Устройство для определения линейных продольных перемещений поверхности

Устройство для определения линейных продольных перемещений поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерений смещений в системах с позиционированием режущего, сварочного, маркирующего инструмента, в роботизированных обрабатывающих центрах. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых продольных линейных перемещений поверхности и области использования. Устройство содержит лазер 1, оптически связанный с линзовой системой 2. жестко закрепленной на исследуемой поверхности, диафрагму 3 и вращающийся диффузно-рассеивающий элемент 4. установленный на оптической оси с линзовой системой 2, фотоэлектрический датчик 5 и анализатор 6 спектра. Вращение диффузно-рассеивающего элемента 4 приводит к изменению спекл-поля, образованном рассеянным когерентным излучением. Через полевую диафрагму 3 с помощью фотоэлектрического датчика 5 регистрируют и преобразуют флуктуации интенсивности спекл-поля в электрический сигнал, который поступает на анализатор 6 спектра. Определение линейного продольного перемещения поверхности производят по изменению амплитуды спектральной гармоники в спектре флуктуаций интенсивности спекл-поля. 2 ил. (Л С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ

1 (21) 4937231/28 (22) 20.05.91 (46) 23.04.93. Бюл. РЬ 15 (71) Белорусский научно-исследовательский институт неврологии, нейрохирургии и физиотерапии и Институ физики им. Б.И.Степанова (72) С.К.Дик, И.В.Мархвида, Л.В.Танин и

А.С.Рубанов (56) Авторское свидетельство СССР

t4 641274, кл. 6 01 В 11/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

hh 1241062, кл. G 01 В 11/00. 1984. . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

ЛИНЕЙНЫХ ПРОДОЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для. измерения смещений в системах с позици-

: . онированием режущего, сварочного, маркирующего инструмента, в роботизированных обрабатывающи ния — расширен

„„Я „„1810748 А1 продольных линейных перемещений поверхности и области использования, Устройство содержит лазер 1, оптически связанный с линзовой. системой 2, жестко закрепленной на исследуемой поверхности, диафрагму 3 и вращающийся диффузно-рассеивающий элемент 4, установленный на оптичес.ой оси с линзовой системой 2, фотоэлектрический датчик 5 и анализатор 6 спектра. Вращение диффузно-рассеивающего элемента 4 приводит к изменению спекл-поля, образованном рассеянным когерентным излучением, Через полевую диафрагму 3 с помощью фотоэлектрического датчика 5 регистрируют и преобразуют флуктуации интенсивности спекл-поля в электрический. сигнал, который поступает на анализатор 6 спектра. Определение линейного продольного перемеще- ния поверхности производят по изменению амплитуды спектральной гармоники в спектре флуктуаций интенсивности спекл-поля.

1810748

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для определения линейных продольных перемещений поверхности в робототехнике, машиностроении, других отраслях промышленности и научных исследованиях.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых линейных продольных перемещений и области использования.

Поставленная цель достигается тем, что заявляемое устройство для определения продольных линейных перемещений поверхности, содержащее лазер, линзовую систему, диафрагму и фотоэлектрический датчик отличается тем, что .с целью расширения 15 диапазона измеряемых перемен(ений поверхности и области использования, оно снабжено диффузно-рассеивающим элементом, установленным на оптической оси с линзовой системой, жестко крепящейся на 20 исследуемой поверхности, с возможностью вращения его вокруг оси, параллельной оптической оси, и анализатором спектра, электрически связанным с фотоэлектрическим датчиком. 25

На фиг. 1 изображено устройства.

Устройство содержит лазер 1, оптически связанный с помощью волоконно-оптического световода 7 с линзовой системой 2, жестко закрепленной на исследуемой по- 30 верхности, диафрагму 3 и вращающийся диффузно-рассеивающий элемент 4, установленный на оптической оси с линзовой системой 2, фотоэлектрический датчик 5 и анализатор спектра 6. 35

Устройство используют следующим образом. Лазерным пучком от лазера 1, с заданной с помощью линзового элемента 2 степенью расходимости, освещают диффузно-рассеивающий элемент 4, вращающийся 40 с некоторой скоростью v в направлении, перпендикулярном оси распространения пучка, и находящийся на строго фиксированном расстоянии от линзового элемента

2. 45

Для уменьшения паразитной засветки

ФЗУ посторонним излучением (дневным, от лампы накаливания и т.п.) служит светофильтр 8.

Вращение диффузно-рассеивающего 50 элемента 4 приводит к изменению спекл-паля, образованного рассеянн .м когерентным излучением. Через полевую диафрагму

3 с помощью фотоэлектрического датчика 5 регистрируют и преобразуют флуктуации 55 интенсивности спекл-поля в электрический сигнал, который поступает на анализатор спектра 6. Анализатор 6 в свою очередь производит разложение полученного электрического сигнала в спектр. Перемещая в продольном направлении поверхность, с укрепленным на ней линзовым элементом, регистрируют амплитуду А спектральной гармоники в спектре флуктуаций интенсивности спекл-поля и строят калибровочную кривую зависимости амплитуды А от продольной координаты датчика Z, Перемещение контролируемой поверхности приводит к изменению геометрических параметров оптической схемы устройства, таких как диаметр освещаемого участка поверхности диффузно-рассеивающего элемента, расстояния от фокуса линзового элемента до диффузно-рассеивающего элемента, а следовательно и радиуса кривизны волнового фронта, падающего на диффузно-рассеивающий элемент. Изменение этих параметров оказывается на динамической трансформации спекл-поля и проявляется, в частности в изменении амплитуды А спектральной гармоники флуктуаций интенсивности регистрируемого поля. Произведенные измерения зависимости амплитуды спектральной кривой от продольного перемещения контролируемой поверхности позволяют получить калибровочную кривую, с помощью которой можно определить линейное продольное перемещение поверхности.

Пусть лазерный пучок с шириной ио освещает на движущемся со скоростью ч диффузно-рассеивающем элементе участок диаметром w. Расстояние от перетяжки до диффузно-рассеивающего элемента - Z, Наблюдение динамического спекл-поля проводим в плоскости на расстоянии R от диффузно-рассеивающего элемента. Если временной интервал между измерениями обозначить через t, то временную автокорреляционную функцию флуктуаций интенсивности в заданной точке регистрации можно записать в следующем виде ,Ь(,)=И (,+,)- l (1)

LR где ЬХ = — — размер спекла в плоскости

ЛЮ/ регистрации; параметро= (1+ — );

R р — кривизна волнового фронта, освещающего пучка.

Зависимость уЬ(т) от Z достаточно сложная. Отмечено, что w = w (1 + 2 L / г

У 4) Z(1 + 2У 2 3) схемах не трудно выбрать участок, где зависимость от Z будет монотонной. При практической реализации устройства исследуется спектр флуктуаций интенсивности, который имеет вид

1810748

В устройстве для определения линейных продольных перемещений поверхности исследуется соотношение (2). Для измерения линейного перемещения контролируемой поверхности в продольном направлении, на полученной экспериментально калибровочной кривой для данной оптической схемы, выбирается линейный участок,,на котором изменение амплитуды спектральной гармоники прямо пропорционально продольному смещению контролируемой поверхности. Таким образом, измерив амплитуду спектральной гармоники, используя линейный участок калибровочной кривой, можно определить величину линейного продольного перемещения поверхности (см, пример), Пример. Исследовалась возможность определения линейного продольного перемещения подвижной тележки с укрепленной на ней линзой, путем регистрации изменения амплитуды спектральной гармоники спекл-поля, образованного рассеянным от вращающего диффузно-пропускающего диска лазерным излучением, на частоте вращения при линейном перемещении подвижной тележки с укрепленной на ней линзой в продольном направлении. Частота вращения диска равна 60 Гц. Фокусное расстояние линзы 11 см,. Размер отверстия полевой диафрагмы равен 120 мкм.

Полученные данные приведены на фиг

2. Показан участок калибровочной кривой, на котором изменение амплитуды спектральной гармоники (частота 60 Гц) флуктуа5 ций спекл-поля от диффузно-пропускающего диска прямо пропорциональна перемещению подвижной тележки в продольном направлении.

Изобретение позволяет расширить диапа10 зон измерений продольного перемещения примерно на два порядка в сравнении с прототипом, а также позволяет значительно упростить конструкцию устройства. Диапазон смещений в данном примере равен 10

15 см. Вращающийся диффузно-рассеивающий диск,.полевую диафрагму и фотоэлектрический датчик можно выполнить в виде единого блока.

Формула изобретения

20 Устройство для определения линейных продольных перемещений поверхности, содержащее лазер, линзовую систему, оптически связанную с лазером, диафрагму и фотоэлектрический датчик, о т л и ч а ю щ е25 е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых перемещений поверхности и области использования, оно снабжено диффузно рассеивающим элементом, установленным на одной с линзовой системой

30 оптической оси с возможностью вращения вокруг нее. и анализатором спектра, электрически связанным с фотоэлектрическим датчиком, а линзовая система предназначена для жесткого закрепления на исследуе35 мой поверхности.

1810748

8 Ю 12 Ж 16 18

ФИГ

Составитель С.Дик

Техред М.Моргентал

Корректор М.Максимишинец

Редактор

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

Заказ 1439 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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