Способ измерения пространственных перемещений объекта Советский патент 1990 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для контроля точности линейных перемещений объектов, например рабочих органов станков и измерительных приборов.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет устранения влияния точности выставления луча по линии измерения на погрешность.

На фиг.1 представлена схема распространения пучков излучения; на фиг.2 - схема устройства для осуществления предлагаемого способа измерения пространственных перемещений объекта.

Устройство содержит периодическую структуру 1, созданную излучателями 2 и 3, фотопреобразователи 4-6, лазер 7, коллиматор 8, светоделитель 9, формирователь 10 трех пучков, отражатели 11 и 12. двойной оптический клин 13, диафрагму 14. элект(Л

с

ронные генераторы 15 и 16, светомодулятор 17, оптическую систему 18, узкополостные усилители 19-21, фазометрические блоки 22-24. Позицией 25 обозначен объект, перемещение которого измеряют.

Способ осуществляют следующим образом.

Излучение лазера 7 через коллиматор 8 направляют на светоделитель 9 интерферометра Майкельсона, где оно делится на два световых пучка ЕЙ и ЕО измерительного и опорного каналов. Излучение ЕЙ измерительного канала проходит через формирователь 10, где разделяется на три световых потока Е1, Е2, ЕЗ, которые направляются на измерительный уголковый отражатель 11, установленный на объекте 25. Отраженные от измерительного 11 и опорного 12 уголковых отражателей световые излучения ЕЙ и ЕО пространственно совмещаются на светоделителе 9 под углом а.

о о

1ГО СП

ю

задаваемым двойным оптическим клином 13 опорной световой волне, и направляются через ограничительную диафрагму 14 на светомодулятор 17, в котором излучателями 2 и 3 создается движущаяся периодическая структура 1 в виде двух ультразвуковых волн, движущихся взаимно перпендикулярно. Один из этих потоков (Е1) образует с двумя другими (Е2 и ЕЗ) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях равные углы « ,обеспечивающие пространственное совмещение дифракционных порядков выходных спектров Е1, Е2 и. Е1, ЕЗ, алгебраическая разность частот которых пропорциональна частоте возбуждения периодической структуры по осям X и Y соответственно. В данной схеме коэффициент пропорциональности выбран равным 1. Интерферирующие порядки дифракционных спектров ЕЗ(0),Е1(-1)иЕ2{0),Е1(+1)направ- ляют на фотопреобразователи 4 и 5, которые выделяют электрические измерительные сигналы U3 и U2. Излучение ЕО опорного канала направляют на периодическую структуру Т под углом а к излучению измерительного канала в одной из этих плоскостей, а интерферирующие порядки дифракционных спектров опорного и измерительного каналов Е0(0) и Е 1(-1) направляют на фотопреобразователь 6, который выделяет электрический измерительный сигнал U1.

Сигналы из, U2, U1 через узкополосные усилители 19-21, настроенные на частоты fi - fa подаются на входы фазометрических блоков 22-24. На вторые входы блоков 22 и 23 в качестве опорных сигналов поступают сигналы от электронных генераторов 15 и 16, задающих частоту возбуждения периодической структуры 1 в направлениях Y и X соответственно . В качестве опорного сигнала на второй вход фазометрического блока 24 подается-сигнал U2.

В результате интерференции (оптического гетеродинирования) разночастотных световых волн на выходах соответствующих фотоприемников появляются электрические сигналы, изменение фазы которых пропорционально изменению определенной из

координат Z,X, Y, Для измерения координаты можно измерять фазу электрического сигнала U1, используя в качестве опорного сигнала U2. Изменение фазы сигнала U1

умножают на величину Я/лги получают соответствующее изменение координаты Д2, Изменение фазы сигналов U2 и U3 измеряют относительно электрических сигналов электронных генераторов с частотами f2 и f i,

умножают это изменение соответственно на величину Лх/2 яи Лу/2 л:, где Лх и Лу - длинь акустических волн по направлениям X и Y , и определяют перемещения по координатам X и Y. Таким образом, можно

производить независимые измерения перемещений объекта в пространстве по трем осям X, Y, Z.

. Формула изобретения

Способ измерения пространственных

перемещений объекта, заключающийся в том, что когерентное излучение разделяют на измерительный и опорный потоки, после отражения измерительного потока от объекта создают в прозрачной среде периодическую структуру, движущуюся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, освещают среду потоками излучения под углом, выбираемым из условия многопорядковой дифракции от каждого потока излучения,

преобразуют интерферирующие порядки дифрагированных потоков в электрический сигнал и по его параметрам определяют перемещение объекта, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности, перед освещением объекта формируют из измерительного потока три световых пучка, ориентированные так, что один из пучков образует с двумя другими в двух взаимно перпендикулярных плоскостях равныеуглы,

величина которых обеспечивает пространственное совмещение порядков дифракции этих пучков на периодической структуре так, что алгебраическая разность-частот, совмещенных в одном из направлений движения

периодической структуры, пропорциональна частоте возбуждения периодической структуры в этом направлении.

/. №

UT,f2

,/;

У,/2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля точности перемещений объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения влияния точности выставления луча по линии измерения на погрешность. Для этого когерентное излучение разделяют на два потока - опорный и измерительный и перед отражением от объекта из измерительного потока формируют три пучка, освещают потоками периодическую структуру, движущуюся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, получают из дифрагировавшего излучения интерференционную картину, преобразуют ее в электрический сигнал и по его параметрам определяют перемещение объекта. 2 ил.

Фиг. 2

Фиг. J

j