной гранью (не показана) отражателя 4.

Углы поворота ОЭ QftO,j,0 относи- тельно осей ПХ(,, OV, OZ J, системы координат Х, Уд, Zj,, в исходном состоянии повернутой относительно неподвижной системы координат , на некоторый угол Qo, определяют из выражения

-

г

50

1 ь-;:8. ь:- .

Х|

где А - длина волны излучения; f - величина, характеризующая отклонение углов отражателя от 90°;

bj( ,Ь - проекции ширины интерференционной полосы, образе5149

ванной в результате интерференции пучков, претерпевших отражение от отражателя в следующем порядке: С-В-А и А-В-С соответственно на оси ох J и OY,;

bj( - проекция пирины интерференционной полосы, образованной в результате интерферен- ции пучков, претерпевших , отражение от ОЭ в следующем порядке: С-В-А и В-С-А на ось ОХ,,

Смещение отражателя по осям ОХ и OY связано со смещением интерференционных полос нулевого порядка, локализованных на фотоприемнике выражениями :

Y,- Y.

-Xi Ij

X, X

Л

20

Xi Х,

где Х,Х величины смещений проекций интерференционных полос нулевого порядка, образованных в результате интерференции пучков, претерпевших отражение в следующем порядке: С-В-А,А-В-С и С-В-А,В-С-А по осям ох и ОУ соответственно.

1 1дентификация интерференционных полос нулевого порядка возможна, так как они имеют максимальную контрастность и минимальную подвижность.

Лля измерения дистанции до отра- жателя 4 смещают источник 1 излучения вдоль оси излучения относительно исходного положения.

Информация о дистанции до отражателя при этом будет заключена в ширине интерференционных полос, локализованных на фотоприемнике 5.

Дистанцию до отражате ля определяют из выражения

)

2CQ - 0)

где о ---- ; Q ---- ; 2Ь о 2Ь, .

j проекции щирины интер ференционной полосы на

ось OY,когда источник

IQ

15

0

5 О

,.

0

5

0

36

смещен относительно исходного положения и когда он находится в исходном положении соответственно ;

L - величина смещения источника излучения относительно исходного по- ложения.

Высокая точность определения координат обусловлена высокой чувствительностью интерферограммы, локализованной на протяженном участке матричного позиционно-чувствительно- го фотоприемника, причем информационными параметрами являются ширина и местоположение интерференционных полос, которые могут быть измерены с большой точностью.

Диапазон измерений коллимационных углов предлагаемого устройства определяется диапазоном работы трехгранного уголкового ОЭ и может достигать 40°.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений объекта, содержащее последовательно установленные источник излучения, светоделитель, ориентированный под углом 45° к оси источника, уголковый отражатель, выполненный с углами между его отражающими гранями, отличными от 90°, и предназначаемый для скрепления его с объектом, матричный позиционно-чувствительный фотоприемник, установленный в обратном ходе излучения от отражателя, и блок обработки, злектрически соединенный с фотоприемником, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и увеличения диапазона измерения перемещени ,оно снабжено зеркалом, установленным на оси источника по ходу его излучения за светоделителем, ориентированным параллельно ему и оптически связанным с уголковым отражателем, а источник излучения установлен г возможностью линей- ного перемещения ндоль оптической оси.

у, У,

Изобретение может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений объекта. Целью изобретения является повышение точности и увеличение диапазона измеряемых перемещений за счет формирования интерференционного светового поля от объекта, несущего информацию о линейных и угловых его перемещениях. Формируют с помощью светоделителя 2 и зеркала 3 два параллельных пучка от монохроматического источника 1 излучения, направляют оба пучка на уголковый отражатель 4, скрепляемый с контролируемым объектом и выполненный с углами между его отражающими гранями, отличными от 90°. Пространственно совмещают пучки, отраженные от отражателя, и формируют результирующее интерференционное световое поле между каждой из двух пар отраженных пучков на матричном фотоприемнике 5. По ширине и наклону интерференционных полос, а также по их количеству на входе в фотоприемник 5 в блоке 6 обработки вычисляют угловые и линейные перемещения контролируемого объекта. 2 ил.