Способ измерения угловых величин и устройство для его осуществления

Способ измерения угловых величин и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технической физике и может быть при производстве крупногабаритных изделий. Целью изобретения в части способа и устройства является повышение точности измерения угловых перемещений , Излучение от лазера образует волновой фронт, из которого в системе анализа картины полупрозрачное зеркало 1 выделяет участок фронта. Второе зеркало 2, развернутое относительно полупрозрачного , направляет на зеркало 1 второй участок волнового фронта, который после отражения от полупрозрачного зеркала 1 встречается с прошедшим сквозь него под углом сходимости. Второй канал образован аналогично первому, но с помощью второй части зеркала 3, развернутого относительно полупрозрачного зеркала 1 на заданный угол. В случае смещения объекта, а соответственно и лазера, происходит разворот волнового фронта относительно системы анализа, при этом возникает разность кода, несущая информацию о положении объекта. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)ю G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4837773/28 (22) 19.04.90 (46) 15,02.93. Бюл. М 6 (71) Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (72) А.А.Васенков и М.В.Хорошев (56} lO,Ã,ßêóøåíêoâ и др. Высокоточные угловые измерения. M.: Машиностроение, 1987, стр.365.

Авторское свидетельство СССР

N 1290063, кл. 6 01 В 11/26, 1987, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ВЕЛИЧИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технической физике и может быть при производстве крупногабаритных изделий. Целью изобретения в части способа и устройства является повышение точности измерения угловых пеИзобретение относится к области технической физики и может быть широко использовано в специальных геодезических работах, в точных геофизических измерениях и при производстве крупногабаритных изделий в качестве контрольно-измерительной аппаратуры.

Известны способы измерения углового положения объекта с помощью интерференционного изображения. К ним относятся способ измерения угловых величин с помощью плоско-параллельной пластины и способ рычажной схемы двухплечевого интерферометра Майкельсона. Эти способы характеризуются нелинейной зависимостью порядка интерференции от измеряемого угла рассогласования, что приводит к усложнению системы обработки результа„„Я „„1795271 А1 ремещений, Излучение от лазера образует волновой фронт, иэ которого в системе анализа картины полупрозрачное зеркало 1 выделяет участок фронта. Второе зеркало 2, развернутое относительно полупрозрачного, направляет на зеркало 1 второй участок волнового фронта, который после отражения от полупрозрачного зеркала 1 встречается с прошедшим сквозь него под углом сходимости. Второй канал образован аналогично первому, но с помощью второй части зеркала 3, развернутого относительно полупрозрачного зеркала 1 на заданный угол. В случае смещения объекта, а соответственно и лазера, происходит разворот волнового фронта относительно системы анализа, при этом возникает разность кода, несущая информацию о положении объекта. 2 с. и 1 з,п.ф-лы, 2 ил. ей тов измерений и к понижению точности из4 мерений.

Известны также способы измерения углов с использованием пространственной когерентности излучения, при которой 4 нелинейность зависимости угла рассогласования и порядка интерференции устраняется, Они основаны на классическом опыте

Юнга и наиболее характерно реализованы в звездном интерферометре Майкельсона, обладающем высокой угловой чувствительностью, определяемой размером базы приема и длиной волны используемого излучения.

Способ реализован путем образования систем интерференционных картин от двух пар участков волнового фронта от одного источника излучения, Смещение интерфе1795271 интерференционной картины, особенно дробную часть одной полосы.

Целью изобретения является повышение точности угловых измерений интерференционного устройства.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения угловых величин приемный зеркальный блок выполнен в аиде системы зеркал, образующей две пары сходящихся волновых фронтов и состоящей иэ.общего

5D для них полупрозрачного зеркала и второго глухого зеркала, расположенного от полупрозрачного на расстоянии, зависящем от требуемой точности измерений, и представляющего из себя составное иэ двух частей, 55 развернутых относительно полупрозрачного на углы, равные по величине, но противо.-положные по знаку. Данный способ реализован с использованием одного лазерного источника излучеренционных картин в плоскости анализа дает однозначную информацию о положении источника излучения. Точность измерения при использовании этого способа определяется погрешностью того канала, в котором используемые участки волнового фронта разнесены на большее расстояние, Влияние второго канала на точность измерения отсутствует, он обеспечивает лишь увеличение диапазона измеряемых угловых величин.

Целью способа является повышение точ ности измерения интерферен цион ным методом.

Цель достигается тем, что в предполагаемом способе измерение угловых величин проводят по двум интерференционным картинам, образованным от участков волнового фронта, попарно разнесенных на. . одинаковое расстояние, но имеющих про- 20 тивоположные по знаку углы сходимости относительно участка волнового фронта, выделенного полупрозрачным зеркалом.

Известны устройства, реализующие интерференционные способы измерения уг- 25 лов с использованием пространственной когерентности излучения.

Существенным недостатком данного устройства является необходимость использования достаточно сложной системы опре- 3О деления знака рассогласования, а также то, что предельные погрешности измерения угловых величин в нем определяются величиной базы приема большего из каналов. Еще один из недостатков прототипа заключает- 35 ся в том, что приемная система из четырех зеркал образует интерференционную картину, линейная ширина в которой изменяется при изменении угла рассогласования, что существенно усложняет систему анализа 40 ния, который образует в плоскости приема волновой фронт, из которого выделяются две пары разнесенных на некоторое расстояние участков. При этом углы сходимости двух пар участков волнового фронта образуются путем разворота участков волнового фронта относительно опорного на равные и противоположные по знаку углы.

Способ поясняется фиг.1 и 2, На фиг.1 представлена одна из возможных схем реализации предлагаемого способа. Два приемных канала образованы установленным под углом 45 к направлению на источник излучения полупрозрачным зеркалом 1 и глухими зеркалами 2 и 3, развернутыми относительно направления, параллельного полупрозрачному зеркалу, на углы + p> в одном канале и — ъ в другом, Образование интерференционной картины происходит после совмещения пучков полупрозрачным зеркалом, а анализ может производиться в любой плоскости, лежащей за ним.

Способ реализуется следующим образом.

Излучение от лазерного источника образует волновой фронт, иэ которого в плоскости приема полупрозрачное зеркало 1 выделяет опорный участок волнового фронта. Глухое зеркало 2, развернутое на угол

+p> относительно полупрозрачного, направляет на это зеркало второй участок волнового фронта, который после отражения от полупрозрачного зеркала встречается с прошедшим сквозь него под углом сходимости, равным 2 ро. Второй канал образован аналогично первому, но с помощью зеркала

3, развернутого относительно полупрозрачного зеркала на угол — Ъ, Поэтому угол сходимости волновых фронтов во втором канале равен -2 Ъ . Если лазер сместится, то волновой фронт развернется относительно приемного блока, возникает разность хо- . да, несущая информацию о положении источника излучения. Интерференционная картина по каждому из каналов начнет перемещаться, при этом. направление перемещения on ределяется знаком угла сходимости волновых фронтов, образующих интерференционную картину в каждом иэ каналов. Таким образом, величина смещения источника излучения определяется величиной смещения интерференционной картины от первоначального положения, а знак смещения — направлением взаимного перемещения картин в двух каналах.

Следовательно, в измерительной схеме отпадает необходимость введения устройств для определения знака рассог1795271

d> cos45 — — 2 DI2

d> соз45

2 Э з

d> cos45

pi arctg 1.2

d> cos45о

/>2 агст9

1,З ласования с использованием двух фотоприемников или фаэочувствительным сканированием. (сли две части зеркала 2 и 3 разнести на разные расстояния относительно полупрозрачного зеркала (фиг.2), а развороты этих зеркал относительно направления, параллельного полупрозрачному зеркалу, сделать не только противоположными по знаку, но и отличающимися по величине, то можно получить различные соотношения скоростей перемещения интерференционных карт н в плоскости анализа. Предельные значения этих углов определяются выражениямИ где d1 — световой диаметр полупрозрачного зеркала, 012, Dls — расстояние между полупрозрачным зеркалом и частями второго зеркала.

Превышение значений этих углов при-. водит к геометрическому виньетированию, меняющему условий анализа интерференционной картины, Расстояния междузеркалами, 1акже как и в прототипе, определяются

Формула изобретения

1. Способ измерения угловых величин, заключающийся в том, что образуют интерференционную картину от одного лазера, фиксируют положение картины, по изменению положения интерференционной картины судят о величине перемещения, о т л ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точносТи измерения, получают вторую ин-! терференционную картину от того же лазера с углом сходимости волновых фронтов, против положным по знаку в первой картине, а в личину перемещения измеряют по изменению положения одной интерференционной картины относительно другой.

2. Устройство для измерения угловых величин, содержащее лазер, предназначенный для скрепления с объектом, зеркальный блок и сИстему анализа картины, о т л и ч аю ul е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, зеркальный блок выне только требуемой точностью измерения в соответствии с выражением гг„о, =А/D, но и возможностью устранения неоднозначности при их соотношении D ls = УА D12, где

5 А — любое иррациональное число.

Таким образом, предложенное решение позволяет существенно упростить систему анализа интерференционного

10 изображения в угломерах, а также эа счет взаимно противоположного и равного по величине перемещения удваивает чувствительность угломера к смещению источника излучения, что позволяет повысить точность

15 угловых измерений интерференционных угломеров. Такая задача решена впервые и обладает технической новизной.

До сих пор использование интерференционных угломеров в нашей стране ограни20 чено. В производстве пока нет серийновыпускаемых лазерных угломеров. По периодической печати сведения о производственном использовании имеются лишь о двойном лазерном интерферометре для

25 определения положения объектов с погрешностью измерений 0,4" в диапазоне до 0,5 . Предлагаемое решение способно сохранить диапазон измеряемых величин прототипа (3,5 ), вдвое повысив его точ30 ность (среднеквадратическая погрешность одного измерения 0,03"), что доказывает его практическую ценность, полнен в виде полупрозрачного зеркала, расположенного по ходу излучения от лазера, и расположенного по ходу отраженного от полупрозрачного зеркала второго зеркала, состоящего из двух частей, отраженных отражающим покрытием к полупрозрачному зеркалу и развернутых относительно него на углы, противоположные по знаку.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что части второго зеркала смещены относительно оптической оси в противоположные стороны и развернуты относительно плоскости полупрозрачного зеркала на углы р1 и pz, определяемые иэ выражений

1795271 где Ф вЂ” световой диаметр полупрозрачного зеркала;

О,2 и О,з — расстояния между полупрозрачным зеркалом и соответствующей частью второго зеркала.

1795271

PuaZ

Составитель Н.Захаренко .

Техред М.Моргентал Корректор Н.Слободяник

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 422 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5