Лазерный интерферометр перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЭОБАВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Промьппленный лазерный измеритель перемещений ФОУ.-"Автометрия", 1975, В 5, с. 43.2, Алякишев С.А., Катаев М.И. Лазерные измерители линейных перемещений для точного станкостроения. Сер. "Электровакуумные и газоразрядные приборы".Обзоры по электрон-. ной технике. М , 1974, вып. Б.205 17 с 1(прототип) .(54)(57) ЛАЗЕРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий осветитель и расположенные по ходу его лучей , светоделитель, две светоделительные 8011 2 4 А 11 С 01 В 9/02, 11/О поверхности которого образуют прямойдвугранный угол, биссекторная плоскость которого параллельна направле-нив измеряемого перемещения, уголковый отражатель, связываемый с обьектом, и приемно-регистрирующее устройство, о т л и ч а в щ и й с.ятем, что, с целью повышения точностиизмерения, светоделитель выполненв виде равнобедренной трехграннойпризмы, на катетных гранях которойвыполнены светоделительные поверхности, осветитель расположен так, чтоего оптическая ось перпендикулярнак биссекторной плоскости прямогодвугранного угла, а осветитель исветоделитель устаиовлены с возможностью встировки взаимного расположения.1 11 З 21Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интер-ферометрам, предназначенным для измерения таких физических величинкак длина, скорость, углы поворотов,показатель преломления вещества и5т,п. путем сравнения измеряемойдлины с длиной волны стабилизированного по частоте лазера, и можетыть использовано для решения задачконтрольно-измерительной техникина производстве и в научном эксперименте, например для измерения угловых перемещений дифракционной решетки спектрометра.Известен лазерный интерферометрперемещений, например, интерферометр ФОУ, который содержит последовательно расположенные осветитель,светоделитель, выполненньй в видедвух плоскопараллельных пластин,установленных с возможностью регулировки взаимного расположения и образующих прямой двугранный угол,биссекторная плоскость которогопараллельна.оси осветителя и направлению измеряемого перемещения, подвижный уголковый отражатель и приемно-регистрирующее устройство 1,Точностные возможности такогоинтерферометра полностью реализуютсяпри достижении "бесконечной шириныполосы" интерференционных картинровное световое поле), для чего.полный отражающий угол уголковогоотражателя (18 Ф)должен быть точновдвое больше угла между светоделительными поверхностями(96). Для реализации этого равенства светоделительныепластины установлены с возможностьювзаимных юстировочных перемещений,причем достаточной является регулировка по одной угловой степени свободы. Однако вследствие нежесткостиконструкции светоделителя в интерферометре возможны неконтролируемые45(в процессе измерений)перемещенияего элементов еще по шести степенямсвободы, связанные с появлениемдополнительной разности хода интерферирующих, пучков, т.е, приводящиек ошибкам в измерениях.Кроме того, дополнительные отражения света от граней пластин, параллельных светоделительным слоям,приводят к образованию дополнительных интерференционных картин, наложенных на основные,что уменьшаетглубину модуляции информационныхсигналов и нарушает их. фазировку,47 2чем обусловлена необходимость применения диафрагм или светорассеивающих фильтров, вносящих, в своюочередь, значительные потери света,что, в конечном счете, значительноухудшает точность измерений.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсялазерный ннтерферометр перемещений,содержащий осветитель и расположенные по ходу его лучей светоделитель,две светоделительные поверхностикоторого образуют прямой двугранныйугол, биссекторная плоскость которого параллельна направлению измеряемого перемещения, уголковый отражатель, связываемый с объектом, иприемно-регистрирующее устройство 21.В этом интерферометре светоделитель выполнен в виде параллелепипеда с встроенными в него двумясветоделительными поверхностями,образующими прямой двугранный угол,биссекторная плоскость которого совпадает с плоскостью симметрии параллелепипеда и параллельна оси осветителя и направлению измеряемого перемещения,Основной недостаток интерферометра заключается в невозможности регуглировки ширины интерференционныхполос, вследствие чего отсутствуетвозможность исключения влиянияпогрешности изготовления прямыхуглов призмотражателя,. связываемогос объектом, светоделителя и егочастей)на точность измерения. Такимобразом, точность измерений этиминтерферометром ограничена погрешностью изготовления призм и не может быть улучшена путем юстировкиинтерферометра. Кроме того, наличие светопреломляющих граней, параллельных волновому фронту проходящего через них излучения, обуславливает дополнительные отражения и интерференцию света, приводящие к образованию дополнителььых интерференционных картин, наложенных на основные, что ухудшает.функцию видимости интерференционной картины и, следовательно, приводит к заметному снижению точности измерений.Наличие узла визуального контроля,на который постоянно(включая и время измерения)отводится значительная доля энергии исходного лазерного луча, также уменьшает уровень сигналов фотоприемников и защищенность32147 1 О На светоделительной грани 5 лучинтерферометра, например, от световых помех, т,еснижает помехозащищенность, а в конечном счете и точность измерения.Целью изобретения является повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в лазерном интерферометре перемещений, содержащем осветитель и расположенные по ходу его лучей светоделитель, две светоделительные поверхности которого образуют прямой двугранный угол, биссекторная плоскость которого параллельна направлению измеряемого перемещения, уголковый отражатель, связываемый с объектом, и приемно-регистрирующее устройство, светоделитель выполнен в виде равнобедренной трехгранной призмы на катетных гранях которой выполнены светоделительные поверхности, осветитель расположен так, что его оптическая ось перпендикулярна к биссекторной плоскости прямого двугранного .угла, а осветитель и светоделитель установлены с возможностью юстировки взаимного расположения.На чертеже изображена оптическая схема лазерного интерферометра перемещений.Интерферометр содержит осветитель 1, светоделитель 2, выполненный в виде равнобедренной трехгранной призмы, на катетные грани 51 и 5 которой нанесен полупрозрачный зеркальный слой, с гипотенузной гранью 5 и биссекторной плоскостью прямого двугранного угла Д- Д расположенной перпендикулярно к оси осветителя О-О и параллельно направлению измеряемого перемещения Х- Х, уголковый отражатель 3, устанавливаемый на объекте(не показан 1, величина и направление перемещений которого измеряются, приемно-регистрирующее устройство из четвертьволновой пластинки 4, поляризационных фильтров 5, установленных перед фотоприемниками 6, подключенными к блоку 7 электроники, исходный луч.Интерферометр работает следующим образом.Исходный лучформируется осветителем 1. Вследствие того, что свето- делитель 2, выполненный в виде равнобедренной трехгранной призмы, установлен перпендикулярно к оси ,0-О осветителя 1 своей биссекторной 15 20 25 30 35 40 45 50 55 плоскостью Д-Д прямого двугранного угла, образованного гранями 51 и 5 исходный луч 1 О расщепляется гранью на преломленный ;, и отраженный 1, компоненты. Оптическая длина пути луча 1, отраженного1гранью 5 на ее серединеполное внутреинее отражение), образует длину опорного канала интерферометра:,опорного канала расщепляется на преломленный 1 и отраженныйИкомпоненты, которые интерферируют соответственно с отраженным 1иИ преломленным 1, компонентами луча 1 измерительного канала, направленного на грань буголковым отражателем 3, Интерферирующие лучи (один из которых выводится через грань 5) воспринимаются приемно- регистрирующим устройством, на фотоприемниках 6 которого формируются интерференционные картины с взаимнымофазовым сдвигом на 90 для обеспечения автоматического измерения реверсивных перемещений. Регулировкой угла падения луча 1 О на грань 5, изменяют ширину интерференционных полос до достижения равномерно освещенного поля интерференции "бесконечной ширины" полос)и фиксируют расположение элементов интерферометра на все последующее время эксплуатации интерферометра.Новое конструктивное выполнение светоделителя 2 и новое взаимное расположение элементов позволило использовать преломляющие свойства равнобедренной трехгранной призмы, что привело к образованию новых зависимостей между угловыми размерами призмы и углом отклонения осевого луча осветителя 1 призмой. Это в свою очередь позволило скомпенсировать ошибки изготовления прямого угла призмы регулировкой взаимного расположения элементов.Таким образом, в предлагаемом интерферометре реализованы как жесткость конструкции, так и возможность регулировки ширины полос, чем обеспечен более высокий предел точностиизмерений.Вследствие нового конструктивного выполнения светоделителя и нового расположения элементов в интерферометре отсутствуют дополнительные интерфереиционные картины и их суперпозиция с основными, чем1132147 уменьшены энергетические потери, более высокое качество измерительнойулучшена функция видимости интерферен информации, определяющее и лучшиеционной картины, т.е. получено точностные характеристики. Составитель Н.Лобзоваедактор М.Бандура Техред Т.фанта Еоррекжвр С,Шекм аказ 9752/34 Тирвк 586ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и откры 13035, Москва, Ж, Раушская