Устройство для измерения угловых и линейных перемещений Советский патент 1976 года по МПК G01B11/00 G08C9/00 

1

Изобретение относится к об ;асти контрольно-измерительной техники, а именно к конструкции устройств для измерения угловых и линейных перемен:1ений.

Известно устройство для измерения угловых и линейных перемещений, содержащее осветитель, задающий лимб с нанесенной на нем радиальной рещеткой н связанный с системой грубого отсчета, аналогичную комиенсационную решетку, закрепленную на якоре электромагнитного вибратора, фотоэлемент и блок преобразования сигналов 1.

Основным недостатком зтого устройства является нестабильность положения центра сканирования вибратора с укрепленной на нем решеткой и, как следствие этого, невысокая точность измерений.

Известно также устройство аналогичного назначения, содержащее осветитель, связанную с контролируемым объектом н системой грубого отсчета задающую решетку и связанную с системой точного отсчета компенсационную рещетку. Ренеткн наложены друг на друга с помощью проекционной (оптнческой) системы 2. В качестве задающей решетки используют лимб с двумя рядами радиальных щтрихов, сдвинутых относительно Д;эуг друга, а в качестве комнеисацнонной - второй лимб со спиральными штрихами.

Это устройство является наиболее близким

из известных устроисгв к описываемому устройству.

Недостаток известного устройства заключается в том, что изменение световых потоков в ветв5;х проекционной системы, например, за счет неравномерности освещения, либо за счет погрешностей лимба с компенсационной рещеткой, приводит к значительным погрешностям измерений угловых или линейных перемещений.

В предложенном устройстве компенсационная решетка выполнена поляризационно-интерференционной, содержащей последозательно установленные неподвижный поляризатор, составляющий угол 45° с плоскостью пропускания поляризатора двулучепреломляющий элемент с анизотропией, переменной в направлении движения задающей решетки, модулятор, составля ощую угол 45° с оптическими осями двулучепреломляющего элемента четвертьволнозую пластинку и вращающийся поля.ризатор. Такая конструкция позволяет повысить точность измерения линейных и угловых перемещений.

На фиг. I изображена структурная схема устройства для угловых перемещений; на фиг. 2 - схема устройства для измерения линейных перемещений.

Устройство содержит осветитель, состоящий нз источника 1 света, конденсора 2, диафрагМЫ 3, объектива 4 и интерференционного фильтра 5, задающую решетку 6, выполненную, например, в виде радиальных непрозрачных штрихов, нанесенных на прозрачный лимб, и компенсационную поляризационно-интерференционную решетку. Компенсационная решетка содержит последовательно установленные неподвижный поляризатор 7, двулучепреломляюш,ий элемент 8 с анизотронией, переменной в направлении движения задающей решетки 6, модулятор 9 состояния поляризации, четвертьволновую пластину 10 и вращающийся поляризатор И. Двулученреломляющий элемент 8 ориентирован так, что его оптические оси составляют углы 45° с плоскостью пропускания поляризатора 7. Модулятор 9 подключен к генератору 12 переменного напрял ення. Наведенные электрическим нолем оси модулятора 9 совпадают с осями двулучеиреломляЕОщего элемента 8. Элемент 8 находится в фональной плоскости проекционной системы iS, с помощью которой изображение компенсационно-интерференционной решетки переносится в плоскость задающей решетки 6 таким образом, что шаги штрихов задающей и компенсационной решетки равна между собой (уменьшение). Элементами следящей системы устройства являются фотоприемник 14, избирательный усилитель 15, настроенный на частоту генератора 12, фазовый детектор 16, электронный модулятор 17, усилитель мощности 18 и реверсивиый двигатель 19. Задающая решетка 6 связана с контролируемым объектом и системой 20 грубого отсчета, а вращающийся поляризатор И связан с системой 21 точного отсчета. Для устранения влияния эксцентриситета лимба задающей решетки на точность измерения угловых перемещений компенсационная рещетка одновременно проектируется на два диаметрально противоиоложных участка штрихов решетки 6, для чего на пути пучка установлен делитель 22 света и призмы 23-27. Устройство работает следующим образом. Сформированный осветителем параллельный монохроматический пучок света направляется на вращающийся поляризатор 11 и на его выходе становится плоскополяризованньш с переменным азимутом нлоскости поляризации. После прохождения четвертьволновой пластины 10 состояние поляризации пучка света изменится. При этом азимут преимущественной поляризации будет совпадать с направлением «быстрой оси () и не будет зависеть от угла иоворота в поляризатора И, а разиость фаз Д между обыкновенными и необыкновенными лучами будет находиться в линейной зависимости от угла новорота поляризатора 11 (). После прохождеиия пучка света с такой поляризацией через двулучепреломляющий элемент 8 и неподвижный поляризатор 7 в плоскости элемента 8 образуются, например, вертикальные интерференционные полосы, местоположение которых линейно завислт от угла поворота иоляpH i.iTopa 11. Модулятор 9, возбуждаясь генератором 12, создает дополнительный небольшой сдвиг фаз (порядка 0,05.2л; радиан), что приводит к дополнительному небольшому смещению интенференционных полос компенсационной иоляризационно-интерференционной решетки с частотой изменения напряжения генератора 12. Созданная таким образом поляризационно-интерференционная решетка проектируется на лимб решетки 6 в двух диаметрально противоноло}кных местах. После решетки 6 оба пучка с помощью призм 24, 25, 26 одновременно воспринимаются фотонриемником 14. В согласованном положении, когда интерференционные темные нолосы находятся между штрихами решсткн 6 в цепи фотоприемника 14 нротекает миннмальный ток, который не усиливается усилителем 15 и двигатель 19 не вращается. При неремещении решеток 6 согласованное положение решеток нарушается, в цепи фотоприемника 14 ноявляется сигнал, величина и фаза которого зависят от величины и направления рассогласования в пределах шага решетки. Этот сигнал через блоки следящей системы поступает на двигатель 19, который доворачивает поляризатор 11 в согласованное положение. Системы отсчета позволяют с большой точностью зафиксировать угол поворота поляризатора. Благодаря тому, что между двулучепреломляющим элемеитом и задающей рещеткой нет никаких механически подвижных элементов, а также из-за того, что в устройстве использован высокоэффективный модуляционный метод при нахождении согласованного положения решеток, точностные характеристики данного устройства значительно выше, чем у аналогичных известных устройств. Формула изобретения Устройство для измерения угловых и линейных перемещений, содержащее осветитель, связанную с контролнруемым объектом и системой грубого отсчета задающую и связанную с системой тонкого отсчета комиенсационную решетки, наложенные друг на друга с помощью оптической системы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения линейных и угловых перемещений, компенсационная решетка выполнена поляриационно-ннтерференционной, содержашей поледовательно установленные неподвил.иый оляризатор, составляющий угол 45° с плокостью пропускания поляризатора двулучереломляющий элемент с анизотропией, переменной в направлении движения задающей реетки, модулятор, составляющую угол 45° с птическими осями двулучепреломляющего .чемелта четвертьволиовую пластинку и враающийся поляризатор.

/J 23

18

ГУ

19 8 10 1