Устройство для измерения угловых и линейных перемещений объекта

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. 6 01 В 11/00 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕИЕЦЕНИЙ ОБЪЕКТА Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть исполь зова но, в частности,для измерения угловых и линейных перемещений объекта .Известен Фотоэлектрический датчик угловых перемещений,содержащий последовательно расположенные в корпусе осветитель, подвижный растровый диск, закрепленный на валу, неподвижный растровый диск, экран с отверстиями, расположениями по окружности против отверстий неподвижного растрового диска (или регулируемую диафрагму), и один или два фоточувствитель ных элемента (1 .Укаэанный ратчнк угловых перемещений не позволяет получить дискретность отсчета угловых перемещений выше периода оптической дифракцион О ной решетки.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и решаемой задачи является устройство для измерения угловых и линейных перемещений объекта, содержащее последовательно расположенные осветитель, Фото- приемник, оптическую дифракционную решетку, связываемую с объектом, и отражающую систему 2). 30 Отражающая система выполнена ввиде линзы, в фокусе которой перпендикулярно оптической оси линзы располагается зеркало. Отражающая система предназначена для про,.ктированиядействительного, перевернутого слева направо и наоборот изображенияучастка оптической дифракционнойрешетки на ее тот же самый участок,Известное устройство не позволяет получить дискретность отсчетабольше половины периода применяемойдифракционной решетки, что значительно снижает точность измерениямалых угловых и линейных перемещений.Целью изобретения является повышение дискретности, и следовательно,точности измерения угловых и линейных перемещений объекта .Указанная цель достигается тем,что отражающая система выполнена ввиде диафрагмы с отверстиями, расположенными в соответствии с порядками интерференции луча, продифрагировавшего на оптической дифракционной решетке, и двух зеркал, установленных с возможностью одновременного поворота друг относительнодруга,Па чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит осветитель 1лазер, Фотоприемник 2, оптическуюдифракционную решетку 3 в Форме барабана, жестко закрепленного на оси4, отражающую систему, выполненную ввиде диафрагмы 5 с отверстиями,расположенными в соответствии с порядками интерференции луча, продифрагировавшего на оптической дифракционной решетке, и двух зеркал б, уста 10новленных с возможностью одновременного поворота друг относительно друга на оси 7, блок индикации 8, жесткозакрепленный на основании 9.15Предлагаемое устройство работаетследующим образом,От осветителя 1 луч лазера с длиной волны 1 Г проходя через оптическуюдифракционную решетку 3 с периодом 2 Орешетки с 1, дифрагирует. В результатедифракции луча образуется серия рас -ходящихся лучей, которая показанана чертеже. Угол расходимости Е-голуча определяется по формулеэмап 4= - , где К = О, 1.2.3 поряКАдок интерференции продифрагировавшего на оптической дифракционной решетке 3 луча, Расходящиеся лучи проходят через соответствующие отвер- Щостия диафрагмы 5.Указанное соответсгвие достигается следующим образом.Если известно расстояние Ь междуоптической дифракционной решеткой3 и диафрагмой 5, то расстояние аКежду отверстиями для пропусканиялучей с одинаковым Е-ым порядком интерференции задается следующей формулой: а . 2 Ь 19 Прошедшие черездиафрагму 5 лучи, отражаются от зеркал б, имеющих воэможность одновременного поворота на оси 7 в направлениях, показанных на чертеже. Дляотражения лучей с 1-ым порядком интерференции зеркала поворачиваютсяна угол, равный углу дифракции этих 45лучей (в данном случаеЦ). Отраженные лучи вновь проходят через диафрагму 5 и только два луча, которым зеркала б перпендикулярны,пройдут через диафрагму 5 и пересекутся на оптической дифракционной решетке 3 в месте падения исходноголуча лазера. Каждый иэ двух спроектированных зеркалами б лучей ещераз подвергается дифракции при прохождении оптической дифракционнойрешетке 3 и, объединившись эти лучи1дают интерференционную картину, которая регистрируется фотоприемником 2 и индицируется блоком индикации 8 в метрических или угловых единицах. При измерении ось 4 оптической дифракционной решетки 3 кинематически соединяется с контролируемым объектом 10, в данном случае показано жесткое соосное соединение, При повороте оптической дифракционной решетки 3 в форме барабана на один период решетки происходит смещение интерференционной картины на 4,8,12, 16 и т.д. периодов интерференционной картины, образованной спроктированными зеркалами б лучами соответственно первого, второго, третьего, четвертого и т.д. порядков интерференции, что достигается одновременным ступенчатым поворотом обоих зеркал б относительно оси 7.Использование в качестве отра - жающей системы диафрагмь 1, отверстия в которой выполнены в соответствии с порядками интерференции луча, продифрагировавшего на оптической дифракционной решетк е, и двух зеркал, установленньх с возможностью одновременного поворота друг относительно друга, выгодно отличают предлагаемое устройство для отсчета угловых и линейных перемещений от указанного прототипа, так как повышается дискретность и точность отсчета малых угловых и линейных перемещений, обусловленных изменением дискретности отсчета угловых и линейных перемещений в пределах от 025 периода применяемой оптической днфракционной решетки до интерференционного предела, равного половйне длины волны лазера.Формула изобретенияУстройство для измерения угловыхи линейных перемещений объ кта, содержащее последовательно расположенные осветитель, фотоприемник,оптическую дифракционную решетку,связываемую с объектом, и отражающую систему, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности измерения, отражающая система выполнена в виде диафрагмы сотверстиями, расположенными в соответствии с порядками интерференциилуча, продифрагировавшего на опти -ческ ой дифрак ционной решетк е, и двухзеркал, установленных с воэможностьюодновременного поворота друг относительно друга.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 377628, кл. С 01 д 5/26, 1966,2. Патент США Р 3524067,кл, 250-219, 1968 (прототип) .721668 Составител Техред С.М Лобэовай Корректор Г Редакт М оэке в акаэ 117/32 лиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 8 ЦНИИПИ Государст по делам иэобр 113035, Москва, ЖенноготенийРауш Подпис ноесмитета СССРоткрытийая наб., д. 4