Интерферометр для измерения перемещений двухкоординатного стола Советский патент 1981 года по МПК G01B9/02 

I

Изобретемте относится к измерительной технике, а именно, к интерферометрам для измерения длин ri линейных перемещений объектов по нескольким координатным осям, в частности по двум, и может быть использовано для измерения линейных перемещений подвижных ра.бочих органов в прецизионном станкостроении, приборостроении, в системах автомати ческо -о управления и т.п.

Известен интерферометр для измерения перемещений двухкоордатнатного стола, содержащий источник света в виде лазера, светоделитель для формирования двух измерительных каналов, два светоделителя для формирования референтного и информационного лу чей в двух измерительных каналах, два неподвижных и два подвижных угол1совых отража теля, установленные на пути, соответственно, референтных и информационных лучей, два светосмесителя, два фотоприемных и два отсчетных устройдтва fl . Недостатком такого интерферометра является низкая точность измерения, обусловленная невозможностью исключить погрешность, вызванную непрямолинейностью перемещения измерительных кареток и невысокой чувствительностью оптической схемы.

Наиболее близ:ким по своей техгш10ческой сущности к кзобрегению является интерферометр для измерения перемещений двухкоординатного , содержащий источник света, например, лазер,и два измерительных канала,

15 каждЬ1й из которых включает Светоделитель для формирования референтного и информационного лучей, неподвижный уголковый отражатель, выполненный в виде прямоугольной призмы и уста20новленный на пути референтного луча, подвижный уголковый отражатель, выполненный в виде прямоугольной призмы, установленный на пути инфррмацион3

ного луча и жестко связанный с двухкоординатным столом, причем длина входной грани подвижного отражателя, установленного в одном из измерительных каналов, несколько больше величины измерительного перемещения двухкоррдинатного стола в другом измерительном канале, фртоприемное и отсчетное устройства .

Недостатком известного устройства является недостаточно высокая точйость измерения,.обусловленная чувствительностью подвижных уголковых отражателей к малым углам поворота, вызванным непрямолинейностью перемещения двухкоординатного стола в измеряемой плоскости и невысокой чувствительностью оптической схемы к измерительным перемещениям. Кроме тогл, наличие в каждом измерительном канале самостоятельного лазера приводит, вследствие их относительной нестабильности, также к снижению точности измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что.интер;ферометч снабжен светоделителем для формирования двух измерительных каналов, расположенным за лазером по ходу световых лучей, двумя дополнительными НёпОДВИЖНБ1МИ УРОЛКОВЬШИ

отражателями, каждый из которых вьтрлнен1 в виде прямоугольной призмы и установлен в каждом измерительном канале на пути вьшедшего из подвижного отражателя информационного луча, ребра всех четырех неподвижных уголковых отражателей при рабоче угле 90° перпендикулярны ребрам обои подвижных уголковых отражателей при рабочем угле 90°,.

На чертеже показана принципиальна :оптико-кинематическая схема описываемого интерферометра.

Интерферометр содержит монохроматический ИСТОЧ1ШК I света, наприг ер, лазер, светоделитель 2, выполненный в виде светоделительного кубика,формирующий два измерительных канала X и Y , каждый из которых включает светоделитель 3, выполненный, например, в виде светоделительного кубика, формируюп ий референтный луч 4 и информационный луч 5, неподвижный уголковый отражатель 6, выполненньй в виде прямоугольной призмь И установленный на пути референтного луча 4, подвижный уголковый отра 9324

жатель 7, выполненный в виде прямоуг гольной призмы, установленный на пути информационного луча 5 и жестко связанный с двухкоординатным сто-г

5 лом 8, неподвижный уголковый отражатель 9, выполненный в виде пря моугольной призмы, установленный на пути вьш1едшего из подвижного отражателя 7 информационного луча 5,.

о фотоприемное устройство 10, отсчетное устройство П.

Длина входной грани подвижного отражателя 7, установленного в одном из измерительных каналов, не5 сколько больше величины измерительного перемещения двухкоординатного стола 8 в другом измерительном кана,.. Ребра всех четырех неподвижных уголковых отражателей при рабочем

0 угле 90 перпендикулярны ребрам обоих подвижных уголковых отражателей при рабочем угле 90.

Работает описываемый интерферометр следующим образом.

5 Источник 1 света направляет пучок света на светоделитель 2, на . котором он делится на два световых луча, образующих два измерительных канала X и Y . В измерительных

Q каналах X и Y луч света направляется в светоделитель 3 и делится в нем на референтный луч 4 и информационный луч 5.

Референтный луч 4, прошедший через светоделитель 3, направляется в неподвижный уголковый отражатель 6 и, отразившись в нем, возвращается в светоделитель 3.

Информационный луч 5, отраженный светоделителем 3, направляется в подвижнь1й уголковый отражатель 7, отразившись в нем, направляется в неподвижный уголковый отражатель 9. Отразившись в неподвижном уголковом отражателе 9, информационный

луч 5 вновь направляется в подвиж ный уголковый отражатель 7 и, отразившись в нем, возвращается в светоделитель 3. . .

На светоделительном покрытии све50 тоделнтеля 3 возвратившиеся референтный и информационные лучи Ийтерферируют друг с другом и направляются в фотоприемное устройствоЮ, котброе преобразует интерференционную

55 картину в электрический сигнал.

Электрический сигнал с фотоприемного устройства, 10 поступает в .отсчетное устройство 11, в котором 5 . он преобразуется, формируется и обрабатывается известными способами, а затем на электронном табло от- . -Счетного устройства 11 изображаетс окончательный результат изменения величины перемещения двухкоординатн .го стола. Так как подвижный уголковый отра жат.ель 7 жестко связан с двухкоординатным столом 8, то при перемещениях стола в плоскости ХОУ происходит изменение длины хода информационны:: лучей в измерительньгх каналах X и Y . Изменение длины хода информационного луча 5 в одном из измерительных каналов, например X на величину X СЛ длина волны исто ника 1 света) соответствует перемещению двухкоординатного столй 8 .в соответствующем направлений , в данно случае в направлении оси X на величину Х/4. Таким образом, чувствительность интерферометра к измери тельному перемещению в два раза выще, чем у прототипа.. Расопложение ребра при рабочем угле 90 призм отражетеля 9 перпендикулярно ребру при рабочем углё; 90° подвижных призм отражателя 7 позволяет полностью исключать погрешност .из-за малых углов поворотаподвижны призм отражателя 7, вызываемых ае прямолинейностью перемещения двухкоординатного стола в измеряемой пло кости, так как угловое смещение информадйонного луча 4 отражаенного от призмы отражателя 7 при этом яол но.стью компенсируется.. Кроме того, наличие в интерфероме ре светоделительного кубика светоДелителя 2 позволяет использовать один лазер для двух измерительных каналов и тем самым повысить точност измерения, благодаря отсутствию относительной нестабильности в обоих измерительных каналах длины волны светового излучения, а также повысит надежность и снизить стоимость интер феррметра в целом. . 2 Формула изобретения Интерферометр для измерения перемещений двухкоординатного стола, содержа1р й источ шк света, например лазер, и ДВА измерительных канала, каждый из которых включает светоделитель для формирования референтного и информационного лучей, неподвижньй уголковый отражатель, выполненный в виде прямоугольной призмы и установленный на пути референтного луча, подвижный уголковый от,ражатель, выполненный в виде прямоугольной призмы, установленный на пути информещонного луча и жестко связанньй с двух координатным столом, причем длина входной грани подвижного отражателя, установленного в одном из измерительных каналов, несколько больше веляк чины измерительного перемещения двухкоординатного стола в другом измерительнм канапе, фотосриёмное и отсчетное устройства , о т л и ч а и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен светоделителем для формирования двух измерительных каналов, расположенным за лазером по ходу световых лучей, двумя дополнительными неподвижными уголковыми отражателями, казвдый из которых выполнен в виде прямоугольной призмы и установлен в каждом измерительном канале на пути вьш1едшего из Подвижного отражателя информацион нрго луча, ребра всех четьд ех неподвижных уголковых отражателей при рабочем 0 перпендикулярны ребрам обоих подвижных уголковшс отражателей при рабочем угле 90 . Источни1да информации, ринятые во -виимание при экспертизе I. Патент США 8 3791732, л. 356-106, 1974. 2.. Латент США, № 366 U64, V 35 5-106,1972 (пр ототип),