Интерференционный компаратор для измерения линейных перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B9/02 

PLU.I

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптико-интерференционным устройствам, и предназначено для определения линейных перемещений с автоматической компенсацией компаратора погрешности.

Известен интерференционный компаратор для определения линейных перемещений с параллельными линиями измерения, содержащий последовательно расположенные и оптически взаимосвязанные источник монохроматического излучения, светоделитель, плоскопараллельную пластину, интерференционные отражатели, один из которых укреплен на каретке с устройством для наблюдения, например микроскопом, перемещаемой вдоль линии измерения, и электронный счетчик интерференционных полос. Плоскопараллельная стеклянная пластина укреплена на каретке наклонно к направлению ее перемещения и имеет толщину, равную R

t

cos

2 sin i (1 - -- h2siniгде t - толщина пластины;

h - показатель преломления материала пластины;

i - угол падения луча на пластину;

R - расстояние между осями контролируемой меры и пучка лучей, отраженного от укрепленного на каретке отражателя.

Недостатком известного компаратора является недостаточно высокая чувствительность измерения, обусловленная большими световыми потерями на плоскопараллельной стеклянной пластине и неоднородностью ее стекла,

Известен также интерферометр для определения перемещений, содержащий осветительное устройство, светоделительный блок, отражатель одной из ветвей интерферометра, укрепленный на перемещаемой каретке с микроскопом, отражатель другой ветви интерферометра укреплен с противоположной стороны каретки параллельно первому отражателю и смещен относительно него в направлении, перпендикулярном ходу лучей, падающих на отражатели на расстояние, равное или кратное расстоянию между осями контролируемой меры и пучка лучей света, отражающегося от первого отражателя, и регистрирующее измерительное устройство.

Недостатком такого устройства является низкая точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет компенсации компа- раторной погрешности.

Поставленная цель достигается тем, что интерференционный компаратор для измерения линейных перемещений содержит по- следовательно установленные источник

света, коллиматор и светоделитель формирующий два канала - опорный и измерительный, отражатель, установленный в опорной канале, каретку, установленную с возможностью перемещения вдоль направ0 ления измерения, второй отражатель, установленный в измерительном канале и закрепленный на каретке, зеркало, установленное в измерительном канале по ходу пучка после светоделителя, устройство, для

5 наблюдения, связанное с кареткой, снабжен двумя дополнительными зеркалами, установленными на каретке в измерительном канале между вторым отражателем и зеркалом под углом а к второму отражателю на

0R

расстоянии d -:друг относительно

друга, и регистратор, установленный на выходе интерферометра, что обеспечивает повышение точности измерений,

5 Нафиг.1 приведена схема интерференционного компаратора для измерения перемещений; на фиг.2 - ход лучей в рабочей ветви интерферометра.

Компаратор содержит (фиг.1) последо0 вательно установленные источник 1, коллиматор 2 и светоделитель 3, формирующий два канала - опорный и измерительный, зеркало 4, установленное в измерительном канале по ходу пучка после светоделителя 3,

5 два дополнительных зеркала 5 и 6, два отражателя 7 и 8, регистратор, выполненный в виде объектива 9, расположенного перед электронным счетчиком 10 интерференционных полос, каретку 11, с которой связано

0 устройство 12 для наблюдения, и установленную с возможностью перемещения вдоль направления измерения по направляющим 13 относительно неподвижной контролируемой меры 14. Отражатель 8 установлен

5 в опорном канале, а отражатель 7 установлен в измерительном канале и закреплен на каретке 11, на которой усыновлены дополнительные зеркала 5 и 6 между отражателем 7 и зеркалом 4 под углом а к отражателю 7 на

0R

расстоянии d --;друг относительно ру2. sin a

га, где R - расстояние между измерительной плоскостью и осью пучка, отраженного от отражателя 8. 5

Интерференционный компаратор работает следующим образом.

Монохроматический свет источника 1 после прохождения коллиматора 2 параллельным пучком падает на светоделитель 3.

Часть света направляется светоделителем 3 в измерительный канал интерферометра. В измерительном канале пучок света зеркалом 4 направляется на дополнительное зеркало 5, отразившись от которого попадает на зеркало 6, и затем, отразившись от него, попадает на отражатель 7, укрепленный на каретке 11. Отразившись от отра- жателя 7, пучок света последовательно проходит в обратном направлении - зеркала 6, 5,4, светоделитель 3-й поступает через объектив 9 в счетчик 10 интерференционных полос.

Другая часть пучка света от источника 1 направляется светоделителем 3 в опорный канал интерферометра. Отразившись от отражателя 8, пучок проходит светоделитель 3 и поступает через объектив 9 на счетчик 10 интерференционных полос.

При перемещении каретки 11 по направляющим 13 совместно с отражателем 7 изменяется разность хода интерферирующих пучков и на выходе интерферометра перед объективом 9 проходят интерференционные полосы, регистрируемые фотоприемниками электронного счетчика 10. Величина перемещения каретки I при этом

/I

равна I К -к, где К - число полос, сосчитанных электронным счетчиком, Я- длина волны монохроматического источника света.

При перемещении каретки 11 и ее наклонах на угол (р вследствие непрямоли- нейности направляющих возникает компараторная погрешность А R р, где R - расстояние между осями контролируемой меры и пучка лучей света, отраженного от укрепленного на каретке отражателя 7. Наклон каретки вызывает также наклон зеркал 5 и 6, который вносит в измерительный канал интерферометра добавочную разность хода А1,

Компенсация компараторной погреш- ности поясняется на фиг.2.

Линия АСОВ - путь светового потока от вспомогательного зеркала 4 (точка А) до от

ражателя 7 (точка В), ABCD АВ dcos а , где АВ1 - отрезок постоянной длины, параллельный линии DB и образующий с линией В В прямой угол, где, d - расстояние между параллельно установленными зеркалами; а - угол падения луча на зеркало.

Приращение оптического пути АСОВ, вызванное наклоном каретки на малый угол f, равно dsin ay, Так как в интерферометре световой луч проходит путь АСОВ дважды, то

добавочная разность хода А1 2dsina /.

При расстоянии d между параллельными septa

калами 5 и 6, равном d я-;компара2. sin ее

торная погрешность А автоматически

компенсируется разностью хода А1 в рабочей ветви интерферометра.

Формула изобретения Интерференционный компаратор для измерения линейных перемещений, содержащий последовательно установленные источник света, коллиматор и светоделитель, формирующий два канала - опорный и измерительный, отражатель, установленный в опорном канале, каретку, установленную с возможностью перемещения вдоль направления измерения, второй отражатель, установленный в измерительном канале и закрепленный на каретке, зеркало, установленное в измерительном канале по ходу пучка после светоделителя, устройство для наблюдения, связанное с кареткой, и регистратор, установленный на выходе интерферометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя дополнительными зеркалами, установленными на каретке в измерительном канале между вторым отражателем и зеркалом под углом а к второму отражателю на расстоянии d друг относительно друга, определяемом выражением

d R/2 sin a

где R - расстояние между измерительной плоскостью и осью пучка, отраженного от второго отражателя,

/

Фиг. 2

В

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптико-интерференционным устройствам и предназначено для определения линейных перемещений с автоматической компенсацией компаратор- ной погрешности. Цель изобретения - повы- шение точности измерений за счет компенсации компараторной погрешности При перемещении каретки 11 по направляющим 13 совместно с отражателем 7 изменяется разность хода пучков в опорном и измерительном каналах и счетчик 10 регистрирует количество интерференционных полос, прошедших перед объективом 9. При наклонах каретки 11 на угол р возникает добавочная разность хода между зеркалами 5 и 6, которая компенсирует компараторную погрешность 2 ил