Способ определения углового положения объекта Советский патент 1991 года по МПК G01B11/26 G01B9/02 

Фиг.}

Изобретение относится к области измерений и предназначено для определения углового положения объекта в пространстве оптическими методами. Наиболее эффективно применение изобретения для опреде- ления углового положения объекта, движущегося по заданной траектории, например, при измерении углового отклонения вращающегося объекта от исходного положения.

Целью изобретения является повышение точности определения углового положе- ния объекта с частично нанесенным зеркальным покрытием за-счет снижения погрешности фиксации исходного положе- ния объекта.

На фиг, 1 представлена оптическая схема, иллюстрирующая способ определения углового положения объекта; на фиг. 2 - зависимость фототока от угла поворота объ- екта на выходе фотоприемника, регистрирующего поток излучения за голограмной.

Оптическая схема содержит когерентный световой пучок 1, объект 2 с частично нанесенным зеркальным покрытием, опор- ный пучок 3, голограмму 4, фотоприемники 5 и 6 и блок 7 обработки информации.

Способ осуществляется следующим образом.

Направляют когерентный световой пу- чок 1 на объект 2. Часть отраженного от объекта пучка и опорный пучок 3 направляют на голограмму 4. записанную этими же пучками при нахождении объекта в исходном положении. Другую часть пучка 1, отра- женную от двух плоских поверхностей объекта, регистрируют фотоприемником 5. Поток излучения за голограммой регистрируют фотоприемником 6 и определяют исходное положение объекта по максимальной амплитуде переменной составляющей фототока. Затем определяют угловое отклонение объекта от исходного положения, подсчитывай число периодов колебаний фототока на выходе фотоприем- н ика 5 с помощью блока 7 обработки информации.

При отражении пучка 1 от объекта в точках, расположенных на расстоянии от оси вращения, интерференционная картина в плоскости голограммы перемещается за счет возникновения дополнительного фазового сдвига волны, отраженной от вращающегося объекта. При этом за голограммой наблюдается модуляция потока излучения. При малых отклонениях-объекта от исходного положения форма и период интерференционных полос, образованных когерентными пучками и зарегистрированных на голограмме, практически совпадают. Наименьший

поток излучения проходит через голограмму при расположении максимумов интерференционной картины напротив темных штрихов голограммы. При изменении разности фаз волн на 180°, что соответствует изменению их оптической разности хода на половину длины волны, за голограммой наблюдается максимальная освещенность. Существенно, что при нахождении объекта в исходном положении за голограммой наблюдается равномерно освещенное пятно даже при разных волновых фронтах. При больших отклонениях от исходного положения интерференционная картина изменяется, что приводит к появлению за голограммой муаровой картины, период которой уменьшается по мере увеличения углового отклонения. Амплитуда переменной составляющей фототека, пропорционального потоку излучения за голограммой, периодически уменьшается до нуля. Первое нулевое значение амплитуды достигается при периоде интерференционной картины порядка размера d освещенной площадки фотоприемника, что соответствует отклонению объекта от исходного положения на угол -,

который характеризует погрешность определения исходного положения объекта. При интерференции гауссовых пучков амплитуда сигнала уменьшается до нуля не периодически, а монотонно. При сложной форме волновых фронтов пучков в прототипе, в отличие от предлагаемого способа, пятна равномерной освещенности в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемника вообще не наблюдается. При этом амплитуда переменной составляющей фототока в меньшей степени зависит от углового положения объекта, что не позволяет регистрировать его исходное положение с высокой точностью. Поток излучения на входе фотоприемника 5 и его фототок при повороте объекта изменяются по гармоническому закону. Подсчет числа периодов колебаний фототока дает информацию об угле поворота. Счет начинается при прохождении объекта через исходное положение, которое определяют по сигналу с фотоприемника 6, регистрирующего поток излучения за голограммой (на фиг. 2 показана зависимость фототока фотоприемника 6 от угла поворота объекта при интерфе- ренции пучков с равномерным распределением интенсивности в круглом поперечном сечении диаметром xl).

При измерениях по указанному способу возможна регистрация фазовой голограммы, позволяющей избежать поглощения излучения в голограмме и использовать благодаря этому когерентные пучки меньблагодаря этому когерентные пучки мень- шей мощности. При этом фотоприемник следует располагать на некотором расстоянии от голограммы, обеспечивающем пространственное разделение волн различных порядков дифракции.

Следует отметить, что согласно предложенному способу при сложной форме волнового фронта отраженного от объекта пучка возможно определение исходного положения объекта не только при его поворотах, но и при поступательном перемещении. Это обусловлено тем, что лишь при этом положении объекта интерференционная картина, об- разованная когерентными пучками в плоскости голограммы, совпадает с интерференционной картиной, зарегистрированной на голограмме.

При определении исходного положения объекта сигнал на выходе фотоприемника может обрабатываться различными способами. Наиболее простой из них - формирование импульса с помощью триггера Шмитта при достижении амплитудой сигнала определенного значения.

Формула изобретения

Способ определения углового положения объекта, заключающийся в том, что освещают объект пучком когерентного излучения, определяют исходное положение объекта и регистрируют интерференционную картину, по которой определяют угловое положение объекта, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности определения углового положения объекта с нанесенным частично на его поверхность зеркальным покрытием, предварительно регистрируют на голограмме пучок, отраженный от зеркального покрытия поверхности объекта, находящегося в исходном положении, а при определении исходного положения объекта восстанавливают голограмму, регистрируют за ней интенсивность

излучения, преобразуют ее в электрический сигнал и по максимальной амплитуде переменной составляющей электрического сигнала фиксируют исходное положение объекта.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для определения углового положения объекта. Целью изобретения является повышение точности определения углового положения объекта с частично нанесенным на его поверхность зеркальным покрытием за счет снижения погрешности фиксации исходного положения объекта. Записывают пучок, отраженный от зеркального покрытия объекта, находящегося в исходном положении, на голограмму. После этого возвращают голограмму в исходное положение и освещают пучком 1 когерентного излучения объект 2. Регистрируют поток излучения за голограммой 4фотоприемником 6, а интерференционную картину от наложения пучков, отраженных от двух плоских поверхностей объекта 2, - фотоприемником 5. Определяют исходное положение по максимальному значению переменной составляющей фототока с фотоприемника 6, а затем по числу периодов колебаний фототока с фотоприемника 5 определяют угловое отклонение объекта 2 от исходного положения. 2 ил. s Ј о я о о 00

Фототок

&

О 124 Уюл поворота аобъекта

Фиг. 2