УСТРОЙСТВО для ВЫПОЛНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ Советский патент 1971 года по МПК G01B11/14 

Изобретение отиоеится к области фотоэлектрических измерений линейных и угловых величин, а именно к измерению расстояния между двумя объектами посредство.м пространственно-временной развертки изображения оптических линейных или круговых шкал в п|)иборах для контроля зубчатых, червячных и других переда ч, в системах отсчета координатных перемен1ений на металлоре кун1нх станках, измерительных MauJHHax и приборах.

Известно устройство, осуществляющее оптическую пространственно-време1 ную развертку для измерения расстояния между объектами, содержащее осветитель, создающий параллельный световой ноток, два акустооптических модулятора, в которых распространяются бегущие ультразвуковые волны, два генератора электрических колебаний, возбуждающие ультразвуковые волны в модуляторах, и оптическую систему визуализации ультразвуковых воли.

Однако в известном устройстве развертка представляет собой одиночное световое пятно, появляющееся на короткий промежуток времени в дискретно расноложенных вдоль линии точках. Для образования развертки используется незпачительпая часть общего светового потока. Это вызывает необходимость использования лтощных световых потоков, что приводит к суп1ественным тепловым потерям

и связанной с ними нестабильности развертки. Частоты следования импульсов, возбуждаюП1ИХ бегущие ультразвуковые волны в акустооптических модуляторах, электрически не связаны .между собой. Вследствие этого из-за нестабильности генераторов и фор.мироватслей импульсов частоты улыразвуковых волн расходятся во вре.мени, что вы31)1ваег измененне скорости развертки. Неностояпство скорости

развертки привод гг к погреипюстям в измереииях.

Целью предлагаемого изобретения является новыщепие точности и стабильност) измерения.

Для этого устройство снабжено двумя Н1,елевыми диафрагмами, каждая из которых установлена lia соответствуюп1ем об1)екте, фотоэлектрическими прием пика ми, расноложенными за диафрагмами, смесителем частот, электричееки связанным с обоими генераторами, делителем частоты одного из генераторов и управляющим частотой второго генератора фазоизмерительным блоком, выход которого

электрически связан со вторым генераторо.м,

Устройство содержит источник света /, который освещает щелевую диафрагму 2, расположенную в фокальной плоскости объектива 3, создающего параллельный световой поток 4, проходящий через акустооптические модуляторы 5 и 6, расположенные рядом один за другим по ходу светового потока. Ультразнуковгле волны в модуляторе 5 возбуждаются пьезоэлектрнческпм излучателем 7, а в модуляторе б - излучателем S, Поглотители 9 и 10 обеспечивают распрострапение в модуляторах бегущих ультразвуковых волн. Излучатель 7 возбуждается эталонным генератором II, частота которого принимается за опорную, а излучатель 8 - подстраиваемым генератором 12.

Объектнв /.3 преобразует световой поток таким образом, что iia экране 14 создается картина непрерывно движущихся интерференпдюнных нолос-растра 15, с которыми оптически взаимодействуют неподвижная диафрагма 16 и закрепленная на неремепиион1,емся контролируемом объекте диафрагма /7 или система диафрагм (шкала), за которы.ми ус| ана1,л1пииотся фотопрнемники /8 и 19.

В электроппую схему устройства помимо генераторов И и V2 входят смеситель 20 частот обоих генераторов, па выходе которого выделяется разностная частота, фазоизмерительпый блок 21, на который подается разностная частота от смесителя 20 частот и сигнал фотопрнемпика /S, делитель 22 опорной частоты, на который подается сигнал от гене1)атора И, измерительная схема 25, преобразу1он;ая фазовый сдвиг Аср между измерительным сигналом 24, возппкаюншм на выходе фотонриемпика 19, и сигналом 25, поступаю1ЦИМ с выхода делителя опорной частоты, посредством заполнения временного интервала, соответствующего фазовому сдвигу Дф, сигиалами 26 генератора И в число имнульсов 27 этой частоты. Генераторы // н 12 носредством 1н езо-;лектрнческих излучателей 7 и 8 возбуждают в акустических модуляторах 5 и б бегун ие гармоническне ультразвуковые волны соответственно с частотами и ч. При нрохождеиии светового потока 4 через акустооптпческие модуляторы 5 н б возникает дифракния светового потока. Результатом дифракции светового потока является образоваиие в (Ьокальной нлоскости объектива /5 нескольких точечных источников, представляюияих собой изображения п;елевой диафрагмы 2, но имсюн1,их различные частоты. Эти источники за фокальной нлоскостью объектива интер(1)ерирук)Т, образуя па экраие 4 картину в |;нде непрерывно перемен1аюи1нхся ннтерференциоппых полос-растра 15. Скорость движения полос (скорость развертки) равна

гдеГ - оптическое увеличение;

Сзв - скорость ультразвуковой

волны в модуляторах; Af - разностная частота.

Вследствие воздействия оптической развертки на фотоприемиики /8 и 19 на их выходе появляются синусоидальные сигналы, частота которых равна Ц. При иеремещенни диафрагмы /7с установленным за ней фотонрнемником /9 разноеть фаз сигналов, снимаемых с фотоприемпиков /8 и /9, изменяется прямо пропорционально величине перемен;епия. Всякий раз, когда перемещеине составляет величину шага полос-растра 1з, разность фаз изменяется на 360°.

Так как скорость развертки зависит от частот генераторов // и 12 и пропорциональна разностной частоте, то в описываемом устройстве прнмепеиа система фазовой автоподстройки частоты генератора 12 по частоте эталонного генератора И, вследствие чего па измернтельпую схему 23 подаются когерептн1 1е частоты Д/, fi и ч, т. е. частоты, отношения которых выражаются рациональными числами.

Для обеспечения когерентности указанных частот в фазоизмерительпом блоке 21 сравнивается сигнал разностной частоты, полученной от смесителя, с сигналом на выходе делителя 22, а иаиряжепием, получеипым на выходе

блока 21, угфавляется генератор 12 таким образом, что поддерживается сторого постоянная разность частот и 2, равная частоте сигнала, снимаемого с делителя 22. Сравнение в блоке 21 фазы сигнала, снимаемого с

фотоприемника )8, с фазой сигналов, снимаемых со смеетителя 20 и делителя 22, позволяет выявить н комиенсировать уход фазы развертки, обуслов.тенный различными дестабилизирующими факторами. Так как фаза сигпала 25 остается неизменной, то величина фазового сдвига Лф сигнала 24 относительно сигиала 25 однозначно определяет величину перемещения диафрагмы П в иитервале шага растра /5, а число периодов Л опорногосигнала 26 генератора II, за1юлняюи1их временно ннтервал между сигналами 24 и 25, определяет в дискретном виде величину Аф.

Предмет н з о б р е т е н н я

Устройство для вынолнения онтической прострапствеппо-времепной развертки при измереинн расстояния между об1 ектами, содержащее осветитель, создающий параллельпый световой ноток, два акустооптических модулятора, в которых распространяются бегущие ультразвуковые волны, два генератора электрических колебаний, возбуждающие ультразвуковые волны в модуляторах, и онтическую систему визуализации ультразвуковых воли,

отличающееся тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерения, оно снабжено двумя щелевыми диафрагмами, каждая из которых установлена на соответствующем объекте, фотоэлектрическими нриемииками,

.1ем частот, электрически связанным с обоими генераторами, делителем частоты одного из генераторов и управляюндим частотой второго генератора фазоизмерительным блоком, выход которого электрически связан со вторым генератором, а вход - с выходом делителя частоты и фотоэлектрическим ириемником. )асиоложеииым за иенодвижноГ диафрагмоГ.

23

27