Устройство для измерения линейных перемещений в двух координатах Советский патент 1980 года по МПК G01B9/02 

Устройство работает следующим образом. Луч света от лазера 1 попадает на коллимирующие линзы 2 и 3, котор расширяют и коллимируют пучок. Колл мированный пучок попадает на двумер ную дифракционную решетку 4 и дифр гирует в двух взаимно перпендикуляр ных плоскостях 13 и 14. В каждой и плоскостей вьщеляются более высоки чем нулевой, дифракционные порядки например, вдоль направлений ОА (пе вый порядок) и ОВ (минус перв порядок). Эти дифракционные порядки с помощью зеркала 5 и объединяющего устройства 7 совмещаются в простран стве, т.е. совмещаются их волновые фронты и подаются на фотоприемник для измерения разности фаз между н ми. При смещении решетки вдоль линии ON фазы световых волн в дифракционных порядках ОА и ОВ получают приращения с противоположными знаками и фотоприемник 9 выделяет удво ную разность фаз, величина которой пропорциональна смещению дифракцион ной решетки. Рассмотрим это более подробно. Запишем (см.фиг.2) пропускание дифракционной решетки в одной из плоскостей в виде . Т-г е 7- Vfc где со - пространственная частота дифракционной решетки вдо координаты X; , ДХ - смещение решетки вдоль координаты X. Осветим дифракционную решетку с пропусканием световой волной S единичной амплитуды, падающей нормально на дифракционную решетку. Пр взаимодействии такой волны с дифрак ционной решеткой получим волны 5„-5 5 Из предыдущего выражения видно, то световые, волны в первом и минус первом дифракционных порядках получают равные по величине и противоположные по знаку фазовые сдвиги af,., ilu,AX Следовательно, измеряя разность фаз между волнами в первом и минус первом дифракционных порядках, которая составит ,.дх, можно определить величину смещелх- хИз последнего соотношения следует, что чувствительность схемы регистрации определяется чувствительностью фазометрической системы, регистрирующей фазу Ч , . и величиной пространственного периода. Принимая, например, ошибку -э измерения угла Ч равной Л-/1 и выбирая дифракционную решетку с числом линий N 2000 мм , найдет, что погрешность с измерения смещения ДХ составит величину менее 0,03 мкм. Для измерения разгости фаз в данном устройстве световые волны с помощью зеркала 5 и объединяющего устройства 7 направляются на фотоприемники 9 и 10, где по результатам их интерференции определяется разность фаз , пропорциональная смещению лХ . Два фотоприемники 9 и 10, настроенные на интерференционные полосы таким образом, чтобы сдвиг по фазе между ними составлял -n/i позволяют определить не только величину смещения йХ , но и направление смещения, т.е. его знак. Необходимое для этих целей распределение интерференционных полос может быть достигнуто за счет некоторой угловой расходимости световых волн , которая достигается с помощью зеркал 5 и 6 и объединяющих устройств 7 и 8. Аналогичные измерения осуществляются в другой плоскости 14. Изобретение позволяет с высокой точностью производить измерения линейных перемещений в двух координатах. Формула изобретения Устройство для измерения линейных перемещений в двух координатах, содержащее систему освещеии ;, периодическую структуру с ортогональной системой линий и фотоприемники, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности, система освещения периодической структуры выполнена однолучевой, периодическая структура представляет собой двумерную дифракционную решётку, обеспечивающую формирование угловых спектров не ниже первого, в каждбй из двух взаимно перпендикулярных плоскостей установлена объединяющая система для совмещения волновых фронтов более высоких, чем нулевой, дифракционных порядков и образования интерференционных полос на входах фотоприемников. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР I 132840, кл. G 01 В 9/02, 1959. 2.Авторское свидетельство СССР № 387207, кл. G 01 В 9/02, 1971 (прототип) .

Фиг.1

D S

/

S

Фиг.2