Устройство для измерения отклонений от прямолинейности Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к измерительной техник а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для контроля отклонений формы направляющих элементов станков и измерительных приборов.

Известно устройство для контроля прямолинейности, содержащее источник света, посылающий луч через измерительную каретку и акустооптический модулятор на фотопреобразователь, подключенный к электронной схеме.

Недостатком технического решения является амплитудная модуляция электрического сигнала на выходе фотоприемника на всем диапазоне перемещения измерительной каретки, что вносит значительную погрешность в. результаты измерения фазы выходного электрического сигнала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее источник монохроматического излучения, светоделительный блок, отражатель в виде триппель-призмы, акустооптичеXS

кий модулятор, фотоприемник и электроную схему.

Недостатком известного устройства явяется влияние нестабильности оси диагаммы направленности источника света на очность измерения отклонений от прямо- инейности.

Цель изобретения - повышение точности измерений отклонений от прямолинейности.

На фиг. 1 изображена схема устройства для измерения отклонений от прямолинейности; на фиг. 2 - схема светоделительного блока.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения и оптически связанные с ним коллиматор 2, Светоделительный блок 3, трип пел ь-призму 4, установленную на измерительной каретке 5, акустооптический модулятор 6. с излучателем 7 и генератором 8 ультразвуковой частоты, афокальную оптическую систему 9 и расположенные в ее фокусе фотоприемники 10 и 11, электрически связанные с выходами фазовых детекторов 12 и 13, вторые входы детекторов связаны с выходом генератора ультразвуковой частоты, выходы фазовых детекторов связаны с вычислительным 1.4 и индицирующим 15 устройствами.

Излучение монохроматического источника 1 коллимируется оптической системой 2, разделяется на два луча Ел и Ј2 в свето- делительном блоке 3, которые направляются на триппель-призму 4. Отразившись от триппель-призмы, оба луча через акустооптический модулятор 6 и афокальную оптическую систему 9 подаются на фотоприемники 10 и 11. Электронный генератор 8 и излучатель 7 ультразвуковых волн создают в прозрачной среде акустооп- тичеекого модулятора движущуюся с постоянной скоростью периодическую структуру. Падающие на акустооптический модулятор лучи EI и Е2 пересекаются в плоскости распространения периодической структуры под углом а, обеспечивающим пространственное совмещение дифракционных порядков выходных спектров оптических излучений, алгебраическая разность частот которых равна частоте Qо периодической структуры.

Оптическое гетеродинирование на плоскости фотоприема двух разночастотных излучений приводит к появлению на выходе фотоприемника 10 электрического измерительного сигнала Иэизф) на частоте, равной разности взаимодействующих оптических частот. Соответственно, на выходе фотоприемника 11 появляется сигнал (t).

Электрические сигналы с фотоприемников 10 и 11 поступают на фазовые детекторы 12 и 13 вместе с опорным сигналом Uon электронного генератора 8. Вычислительное устройство 14 находит среднее арифметическое значение фазовых сдвигов р и р2 сигналов Уэиз и Кэиз2 относительно сигнала генератора Uon и индицирует это значение на индикаторе 15.

Светоделительный блок (фиг. 2) содержит два светоделительных куба 16, два зеркала 17 и призму Дове 18. Светодели- тельные кубы 16 делят монохроматическое излучение EI на два пучка Ei и Е2 и совмещают их под углом а друг к другу. Призма Дове переворачивает дуч Еа так, что при отклонении падающего луча Ei луч Еа отклоняется на ту же величину; но в противоположном направлении.

Устройство 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 Е1 и Е2 по координате х на величину Д х.

Так как оптический путь этих лучей одинаков (zv 22), то фазовые сдвиги первого и второго электрических сигналов определяются выражениями

Др1 КХ2 + к(21-22)К(Хо + Дх), (1)

Ду5г Кх1 + к(г1-г2)К(). (2)

Устройство 15 индикации покажет значение среднего арифметического фазового сдвига

А ДЦ +Д 0г 2 К(Хр +Дх) ар- 2 --2

К(х0 + Дх),(3)

пропорционального поперечному смещению триппель-призмы 4

При отклонении оси диаграммы направленности монохроматического излучения на входе в Светоделительный блок 3 оси лучей Ei и Е2 отклоняются в разные

стороны и вызывают смещения координат акустооптического взаимодействия x.t и Х2 на равные величины Д х. но в противоположных направлениях:

Х1 х0-Дх,(4)

Х2 х0 +Дх.(5)

Тогда значение среднего арифметического фазового сдвига Д, определяемого по (1) - (3), будет равно нулю. .

Таким образом, измерение отклонений от прямолинейности производится относительно средней линии - биссектрисы угла а, положение которой не зависит от нестабильности оси диаграммы направленности лазерного излучения.

Формул а изобретени я Устройство для измерения отклонений от прямолинейности, содержащее источник монохроматического излучения и оптически связанные с ним светоделительный блок, выполненный в виде двух соосно установленных прямоугольных светоделительных; призм и системы из двух плоских зеркал, первое из которых установлено в ходе излучения, отраженного от первой призмы и ориентированного отражающей поверхностью параллельно светоделительной грани призмы, второе ориентировано соответственно параллельно светоделительной грани второй призмы, каретку с установленным на

ней уголковым отражателем, третье и четвертое плоские зеркала, акустооптический модулятор с излучателем и генератором ультразвуковой частоты и фотоприемник, о т 5 личающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено призмой Дове, установленной между плоскими зеркалами светоделительного блока и ориентированной так, что ее основание

0 параллельно оптической оси, афокальной оптической системой, расположенной между модулятором и фотоприемником, вторым фотоприемником и блоком обработки ин- формации,, выполненным в виде двух фазо5 вых детекторов, входы которых связаны с соответствующими выходами фотоприемников, вторые входы детекторов связаны с выходом генератора ультразвуковой частоты, вычислительного И индицирующего уст0 ройства, вход вычислительного устройства связан с выходом детекторов, выход - с входом индицирующего устройства.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для контроля отклонений формы направляющих элементов станков и измерительных приборов. Целью изобретения является повышение точности измерений отклонений от прямолинейности. Излучение монохроматического источника коллимируется оптиче- скрй системой, разделяется на два луча Ё1 и Еа в светоделительномт блоке, которые направляются на триппель-призму. Отразившись от триппель-призмы, оба луча через акустооптический модулятор и афокальную оптическую систему подаются на фотоприемники. Электронный генератор и излучатель ультразвуковых волн создают в прозрачной среде акустооптического модулятора движущуюся с по.стоянной скоростью периодическую структуру. Падающие на акустооптический модулятор лучи EI и Е2 пересекаются в плоскости распространения периодической структуры под некоторым углом а, обеспечивающим пространственное совмещение дифракционных порядков выходных спектров оптических излучений. Электрические сигналы с фотопреобразователей поступают на фазоиз- мерительные устройства вместе с опорным сигналом электронного генератора. Вычислительное устройство находит среднее арифметическое значение фазовых сдвигов сигналов .относительно сигнала генератора и индицирует это значение на индикаторе. 2 ил.

15

0

Риг.2

16