Устройство для измерения перемещения объекта

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 376653 Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельстваМ, Кл. б 01 Ь 9 02 Заявлено 26,11,1971 ( 162585425-28 с присоединениемПриоритет аявки Комитет по делам обретений и открытий ри Совете Министров СССР1,715,1 (088.8) 1973, Бюллетень17 ликовано 05.1 Дата опубликования описания 29 Х,197 Авторыизобретен В. Галутва, А, И. Рязанцев и Г, С. Пресняков Заявитель ЕРЕМЕЩЕН БЪЕКТА ия в некоазера или чно разнео. Пропус е же плечи показатель тствующую на два поия, Однако дорогой и дание уст ь измерепорядка УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕ Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области интереференционных измерений линейных величин, преимущественно к системам прецизионного отсчета перемещения столов в координатно- измерительных и делительных машинах, координатно-расто 4 ных станках и микроскопах.Известны устройства для линейных измерений, например для измерения перемещения объекта, содержащие источник когерентного света - лазер, интерферометр, имеющий эталснное и измерительное плечи, и систему преобразования выходного сигнала с интерферометра.Использование лазеров в таких устройствах в сочетании с соответствующим преобразованием и обработкой выходного сигнала принципиально позволяет достигать дискретности отсчета до 10 -мкм при диапазоне измерения до 1000 м и достаточно высокой надежности работы, особенно при использовании специальных двухчастотных лазеров.Однако подавляющее большинство измерений производится в воздушной среде, показатель преломления которой изменяется с изменением давления, температуры, влажности и ряда других факторов. Это приводит к изменению оптической длины измерительного плеча интерферометра и появлению погрешности измерения, достигающеи в реа условиях несколько микрометров на 1 м,Для уменьшения погрешности измерений вряде устройств используют ручную или авто матическую коррекцию показаний, производимую в соответствии с сигналами датчиков давления, а иногда и температурой воздуха.Это позволяет при некотором усложнении системы обработки выходного сигнала достичь 0 точности измерений 0,5 лкм/м в лабораторных условиях, что в настоящее время недостаточно. Ручная коррекция не обеспечивает достаточной точности в связи с тем, что оператор не успевает вводить поправки на быст рые изменения параметров, особенно давления. Для повышения точности измере торых случаях используют два лазер, работающий на двух достат 0 сенных длинах волн одновременн кая два таких луча через одни и т интерферометра, можно оценить.преломления среды, внести соотве коррекцию и в некоторых случаях рядка повысить точность измерен такая система оказывается весьма во многих случаях неприемлемой,Целью изобретения является со ройства, обеспечивающего точнос О ния перемещения до значений30,05 мкм/м при использовании наиболее простых элементов и сохранении стоимости натом же уровне, что и для устройств с коррекцией по давлению или температуре.Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что интерферометр имеет дополнительное измерительное плечо, длинакоторого и длина основного измерительногоплеча различна на постоянную величину.Это отличие позволяет повысить точностьизмерения путем коррекции по показателюпреломления среды,На чертеже изображена принципиальнаясхема предлагаемого устройства,Луч от лазера 1 расщепляется полупрозрачной пластинкой 2 на два пучка. Первыйпучок, в свою очередь, расщепляется призмой - куб 3 на луч эталонного плеча, включающего зеркало 4, и луч основного измерительного плеча длиной 1, включающего зеркало 5. Аналогично второй пучок расщепляется призмой - куб б на луч индентичного эталонного плеча, включающего зеркало 7, и лучдополнительного измерительного плеча длиной (1+1,), включающего зеркало 8. Зеркало7 и 8 при этом жестко закрепляют на перемещающемся столике, так что 1 меняется, а 1остается постоянным. Интерференционнаякартина, возникающая при сбивании лучаэталонного плеча с лучом измерительногоплеча, регистрируется двумя фотоприемниками 9 и 10, картина же от луча другого эталонного плеча и луча дополнительного измерительного плеча может регистрироваться одним фотоприемником 11.Лазер, эталонные плечи интерферометра ифотоприемники (обычно с предусилителями)размещены на неподвижной станине.Электрические сигналы с фотоприемниковнаправляются в систему преобразования выходного сигнала, включающую в себя следующие основные элементы: логическую ячейку12, определяющую направление счета; реверсивный счетчик И с системой пересчета числаполос в линейные величины, цифровое табло14, блок коррекции 15 и устройство 1 б дляоценки текущего значения общей длины основного измерительного плеча,Работает предлагаемое устройство следующим образом.При перемещении столика с зеркалами 5и 8 в направлении х длина дополнительногоизмерительного плеча и основного измерительного плеча изменяется, что приводит ксмещению интерференционных полос, регистрируемых и пересчитываемых, например, вмикроны счетчиком И. Поскольку длина дополнительного измерительного плеча изменяется на такую же величину, как и длинаосновного измерительного плеча, в блоке коррекции 15, сравнивающем сигналы от основного и дополнительного измерительных плеч, невырабатывается никакого сигнала.Если же изменяется показатель преломления среды, то оптическая длина дополнитель 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4ного измерительного плеча меняется больше, чем длина основного измерительного плеча, поскольку дополнительное плечо на величину 1, больше, чем основное плечо. Это вызывает различие в числе полос, регистрируемых по основному и дополнительному каналам. Это различие и используется в блоке 15 для выработники сигнала коррекции. Однако такой сигнал не может быть прямо использован для коррекции пересчета числа полос в счетчике И, поскольку длина 1 может меняться на большую величину (обычно до 1 - 2 м). При этом начало рабочего отсчета и нулевые показания счетчика могут быть выбраны при любом положении столика, в то время, как умножать на откорректированное значение цены полосы (или пересчитывать любым другим упрощенным методом) необходимо число полос, соответствующее полному расстояниюПоэтому код коррекции должен изменяться пропорционально расстоянию 1, что и достигается путем введения устройства 1 б для оценки текущего значения длины измерительного плеча.Для такой оценки может быть использовано число полос, регистрируемое по основному каналу. Тогда коррекция может быть произведена с весьма высокой точностью, Однако в связи с тем, что при возможном перемещении столика с выключенным счетчиком информация об этом перемещении по данному каналу не поступает, такой режим работы возможен только при непрерывном процессе измерения и при предварительном вводе исходного значения 1, Поэтому может быть целесообразным использование более грубого отсчета перемещения, например путем счета числа оборотов ходового винта, перемещающего столик, Точность оценки 1 порядка 0,1 мм достаточна для внесения коррекции с точностью 0,01 мкм. Для большинства практических задач этого вполне достаточно.Таким образом, в предложенном устройстве вручную можно вводить исходное значение длины волны в данных условиях и длину измерительного плеча. Далее в процессе измерения коррекция осуществляется автоматически.Точность коррекции, вносимой с помощью предложенного устройства, ограничивается относительными смещениями зеркал 5 и 8, которые могут иметь место при тепловой деформации столика, на котором они неподвижно закреплены. Однако массивный корпус столика имеет большую тепловую инерцию, и его температура меняется значительно медленнее температуры воздуха. Кроме того, столь точные измерения вообще целесообразны лишь при очень малых колебаниях температуры, и поэтому в помещении, где производятся измерения, почти во всех случаях работает система стабилизации температуры с точностью порядка 0,1 С. Следует также учитывать, что в случае необходимости 1 может поддерживаться с помощью установки отра376653 Предмет изобретения 11 1 ,1 Составитель Л. Лобзоваацинскаи Техред 3. Тараненко Корректор А. Степано Редак Заказ 1522/3 Изд.386 Тираж 755 Подписи оХНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Сапунов Типография жателей на моноблоке, изготовленном из материала с малым коэффициентом термического расширения, например из ситалла,Предложенное устройство может быть выполнено в различных модификациях: с использованием одночастотного или двухчастотного лазеров; с прямой или изогнутой траекторией луча в измерительных плечах; с отражателями различного типа; с частичным совмещением пути луча в основном и дополнительном измерительном плечах при использовании поляризационных характеристик и т. д. Это обеспечивает достаточно широкую область применения таких устройств,Устройство для измерения перемещенияобъекта, содержащее источник когерентного света, интерферометр, имеющий эталонное и измерительное плечи, и систему преобразования выходного сигнала с интерферометра, отличаюиееся тем, что, с целью повышения точности измерения, интерферометр имеет до полнительное измерительное плечо, длина которого и длина основного измерительного плеча различны на постоянную величину,