Устройство для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов

(19) ( 1) 4(з С 01 В 11/16 ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский институт точноймеханики и оптики(56) 1.Применение спекл-интерферометрии для контроля качества промышленных изделий. Методическиеуказания. Горький, ВНИИНМАШ, 1980,с. 53ными между спекл-фотографией и приемником излучения, двумя дополнительныии приемниками излучения,один из которых установлен в ходеизлучения, прошедшего отклоняющийэлемент и интерферометр, другой - входе излучения, прошедшего отклоняющий элемент и отраженного от интерферометра, блоком обработки сигналов, входы которого электрическисвязаны с выходаии всех приемниковизлучения, интерфероиетр выполненв виде двух дифракционных решеток,установленных с возможностью одновременного относительного перемещения в направлении, перпендикулярномк штрихаи решеток в плоскости расположения этих штрихов и в направлении, перпендикулярном к этой плоскости, дифракционные решетки установлены под углом Брэгга к оптической оси устройства, а спекл-фотографии ориентированы так, чтобы ихплоскости были параллельны плоскос,тям дифракционных решеток.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕКТОРА СМЕЩЕНИЯ ДИФФУЗНО ОТРАЖАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу нзлучения спекл-фотографию и приемник излучения, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измерения, оно снабжено отклоняющим элементом; эталонной спекл-фотографией и интерферометром сдвига, последовательно установленЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ " И К АВТОУСНОМУ СЕИВЕТЕЛЫТВУИзобретение относится к контроль но-измерительной области техники и может быть использовано для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов. 5Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов, содержа щее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения спекл-Фотрграфию и приемник излучения 1 .Недостатком известного устройства 15 является невысокий диапазон измерения вектора смещения вследствие шума, вызванного пятнистой структурой когерентного света.20Целью изобретения является увеличение диапазона измерения вектора смещения.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов, содержащее источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения спекл-фотографию и приемник излуче- З 0 ния, снабжено, отклоняющим элементом, эталонной спекл-Фотографией и интерферометром сдвига, последовательно установленными между спекл-Фотографией и приемником излучения, двумя 35 дополнительными приемниками излуче-. ния, один из которых установлен в ходе излучения, прошедшего отклоняющий элемент и интерферометр, другой- в ходе излучения, прошедшего откло няющий элемент и отраженного от интерферометра, блоком обработки сигналов, входы которого электрически связаны с выходами всех приемников излучения, интерферометр выполнен 45 в виде двух дифракционных решеток, установленных с возможностью одновременного относительного перемещения в направлении, перпендикулярном к штрихам решеток в плоскости располо жения этих штрихов и в направлении, перпендикулярном к этой плоскости, дифракционные решетки установлены под углом Брэгга к оптической оси устройства, а спекл-Фотографии ориентиро ваны так, чтобы их плоскости были параллельны плоскостям дифракционныхрешеток. На чертеже представлена схема устройства для измерения вектора смещения диффузно отражающих объектов.Устройство содержит источник 1 когерентного излучения и последователь" но установленные по ходу излучения спекл-Фотографию 2 и приемник 3 излучения, последовательно установленные между спекл-Фотографией 2 и приемником 3 излучения отключающий элемент 4, эталонную спекл-фотографию 5 и интерферометр сдвига, выполненный в виде двух дифракционных решеток 6 и 7 два дополнительных приемника 8 и 9 излучения, приемник Я установлен в ходе излучения, прошедшего отклоняющий элемент, 4 и интерферометр приемник 9 - в ходе излучения, прошедшего отклоняющий элемент 4 и отраженного от интерферометра, блок 10 обработки сигналов, входы которого электрически связаны с выходами приемников 3, 8 и 9, дифракционные решетки 6 и 7 установлены с возможностью одновременного относительного перемещения в направлении, перпен. дикулярном к штрихам решеток в плоскости расположения этих штрихов, и в направлении, перпендикулярном к этой плоскости дифракционные решетки 6 и 7 установлены под углом Брэгга к оптической оси устройства, а спекл-Фотографии 2 и 5 ориентированы так, чтобы их плоскости были параллельны плоскостям дифракционных решеток 6 и 7.Устройство работает следующим образом,Источник 1 когерентного излучения освещает спекл-Фотографию 2. Для того, чтобы исследовать различные точки поверхности объекта, спеклфотография закреплена на площадке (не показана), которая может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости спеклфотографии. Для определения ориентации вектора смещения площадка и спекл-фотография 2 вращаются с постоянной скоростью вокруг нормали к ним из точки пересечения с оптической осью устройства, Свет, рассеянный спекл-Фотографией 2, падает на дифракционные решетки 6 и 7. Одна из них закреплена неподвижно, а вторая жестко связана с параллельным механизмом (не показан), в результате движения которого периодически1147927 ВНИИПИ Заказ 1563/34 Тираж 651 Подписное Фюлал ППП Патент , г. Ужгород, ул.Проектная,4 и М изменяется расстояние между решетками и относительное положение их штрихов. Частота вращения спеклфотограАии 2 значительно меньше частоты колебаний параллелограммного механизма. Приемник 3 излучения регистрирует контраст интерАеренционных полос, который меняется в процессе вращения спекл-фотографии 2.В результате на выходе приемника 10 , 3 излучения Аормируется серия радио- импульсов. Временное положение вершины импульса с максимальной амплитудой относительно начала вращения площадки определяет ориентацию век тора смещения, а расстояние между решетками 1, и 7 в этот момент времени однозначно связано с величиной модуля вектора смещения.Расстояние между решетками 6 и 7 20 интерферометра сдвига измеряется в каждый момент временис помощью эталонного канала устройства, состоящего из отклоняющего элемента 4, эталонной спекл-фотограАии 5, приемни ка 8 и приемника 9, который регистрирует относительное изменение расстояние между решетками интерферометрическим путем. Отклоняющий элемент 4 в качестве которого можно использовать зеркало, призму или диАракционную решетку отклоняет пучок недиАрагированного иа спекл-Аотографии 2 света. Этот пучок света освещает эталонную спекл-АотограАию 5 на коЭ 35 торой зарегистрировано известное смещение диффузионного объекта, причем вектор смещение ориентирован перпендикулярно штрихам решеток 6 и 7 интерферометра сдвига. РазмерЫ 40 отклоняющего элемента 4 и эталонной спекл-АотограАии 5 равны диаметру освещающего пучка.Центральйая область приемника экранирована для Аильтрации света,- нерассеянного эталонной спекл-Аотографией 5.В момент времени, когда расстояние между решетками 6 и 7 соответствует величине эталонного вектора 50 смещения амплитуда сигнала на выходе приемника 8 становится максимальной,Измеряя изменение расстояния между решетками 6 и 7 путем подсчетаимпульсов с выхода приемника 9 сэтого момента времени, можно измерятьабсолютную величину расстояния междурешетками.Эта операция осуществляется припомощи блока 10 обработки сигналов,изменяющего временной интервал междувершинами радиоимпульсов, Аормируемых на выходе приемников 3 и 8. Дляопределения временного положения вершин радиоимпульсов, поступающих сприемников 3 и 8, в блоке 10 осуществляется диАференциронание огибающейэтих импульсов и затем Аормируетсяимпульс, длительность которого равна временному интервалу между вершинами радиоимпульсов. Длительность,этого импульса измеряется счетчиком,на вход которого приходят импульсь 1счета с приемника 9. Таким образом,счетчик регистрирует изменение расстояния между решетками 6 и 7 отмомента появления сигнала в эталонном канале до момента времени, прикотором происходит совпадение в пространстве соответственных лучейраспространяющихся от исследуемойспекл-АотограАии 2. Так как расстоя-ние между решетками 6 и 7, соответствующее появлению вершины импульсас приемника 3 известно, можно определить абсолютное расстояние Ь между решетками 6 и 7, соответствующеевременному положению вершины сигналас приемника 4,Модуль вектора смещения определяется в соответствии с выражением2 зпм Ь соз Мгде с - угол Брэгга для диЬракционных решеток 6 и 7.Таким образом, такое выполнение устройства для измерения вектора смещения позволяет получить значение апертурного угла наблюдения порядка 0,1 рад, что приводит к уменьшению влияния снекл-шумов на результаты измерения и подъему верхней границы диапазона измерения.