Устройство для контроля прямолинейности

(51) 4 С 01 В 21/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН тво СССР 4, 1974, ОЛЯ ПРЯМ я к области елью изобре- производи- дежности ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 30.09,88, Бюл. У 36 (71) Научно-исследовательский институт прикладной геодезии (72) В.И.Юрлов(56) Авторское свидетельс У 446826, кл. С 01 И 29/О (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТР ЛИНЕЙНОСТИ(57) Изобретение относитс измерительной техники. Ц тения является повьппение тельности, точности и на путем применения режима пространс венной модуляции светового потока вакустооптической ячейке. При прохождении светового потока 15 через акустооптическую ячейку 2 возникают дифракционные лучи 14, которые содержатв огибающей сигнала дифракционноголуча 14 информацию о фазе сигналагенератора 8 опорных колебаний. Приперемещении измерительной каретки 3по измеряемому профилю вследствие егонеровности будет меняться фаза огибающей сигнала дифракционного луча14. Измеряя изменение фазы огибающей сигнала дифракционного луча 14фазометром 7, определяют величинунеровности измеряемого профиля.ил, ЯИзобретение относится к измери"тельной технике и может быть использовано при контроле отклонений отпрямолинейности и плоскости.Цель изобретения - повышениепроизводительности, точности и надежности путем расположения фотоприемника и объектива на измерительной каретке и применения режима пространст- Овенной модуляции светового потока вакустооптической ячейке.На чертеже представлена функцио"нальная схема устройства для контроля прямолинейности. 5Устройство для контроля прямолинейности содержит оптически связанныеисточник 1 света, акустооптическуюячейку 2, установленную на измерительной каретке 3 и предназначенную 20для модуляции светового пучка и позиционно-чувствительный фотопреобразователь 4, предназначенный для опреде"ления отклонений светового .пучка,усилитель 5, последовательно соединенный с исполнительным механизмом6, кинематически связанным с источником 1 света. Цепочка обратной связи из позиционно-чувствительного фотопреобразователя 4, усилителя,5 и ЗОисполнительного механизма б предназначена для стабилизации положе"ния опорного светового пучка источника 1 света, Кроме того устройствоимеет фазометр 7 дляизмерения фазового сдвига, генератор 8 опорныхколебаний, избирательный усилитель 9,предназначенный для усиления первойгармоники сигнала с частотой ,регистрирующий блок 10 и генератор 4011 несущих колебаний с частотой И ,модулируемый опорными колебаниямичастоты,Я, Объектив 12 и фотоприемник 13 установлены на измерительнойкаретке 3 в зоне действия дифракционного пучка 14 акустооптической ячей. -ки 2. Фотоприемник 13 расположен вфокальной плоскости объектива 12. Выход генератора 8 опорных колебанийсоединен с первым входом фаэометра 7и модуляционным входом генератора 11несущих колебаний, выход которогосоединен с входом акустооптическойячейки 2. Выход фотоприемника 13 соединен с входом избирательного усилителя 9, выход которого соединен свторым входом фазометра 7, выход которого соединен с регистрирующимблоком 10Объ ек тив 1 2 предна зи ач ен дляфокусировки дифракционного пучка 14на светочувствительной площадке фотоприемника 13 и устранения возможногосмещения светового пятна со светочувствительной площадки при параллельных перемещениях измерительнойкаретки вверх и вниз на неровностяхконтролируемого профиля. Фотоприем"ник 13 предназначен для детектирования огибающей светового сигнала счастотой Й и подачи ее на фаэометр 7для измерения фазового сдвига,Устройство работает следующим образом.Источник 1 света, установленныйвначале контролируемого профиля, испускает опорный световой пучок 15 сплоским волновым фронтом (параллельный пучок), который проходит сквозьакустооптическую ячейку 2 и попадаетна позиционно-чувствительный фотопреобразователь 4. Световой пучок 15 за"дает опорную прямую линию, совпадающую с его осью симметрии относительно которой ведется контроль и измерение прямолинейности профиля. При случайных отклонениях светового пучка 15,вызванных дрейфом диаграммы направленности источника 1 света или флюктуационными изменениями градиента показателя преломления воздушной среды, на выходе позиционно-чувствительного фотопреобраэователя 4 появляется сигнал рассогласования, которыйусиливается усилителем 5 и приводитв движение исполнительный механизм6. Исполнительный механизм 6 поворачивает источник, света таким обра"эом, чтобы световой пучок 15 занялпервоначальное положение и сигналрассогласования. равнялся бы нулю.Таким образом осуществляется стабилизация положения опорного световогопучка 15. Генератор 8 опорных колебаний с частотой Й модулирует поамплитуде сигнал генератора 1 1 несущих колебаний с частотой Я , воздействуя на его модуляционный вход.Амплитудно-модулированный сигналвозбуждает в акустооптической ячейке 2 ультразвуковую волну следующего вида: Б(С,х)щ ) Фвссс с 1 с-хх) со с(ис-Хх),(1)Ягде К " - волновое число огиЧбающей волны; ЯК-"- - волновое число несуЧщей волны;ш - индекс модуляции;текущее время;х - координата вдоль направления движения ультразвуковой волны.Ультразвуковая волна возбуждается на входном торце акустооптической ячейки 2 и проходит некоторое расстояние Х, до пересечения оси15 светового пучка 15, претерпевай при этом задержку во времени. Эта задержка приводит к появлению фазового сдвига в огибающей (опорном колебании) сигнала й(2) Для того, чтобы акустооптическая ячейка 2 работала в дифракционном режиме, необходимо, чтобы длина волны несущего колебания была много меньше ширины светового пучка. При этом должно выполняться следующее неравенство: Я 2 иЧ Ультразвуковая волна вида Я(С,х) ш сов(ЯС-Кх) в соответствии с упру 35 гооптическим эффектом модулирует показатель преломления материала акустооптической ячейки 2 и в зоне пере" сечения светового пучка 15 представляет собой бегущую Фазовую дифракци" 40 онную решетку,В результате на выходе, кроме опорного светового пучка 15 (нуле 1 вой порядок), появляются дифракцвонные лучи. Один из них (14), со ответствующий первому порядку дифракции, фокусируется объективом 12 на фотоприемнике 13, Вследствие того, что сигнал, создающий дифракционную решетку, промодулирован по ампли туде опорным колебанием с частотой 2, амплитуда напряженности электрического поля в дифракционном пучке 14 также изменяется во времени с частотой й, и фазовым сдвигом, определя емым выражением (2). Поскольку все .фотоприемники имеют квадратичную характеристику, выходной сигнал кроме составляющей с частотой Й содержит еще постоянную составляющую и вторую гармонику, которые подавляются в избирательном усилителе. В результате этого после усилителя 9 на вход фазометра 7 поступает сигнал вида:Я,(Е) сов(ае+.На второй вход фазометра 7 поступает сигнал с генератора 8 опорных колебаний вида:Й (Т) " сов йС,фазометр 7 измеряет фазовый сдвиглинейно связанный с расстоянием Х ,в соответствии с выражением (2), Регистрирующий блок 10 фиксирует сигнал, пропорциональный величине смещения Х В процессе передвиже" ния измерительной каретки 3 по контролируемому профилю в результате неровностей последнего измерительная каретка 3 периодически поднимается и опускается. При этом соответственным образом изменяется величина Х. Величины этих измерений фиксируются в регистрирующем блоке 10 и позволяют определить степень прямолинейности контролируемого профиля. При этом опорный световой пучок 15, прошедший акустооптическую ячейку 2, не подвергается искажениям, его Фазовый фронт, остается плоским, что сущест" венно увеличивает длину контролируемого профиля.Работа акустооптической ячейки в дифракционном режиме не требует боль" ших мощностей акустического сигнала, Относительно низкие мощности акустического сигнала не приводят к быстрому разрушению материала ячейки. За счет этого устройство обладает повышенной надежностью.формула изобретенияУстройство для контроля прямолинейности, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные источник света, акустооптическую ячейку и позиционно-чувствительный фотопреобразователь, последователь" но соединенные усилитель и исполнительный механизм, последовательно соединенные генератор опорных колебаСоставитель В.МолодцовРедактор Л.Пчолинская Техред А.Кравчук Корректор М.Демчик Заказ 4842/36 Тираж 680 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 14271 ний и фазометр, избирательный усилитель, регистрирующий блок и измерительную каретку, на которой установ лена акустооптическая ячейка, выход избирательного усилителя подключен5 к второму входу фазометра, выход которого подключен к входу регистрирующего блока, исполнительный механизм кинематически связан с источником света, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью повышения производительности, точности и надежности, оно снабжено генератором несущих колебаний, оптически связанНыми объективом и фотоприемником,6устанавливаемыми на измерительной каретке в зоне действия дифракционноголуча акустооптической ячейки, фотоприемник расположен в фокальнойплоскости объектива, выход Фотоприемника соединен с входом избирательного усилителя, выход генератораопорных колебаний соединен с модуляционным входом генератора несущихколебаний, выход которого подсоединен к входу акустооптической ячейки,частота Ю генератора несущих колебаний выбрана из условия обеспечениярежима дифракции акустооптическойячейки,