Интерферометр для измерения перемещений объекта Советский патент 1982 года по МПК G01B9/02 G01B11/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, вчастност.и, для -измерения линейных перемещений объекта.

Известен интерферометр для измерения линейных перемещений объекта, содержащий источник света, систему для разделения светового пучка от источника света на две ветви, каретку, связываемую с объектом, отражательные системы в виде подвижных уголковых и плоских отражателей, расположенных на каретке, и неподвижных уголковых отражателей, отсчетное устройство, причем отражательные системы установлены в каждой ветви интерферометра и состоят из одного неподвижного уголкового отражателя и одного подвижного уголкового и плоского отражателя, расположенных на каретке так, что биссектрисы прямых углов .между отра кающими гранями неподвижных и подвижных уголковых отражателей смещены друг относительно друга на расстояние, равное отношению расстояния между осью первого пучка лучей, падающего на подвижный уголковый отражатель, и биссектрисой прямого последнего IJ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является интерферометр для измерения перемещений объекта, содержащий последовательно расположенные и оптически взаимосвязанные источник монохроматического излучения, .светоделитель, оптический блок, связываемый с объектом, непод:вижные отражатели, расположенные по

10 обе стороны от оптического блока, светосоединитель, две диафрагмы и два фотоприемника. Оптический блок выполнен в виде двух одинаковых противоположно-ориентированных линзовых

15 объективов и двояковогнутойлинзы с отражающими поверхностями и радиусами, равными rto величине фокусным расстоянием объективов. Неподвижные отражатели выполнены в виде призмен20ного блока с нечетным числом отражений Щ .

Недостатком известного интерферометра является низкая точность измерения вследствие нест1абильности ин25терференционных полос, т.е. из-за их значительной неравноплечности и неидентичности, а также ограниченность диапазона измерения, так как требуется высокая монохроматичность и

30

когерентность источника света. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения. Поставленная цель достигается тем что в интерферометре для измерения перемещений объекта, содержащем последовательно расположенные; и оптически взаимосвязанные источник моно роматич:еского и.злучения, светоделитель , оптический блок, связываемый с объектом, неподвижные отражатели, расположенные по обе стороны от опти ческого блока, светосоединитель, две диафрагмы и два фотоприемника, оптический блок образован светоделителем и светосоединителем, которые жестко соединены между собой и каждый из ко торых выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда с тремя гладкими оптическими поверхностями, на одном из которых нанесено полупрозрачное отражающее покрытие, оптические поверх ности с нанесенными на них полупрозрачными отражающими покрытиями каждого параллелепипеда расположены параллельно одна, другой и установлены под углом 45 к направлению перемеще НИИ объекта, а неподвижн ые отражатели выполненыв виде двугранных зеркал, ребра которых расположены под углом 45 к оптическим поверхностям параллелепипедов. На фиг. 1 изображена принципиальная схема интерферометра для измерения перемещений объекта; на фиг. 2 вид А на фиг. 1. Интерферометр содержит последовательно расположенные и оптически вза имосвязанные монохроматический источ ник 1 излучения, например Не-Ме лазер, оптический блок 2, связываемый с объектом (не показан) и состоящий из светоделителя 3 и светосоединителя. 4, два неподвижных отражателя 5 и б, выполненных в виде двугранных зеркал и расположенных по обе сторовы от Оптического блока 2, две диафрагмы 7 и 8 и два фотоприемника 9 и 10, .установленных на оптическом блоке 2 или неподвижно возле неподви ного .отражателя 5 (пунктир 11). Светоделитель 3 и светосоединитель 4 жестко связаны между собой и с перемещающимся объектом и выполнены в виде прямоугольных параллелепипедов с тремя гладкими оптическими поверхностями а, Ь, с у светоделителя, и а. , Ь , с у светосоединителя 4 с полупрозрычным отражающим покрытием на поверхностях b и Ц . Полупрозрачные отражающие поверхности b и Ь расположены параллельно друг другу и под углом к направлению перемещения объекта (направление перемещения измеряемого объекта на фиг, 1 указано двойной стрелкой под светоделителем 3), Прямоугольные параллелепипеды, образующие светоделитель 3 и светосоединитель- 4, двумя большими гранями обращены друг к другу и сдвинуты на . величину Н (фиг, 1), равную, например, диаметру светового пучка. Ребра К двугранных зеркал, представляющих собой неподвижные отра.жатели, 5 и б, расположены под углом 45 к оптическим поверхностям b и Ь светоделителя 3 и светосоединителя 4.Оптичес/сий блок 2 расположен на середине измеряемой величины объекта и симметрично между неподвижными отражателями 5 и б. Предложенный интерферометр работает следующим образом. Пучок света от источника 1 монохроматического излучения (фиг. 1) падает на светоделитель 3, на грань а, преломляеуся ею и проходит до полупрозрачной отражающей поверхности bf где делится на два пу.чка; прОходящий и отраженный. Проходящий идет на неподвижный отражатель 5, возвращается им параллельно самому себе на светосоединитель 4, на грань а, где преломляется ею, и далее, отразившись от грани с, (пунктир на фиг. 1), попадает на полупрозрачную отражающую поверхность Ь , Отраженный пучок отражается от грани с, вновь преломляется гранью а, падает ria неподвижный отража.тель 6, возвращается им параллельно самому себе на светосоединитель 4, на полупрозрачную поверхность ti , Оба. пучка еще раз делятся, интерферируют и проходят частично на фотоприемники 9 и 10, через диафрагмы 7 и 8 соответственно. При перемещении оптического блока 2 длина хода луча в одной, оптической ветви увеличивается, а в другой уменьшается на ту же величину, а разность хода лучей в плечах интерферометра будет равна .учетверенной величине. Измеряемая длина N - , где N-колнчество интерференционных полос, прошедших относительно, диафрагмы 7 или 3; Л- длина волны излучения источника 1 монохроматического излучения. Для реверсивного счета интерференционных полос синусоидальные сигналы с фотоприемников 9 и 10 сдвигают -по фазе путем перемещения диафрагм 7 и 8 перпендикулярно интерференционным полосам, В начале и в конце измерения величины разность хода между дв.умя пучками составляет 2f. Таким образом, предложенный интерферометр позволяет измерять расстояние в два раза большее.чем известный. Повышение точности достигается путем стабилизации интерференционной картины, т.е. ширина полос и их наклон не меняются в процессе измерения, а дрейф нуля значительно уменьшен. Стабилизация улучшена тем, что интерферометр нечувствителен к небольшим заклонам подвижной каретки (не показана), а также вследствие максимальной компенсации хода лучей плечах интерферометра. Известно, что несимметрия плеч интерферометра вносит значительную погрешность в измерения, т.е. дрейф нуля.В данном интерферометре разность хода в стекл отсутствует, алнеравность плеч максимально уменыцена, что в итоге повьпаает точность измерения в несколько раз. Формула изобретения Интерферометр для измерения пере;мещений объекта, содержащий последов :тельно расположенные и оптически вза имосвязанные источник монохроматичес кого излучения, светоделитель, оптический блок связываемый с объектом, неподвижные отражатели, расположенные по обе стороны от оптического блока, светосоединитель, две диафрагмы и два фотоприемника, о т л и/г

гХ г л чающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, оптический ёлок образован светоделителем и светосоединителем, которые жестко соединены между собой и каждый из которых выполнен в виде прямоугольного паргшлелепипеда с тремя гладкими оптическими поверхностями, на одном из которых нанесено полупрозрачное отргика;;-щее покрытие, оптические поверхности с нанесенными на них полупрозрачными отражающими покрытиями каждопэ параллелепипеда расположены параллельно одна другой и установлены под углом 45 к направлению перемещения объекта, а неподвижные отражатели выполнены в виде двугранных зеркал, ребра которых расположены под углом 4 к оптическим поверхностям параллелепипедов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 407185, кл. G 01 В 9/02, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 587320, кл. G 01 В 9/02, 1978 (прототип).