Устройство для отсчета линейных перемещений объектов

(51) 5 С 01 В 11/00 ВОЕСОВЗЯЯЯ ИЕ ПЮ 1 БбЯЮ 1 БИБЛИОТЕКА,КороутСССР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 0 ЩРЦТИЯПРИ ГННТ СССР(71) Институт электроники АН Б(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТСЧЕТА ЛИНЕЙНЫХПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике, Целью изобретенияявляется повышение точности отсчетаперемещения, расширение пределов измерений и функциональных возможносте,80,56959 2эа счет обеспечения сопряжения дифракционных решеток на расстояниях, превышающих их длину, и изменения оптической длины хода рабочих пучков. Луч из лазера 1, пройдя коллиматор 2, дифрагирует на решетке 3. Пучки, дифрагировавшие в + 1-й порядок дифракции, преобразуются первой бипризмой 5 в параллельные пучки. По ходу одного из пучков расположены первая и вторая прямоугольные призмы 6 и 7, а по ходу другого - первый и второй уголковые отражатели 10 и 11, один из которых установлен с воэможностью перемещения. Дифрагировапные пучки совмещаются второй бипризмой 8 на дополнительной дифракционной решетке 9, образуя интерференционцо-муаровую картину, которая регистрируется фотоэлементом 13, 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах с дифракционнымирешетками, .использующими муаровыеинтерферепционные полосы,Целью изобретения является повышение точности отсчета величины перемещения, расширение пределов измеренийи функциональных возможностей за счет 1 Ообеспечения сопряжения дифракционныхрешеток на расстояниях, в несколькораз больших, чем длина решеток, и.из,менения оптической длины хода рабо чих пучков.5На чертеже представлена схема пред"лагаемого устройства,Устройство состоит из оптическисвязанных лазера.1, телескопическойсистемы (коллиматора) 2, дифракционной решетки 3, экрана 4 и первой бипризмы 5, после которой образуются: две ветви: опорная ветвь, в которойпоследовательно расположены первая 6и вторая 7 прямоугольные призмы, вторая биприэма 8 и дополнительная дифракциоцная решетка 9, и измерительная ветвь, содержащая оптически свя занные первый 10 и второй 11 уголко"; вые отражатели. За второй дифракционной решеткой размещены диафрагма3012 и фотоэлемент 13, соединенный с. Устройство работает следующим об, разом.35.Луч от лазера 1 преобразуют в нерасходящийся пучок А большего диаметра посредством коллиматора 2 (телескопической системы) и освещают имдифракционную решетку 3, Прошедшийрешетку пучок дифрагирует с образованием трех пучков: -1-го В, 0-го и+1-го С порядков дифракции, Нулевойпорядок дифракции направляют на экран4 с матированной поверхностью и исключают из дальнейших операций, Пучки В и С направляют на бипризму 5,которая преобразует их из расходящихся в параллельные. Угол преломлениябипризмы выбирают иэ соотношения8 = Чп/(п), где, - угол дифракции и и . - показатель преломления материала бипризмыПучок В посредствомпервой б и второй 7 прямоугольныхпризм, а также второй бипризмы 8 меняет свое направление и освещает дополнительную дифракционную решетку 9под углом, равным углу дифракции света на этой решетке, Второй пучок С после бипрнэмы 5 направляется на первый уголковый отражатель 10, который имеет возможность перемещаться вдоль пучка в измерительной зоне Б, Длина измерительной зоны 8 ограничивается либо энергетическими параметрами лазерного пучка и может составлять десятки метров, либо конструктивными особенностями оборудования, в которое встраивается данный преобразователь. Через первый уголковый отражатель 10 пучок проходит на второй уголковый отражатель 11 и далее на вторую биприэму 8, меняет свое направление и так же, как и пучок В, под .углом дифракции освещает дополнительную решетку 9 на том же участке, что и пучок В. На реыетке 9 оба пучка взаимодействуют с образованием интерфе- ренционно-муаровой картины, которая движется при линейном смещении уголковога отражателя 10 (или решеток) и считывается через диафрагму 12 Фотоэлементом 13. Последний связан с входом усилителя-формирователя 14, нагруженным на счетчик 15.За счет введения первой бипризмы осуществляется преобразование расходящихся диФрагированных на первой дифракционпой решетке пучков +1-го и -1-го порядков дифракции в парал,лельные, обеспечивается возможность измерения перемещения анализируемого объекта вдоль распространения пучков, что расширяет пределы измерения и облегчает последующую коррекцию пучков и совмещение их в плоскости взаимодействия под заданным углом. При параллельном распространешш пучков они, располагаясь в непосредственной близости друг от друга, находятся в одинаковых атмосферных условиях и испытывают, следовательно, одинаковые турбулентные воздействия воздушных масс в отличие от интерферометров, где опорное плечо находится в неравных условиях с измерительным. Кроме того, параллельное размещение пучков легко обеспечивает построение преобразователей перемещения с рабочими длинами в десятки метров, т.е. превышающих рабочую длину дифракционных решеток, что также расширяет функциональные возможности устройства.Для того, чтобы параллельные пучки наложились друг на друга с получением интерференционно-муаровых полос, не15Формула изобретенияУстройство для отсчета линейныхперемещений объектов, содержащеелазер,последовательно установленныепо ходу йзлучения телескопическую систему, дифракционную решетку, предназначенную для формирования опорной иизмерительной. ветвей, экран, диафрагму и фотоэлемент, усилитель-формирователь, вход которого соединен с выходом фотоэлемента, и счетчик, входкоторого соединен с выходом усилителя-формирователя, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, расширенияпределов измерений и функциональныхвозможностей за счет обеспечения воэможности отсчета перемещений по двумкоординатам, оно снабжено дополнительной дифракционной решеткой, ус тановленной перед диафрагмой, первойи второй бипризмами, выполненными суглом В преломления бипризм, удовлетворяющим соотношению 6 =- /(и - 1), где у - угол дифрак-40 ции дифракционной решетки; и - показатель преломления материала биприэм,первой и второй прямоугольными призмами, установленными в опорной ветви,и размешенными в измерительной ветви 45 первым и вторым отражателями, одиниз которых установлен с возможностьюперемещения между первой и второйбипризмами, размещенными соответственно за дифракционной решеткой и перед 50 дополнительной дифракционной решеткойВ.Бахтин Корректор М.Максимипинец анич Заказ 1435 Тираж 492 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,10 5 156 обходимо направить их друг к другу . под углом, равным двойному углу дифракции, что достигается введением второй бипризмы. 1 ля известного устройства цела интерференционной полосы определяется параметрами дифракцион- ной решетки или ее шагом, что естественно ограничивает точность измерения величины перемещенияВ указанном случае дополнительно изменяется оптическая длина хода одного из пучков с помощью подвижного уголкового отражателя. При этом второй пучок выполняет роль опорного. Здесь цена интерференционно-муаровой полосы и точность измерения определяются как длиной волны применяемого излучения, так и шагом решетки.Предлагаемое устройство имеет точность отсчета как минимум в 3 раза выше в сравнении с известным, исполь-. зующим дифракционные решетки фактически с предельно мелким шагом в 1 мкм, и значительное расширение пределов измеряемых перемещений, которые могут достигать десятки метров, Кроме того, повторное взаимодействие пучков осуществляют также на дифракционной решетке, что дает возможность при соблюдении условий растрового сопряжения получать муаровые полосы. Принципиально сохраняется возможность измерения перемещений объектов за счет дифракционных решеток (первой или второй) нормально своим штрихам (как и в известном устройстВФ) Т,е, по координате, направление которой перпендикулярно основной. В этом случае отражатель может также перемещаться, что вызывает дополнительное изменение фазы сигнала и повышение точности отсчета. Поэтому в общем случае в плоскости анализа наблюдаются комбинационные полосы, обладающие в полной мере как свойствами муаровых полос, так и свойствами интерференционных полос, так как модуляция светового потока наблюдается как в случае перемещения решетки ( муаровой эффект), так и в случае перемещения уголкового отражателя (иптерСоставитель Редактор И.Горая ТемРед М,ход 9529 6ференционный эффект), Это обстоятельство существенно расширяет функциональные воэможности устройства, таккак позволяет измерять величину перемещения объекта, связанного и/илис отражателем и/или в решеткой, одним устройством по двум, например,взаимно перпендикулярным направлениям(координатам), где на одной координате движется дифракционная решетка(первая или вторая или обе вместе)нормально штрихам, а по другой - уголковый отражатель.