Интерферометр для измерения линейных величин

Интерферометр для измерения линейных величин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения неравноплечности интерферометра и следовательно устранения влияния неконтролируемых изменений внешней среды, а также расширение функциональных возможностей. Это достигается тем, что светоделитель, выполненный в виде куб-призмы, гипотенузная грань которой имеет прозрачную, полупрозрачную и зеркальную зоны, жестко закреплен с дополнительным отражателем и призмой и образует жесткий модуль, а каналы интенферометра, содержащие плоские зеркала и уголковые отражатели, жестко скрепленные между собой, обладают симметрией. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1567870 А 1 (51)5 G 01 В 9 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4468381/24-28 (22) 29.07.88 (46) 30.05.90. Бюл. № 20 (71) Институт сверхтвердых материалов

АН УССР (72) Н. Я. Г!ереходько (53) 53! .715.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1328666, кл. G 01 В 9/02, 1986. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕГчНЪ|Х ВЕЛИЧИН (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения перемещений с помощью оптических интерферометров, и может быть использовано для высокоточных измерений размеров и перемещений узлов прецизионных установок в станкостроении, машиностроении, приборостроении, в системах автоматического управления.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения неравноплечности интерферометра и устранения влияния неконтролируемых изменений внешней среды, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения перемещений.

На фиг. 1 изображена оптическая схема и редла гаемого устройства; на фи r. 2 конструкция жесткого модуля интерферометра; на фиг. 3 — фрагмент устройства для случая измерения угловых перемещений.

В состав устройства входит источник

1 когерентного .излучения (лазер), свстоделитель 2, представляющий собой куб-призму, на гипотенузной грани которой имеются три зоны 3, 4 и 5, полупрозрачная, зсркаль2 неравноплечности интерферометра и. с.чед вательно, устранения влияния неконтролируемых изменений внешней среды, а также расширение функциональных возможностей.

Это достигается тем, что светоделител ь, выполненный в виде куба-призмы, гипотенузная грань которой имеет прозрачнуK), полупрозрачную и зеркальную зоны, жестко закреплен с дополнительным отражателем и призмой и образует жесткий модуль, а каналы интерферометра, содержащие плоские зеркала и уголковые отражатели, жестко скрепленные между собой, обла да ют си мметрией. 1 з.п, ф-лы, 3 и.ч. ная и прозрачная. На грань 6 светоделчтеля 2 посредством оптического контакта или склеивания установлен отражатель 7, ребро 8 рабочего двугранного угла которого параллельно зондирующему лучу а и симметрично расположено относительно грани 6. На грани 9 дополнительного отражателя 7 симметрично расположена призма

10, которая устанавливается на грань 9 своей гипотенузной гранью посредством оптического контакта или склеивания оптическим клеем. В створе граней 11 и 12 свегоделителя 2 жестко установлены на основании (не показано) зеркала 13 и 14, которые отклоняют лучи в и с в направлении уголковых отражателей 5 и 16, которые представляют собой призмы-крыши БР-180", ребра двугра нных углов которых установлены параллельно один другому, перпендикулярно ребру 8 рабочего двуграгного угла отражателя 2, перпендикулярно.соответствующим зондирующим лучам в и с è размещены по ходу лучей напротив границ раздела соответствующих зон светодечителя — прозрачной и полупрозрачной для призмы 15, полупрозрачной и зеркальной для призмы 16. Оба отражателя жестко сня1567870 заны между собой и имеют возможность перемещаться в процессе измерений вдоль измерительных лучей в и с интерферометра в пределах требуемого диапазона измерений.

При этом расстояние между зеркалами

13 и 14 должно быть несколько больше требуемого диапазона измерений. Угловые отражатели 15 и 16 жестко скреплены между собой, образуя подвижный модуль

17. На выходе устройства установлен фотоприемник 18, преобразующий выходной оптический сигнал в электрический. В качестве регистратора 19 использован блок регистрации, состоящий из двуканально "o усилителя информационного блока управления, реверсивного двоично-десятичного счетчика, двоичного счетчика, дешифратора цифрового индикаторного устройства и выходных разъемов (не показано).

Вариант устройства для измерения угловых перемещений предусматривает установку подвижного модуля 17 на вращающемся объекте 20 (фиг. 3), ось 21 вращения которого смещена относительно рабочих ребер отражателей !5 и 16.

Устройство работает следуюши м образом.

Луч и от источника 1 когерентного излучения попадает в BE Toä<.ëèòåëü 2 на «олупрозрачную зону 3, где делится на два пучка с примерно равными интенсивностями: луч в, отраженный от полупрозрачной зоны

3, и луч с, прошедший через полупрозрачную зону 3 светоделитсля 2. Луч «, отразившись от зеркала 13, попадает на один нз отражат<лей 15 со смегцением относительно ребра раоочего дну< ранного угла. Отразившись от отражателя в обратном направлении, но «о смещением в плоскости чертежа, луч в по пути отразившись еще раз от зеркала !3, попадает снова в светоделитель

2 и уже через прозрачную зону 5 «опадает на отражатель 7 со смещением относительно ребра 8 рабочего двугранного угла, где смещается в вертикальном направлении, после чего луч возвращается по тому же пути в обратном направлении опять на светоделитель только со смешением по вертикали. Второй луч с после светоделителя 2 отражается от зеркала 14 и отражателя 16, после которого смещается в плоскости чертежа и в обратной последовательности возвра<цается на светоделитель, но уже на зеркальную его зону 4. Послс отражения от зеркальной зонь< 4 луч последовательно отражается от дополнительного огражателя 7 со смешени м чо высоте зеркальной зоны 4 светоделителя и точно в обратной последовательности возвра шаетс<. Il:j голупрозрачную зону 3 светоделителя, где «ме<нивается -- лучом, пришедшим с другого плеча интерферометра. Оптическое смешение происходит на полупрозрачной зоне 3 «ветоделителя 2, но в точке, которая смещена отно5

? . 1

55 сительно точки деления лучей на расстояние не менее диаметра луча. Два оптически смешанных луча интерферометра образуют интерференционную картину, которая регистрируется фотоприемником 18 с регистратором 19 и по изменению порядка полосы, связанного «контрочируемым перемещением, судят о величине и направлении этого перемещения. На пути распространения второй пары оптически смешанных на полупрозрачном покрытии зоны 3 лучей установлена призма 10, которая выводит их из интерферометра с цельк предотвращения попадания их в исходную точку деления лазерного луча, <То улучшает стабильность результирующей интерференционной картины. а, следовательно, повышает точность измерения устройства н целом

Уст(н>йство позволяет измерить линейные и угловьц перемещения, а также линейные размеры объектов. В режиме измерения линейных перемещений подвижные отражатели !5 и 16, скрепленные в один жесткий модуль 17, перемещаются вместе с объектом, на котором они установлены и линейное перемешение которого необходимо измерять. При эт л< ди««рстность измер. ния будет равна

i, < 8

Изл<ерени<. угловых перемещений обеспечивается усгановкой жестко скрепленных подвижных отражателей 15 и 16 в один жесткий модуль 17 на вращающемся объекте 20 и тем, что предлагаемый интерферометр не чувствителен и поперечным смещениям подвижных отражателей. Оптимальным являет«я варин«< конструкции устройства, когда о«ь 21 вран<ения объекта смещена вдоль линии. перпендикулярной зондирующим лучам и проходяшей через примерно совмещенные ребра рабочих двугранных углов подвижных отражател«й В этом случае обеспечивается максил<альный диапазон измерения глов, составлякпций — +-10, а точность пропорциональна >./8.

В режиме измерения линейных размеров объектов один из отражателей 15 (или 16) закрепляется неподвижно на основании (не показано), а другой отражатель 16 (нли 15) выполнен с возможностью перемещения вдоль зондирующих лучей. I låðåä измерением линейных размеров объекта (не показано) подвижный отражатель 16 (или 15) перемегцают вдоль оптической оси навстречу неподвижному отражателю 15 (16) до ".оприкоснонения друг с другом, i ри этом показания регистратора 19 < брасываются г «нуль». Затем отражатель 16 отвс дя< or отражателя 15 на расстояние несколько больше размера измерac» подвижный отража-. <. > !6 перемешают до

i 567870 соприкосновения с объектом и снимают отсчет. Дискретность измерений в этом режиме 1./4.

Формула изобретения

1. Интерферометр для измерения линейных величии, содержащий исгочник когерентного излучения, светодели:-ель и размещенные в каждом из плеч интерферометра плзское зеркало и уголковьй отражатель, отличающийся тем, что, с целью повы шения точности измерений, он снабжен отражателем, выполненнь|м в виде призмы-крыши, и прямоугольной призмой, жестко установленной своей гипотенузной гранью на катетной грани отражателя симметрччно относительно падающего на эту гргчь луча, светоделитель выполнен в виде куб-призмы, гипотенузная грань которой состоит из трех я н — прозрачной, полупрозрачной и зеркальной, отражатель жестко установлен на выходной грани куб-призмы симметрично отно сительно ос» симметрии этой гра и» ориент»рован так, что ребро его рабочего двугpBHHol о угла параллельно лучу Hc1Î,н;кг

5 когерентного излучения и смещено по вы:;>те относительно луча на расстояние, не меньшее половины диаметра луча, уголкоеые ог ражатели ориентированы так, что их ребра рабочих двугранных уголков парад ель, между собой, перпендикулярны ребру,;.6

10 чего двугранного угла отражгтель, и расположены напротив границ раздела с с;одслительной и зеркальной, светоделительной и прозрачной зон гипотенузной,рани свето делителя в нгправлении хода прошедшего через свегоделитель и отраженного от нег лучей соответственно.

2. Интерферометр по и. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения функционзльных возможностей зг счет измерения также и перемещений, уголковые отражатели жестко скреплены между собой.

1567870

Составитель В. Бахтин

Редактор Ю. Сг реда Техред И. Верее Корректор М. Пожо

Заказ 1314 Тираж 486 Подписное

ВНИИП1! Государственно o комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, iK:35, Раугнская наб., д. 4/5

Г!роизводсгвенно-издательский комбинат «Г!атент», г. Ужгород, ул. Гагарг.на, 101