Интерферометр для измерения линейных величин Советский патент 1990 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения перемещений с помощью оптических интерферометров, и может быть использовано для высокоточных измерений размеров и перемещений узлов прецизионных установок в станкостроении, машиностроении, приборостроении, в системах автоматического управления.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения неравноплечности интерферометра и устранения влияния неконтролируемых изменений внешней среды, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения перемещений.

На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - конструкция жесткого модуля интерферометра; на фиг. 3 - фрагмент устройства для случая измерения угловых перемещений

В состав устройства входит источник 1 когерентного .излучения (лазер), светоделитель 2, представляющий собой куб-призму, на гипотенузной грани которой имеются три зоны 3, 4 и 5, полупрозрачная, зеркальная и прозрачная. На грань 6 светоделителя 2 посредством оптического контакта или склеивания установлен отражатель 7, ребро 8 рабочего двугранного угла которого параллельно зондирующему лучу а и симметрично расположено относительно грани 6. На грани 9 дополнительного отражателя 7 симметрично расположена призма 10, которая устанавливается на грань 9 своей гипотенузной гранью посредством оптического контакта или склеивания оптическим клеем. В створе граней 11 и 12 светоделителя 2 жестко установлены на основании (не показано) зеркала 13 и 14, которые отклоняют лучи в и с в направлении уголковых отражателей 15 и 16, которые представляют собой призмы-крыши БР-180 ребра двугранных углов которых установлены параллельно один , перпендикулярно ребру 8 рабочего дп грагною угла отражателя 2, перпендикулярно .соответствующим зондирующим лучам в с pa w мещены по ходу лучей напротив границ раздела соответствующих зон светоделителя - прозрачной и полупрозрачной для призмы 15, полупрозрачной и зеркальной для призмы 16 Оба отражателя жестко вя(Л

ел

05

sl

оо 1

заны между собой и имеют возможность перемещаться в процессе измерений вдоль измерительных лучей вис интерферометра в пределах требуемого диапазона измерений. При этом расстояние между зеркалами 13 и 14 должно быть несколько больше требуемого диапазона измерений Угловые отражатели 15 и 16 жестко скреплены между собой, образуя подвижный модуль 17. На выходе устройства установлен фотоприемник 18, преобразующий выходной оптический сигнал в электрический. В качестве регистратора 19 использован блок регистрации, состоящий из двуканального усилителя информационного блока управления, реверсивного двоично-десятичного счетчика, двоичного счетчика, дешифратора цифрового индикаторного устройства и выходных разъемов (не показано;

Вариант устройства для измерения угловых перемещений предусматривает установку подвижного модуля 17 на вращающемся объекте 20 (фиг. 3), ось 21 вращения которого смещена относительно рабочих ребер отражателей 15 и 16.

Устройство работает следующим образом.

Луч и от источника 1 когерентного излучения попадает в светоделитель 2 на полупрозрачную зону Л, где делится на два пучка с примерно равными интенсивностями: луч в, отраженный от полупрозрачной зоны 3, и луч с, прошедший через полупрозрачную зону 3 светоделителя 2. Луч и, отразившись от зеркала 13, попадает на один из отражателей 15 со смешением относительно ребра рабочего дв i ранного угла Отразившись от отражателя в обратном направлении, но со смешением в плоскости чертежа, луч в по пути отразившись еще раз от зеркала 13, попадает снова в светоделитель 2 и уже через прозрачную зону 5 попадает на отражатель 7 со смещением относительно ребра 8 рабочего двугранного угла, где смещается в вертикальном направлении, после чего луч возвращается по тому же пути в обратном направлении опять на светоделитель только со смешением по вертикали. Второй луч с после светоделителя 2 отражается от зеркала 14 и отражателя 16, после которого смещается в плоскости чертежа и в обратной последовательности возвращается на светоделитель, но уже на зеркальную его зону 4. После отражения от зеркальной зоны 4 луч последовательно отражается от дополнительного офажате- ля 7 со смешением по высоте зеркальной зоны 4 светоделителя и точно в обратной последовательности возвращается на прозрачную зону 3 светоделителя, где смешивается с лучом, пришедшим с другого плеча интерферометра. Оптическое смещение происходит на полупрозрачной зоне 3 светоделителя 2. но в точке, которая смещена отно0

сительно точки деления лучеи на расстояние не менее диаметра луча. Два оптически смешанных луча интерферометра образуют интерференционную картину, которая

регистрируется фотоприемником 18 с регистратором 19 и по изменению порядка полосы, связанного с контролируемым перемещением, судят о величине и направлении этого перемещения. На пути распространения второй пары оптически смешанных на полупрозрач- ном покрытии зоны 3 лучей установлена призма 10, которая выводит их из интерферометра с целью предотвращения попадания их в исходную точку деления лазерного луча, что улучшает стабильность, результирующей

интерференционной картины, а, следовательно, повышает точность измерения устройства в целом

Устройство позволяет измерить линейные и угловые перемещения, а также линейные размеры объектов. В режиме измерения линейных перемещений подвижные отражатели 15 и 16, скрепленные в один жесткий модуль 17, перемещаются вместе с объектом, на котором они установлены и линейное перемещение которого необходимо измерять. При

., этом дискретность измерения будет равна

А/8

Измерение угловых перемещений обеспечивается установкой жестко скрепленных подвижных отражателей 15 и 16 в один жесткий модуль 17 на вращающемся объекте 20

0 и тем, что предлагаемый интерферометр не чувствителен к поперечным смещениям подвижных отражателей Оптимальным является вариан конструкции устройства, когда ось 21 вращения объекта смещена вдоль линии, перпендикулярной зондирующим лучам

5 и проходящей через примерно совмещенные ребра рабочих двугранных углов подвижных отражателей В этом случае обеспечивается максимальный диапазон измерения углов, составляющий ±10С, а точность пропорQ циональна ./8.

В режиме измерения линейных размеров объектов один из отражателей 15 (или 16) закрепляется неподвижно на основании (не показано), а другой отражатель 16 (или 15) выполнен с возможностью перемещения

5 вдоль зондирующих лучей Перед измерением линейных размеров объекта (не показано) подвижный отражатель 16 (или 15) перемещают вдоль оптической оси навстречу неподвижному отражателю 15 (16) до соприкосновения друг с другом, при том показания

0 регистратора 19 сбрасываются ( «нуль Затем отражатель 16 отводят от отражателя 15 :ia расстояние несколько больше размера измеряемого объекта. Контролируемый объект вводят между отражателями 15 и 16 так, что линия измерения совпадает с оптической осью интерферометра и касаются объектом неподвижного отражателя 15. После этого подвижный отража-fvt 16 перемещают до

соприкосновения с объектом и снимают от счет. Дискретность измерений в этом режи ме ./4

Формула изобретения

1 Интерферометр для измерения линейных величин, содержащий источник когерентного излучения, светодел} тль и размещенные в каждом из плеч итерферомет- ра плэское зеркало и уголковый отражатель, отличающийся тем, что, с целью повы тения точности измерений, он снабжен отражателем, выполненным в виде призмы-крыши, и прямо гольной призмой, жестко установленной своей гипотенузной гранью на ка- тетной грани отражателя симметрично относительно падающего на эту грань луча, светоделитель выполнен ч виде куб-пг И мы гипотенузная грань которой состоит из трем - прозрачной, полупро рачной и зеркальной, отражатель жестко установлен на ви

ходной грани куб-прьзмы симметрично от ко опально оси симметрии той грачи ь ориентирован так, что ребро его рабочего дв гранного угла параллельно луч источника когерентного излучения и метено m иь:.м те относительно луча на расстояние, не «ень- шее половиьы диаметра .чуча, уголковые oi ражатели ориентированы так, что их ребра рабочих двугранных уголков пяралчель ы между собой, перпендикулярны ребру ;-c(V- чего двугранного угла отражателе и раг- положены напротив границ раздела делительной и зеркальной, свеюделительной и прозрачной зон гипотену.шой рачи свето делителя в направлении ходя прошедшего

через светоделитель и отраженного от неп лучей соответственно

2 Интерферометр по п 1, отличающийся тем, что, с целью расширения ф ккционачь- ных возможностей за счет измерения также и перемещений, уголковые отражатели жесг0 ко скреплены между собой

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения неравноплечности интерферометра и следовательно устранения влияния неконтролируемых изменений внешней среды, а также расширение функциональных возможностей. Это достигается тем, что светоделитель, выполненный в виде куб-призмы, гипотенузная грань которой имеет прозрачную, полупрозрачную и зеркальную зоны, жестко закреплен с дополнительным отражателем и призмой и образует жесткий модуль, а каналы интенферометра, содержащие плоские зеркала и уголковые отражатели, жестко скрепленные между собой, обладают симметрией. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

фие.1

a

/5.

w

в

Фа а 2

21

20

фигЗ