Интерферометр для измерения линейных величин

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 8 19) (11) 51)5 (з О В 9 02 КОМИТЕТ ОТКРЫТИ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕПЬСТ А ВТОРСК на тел(7 ) Институт сверхтвердых материаловАН УССР(54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЪХ ВЕЛИЧИН(57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения являетсяповышение точности за счет уменьшения Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения перемещений с помои)ью оптических интерферометров, и может быть использовано для высокоточных измерений размеров и перемещений узлов прецизионных установок в станкостроении, машиностроении, приборостроении, в системах автоматического управления.Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения неравноплечности интерферометра и устранения влияния неконтролируемых изменений внешней среды, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения перемещений.На фиг. 1 изображена оптическая схема и редла гаемого устройства; на фи г. 2 конструкция жесткого модуля интерферометра; на фиг. 3 - фрагмент устройства для случая измерения угловых перемещений.В состав устройства входит источник 1 когерентного .излучения (лазер), свстоделитель 2, представляющий собой куб-призму, на гипотенузной грани которой имеются три зоны 3, 4 и 5, полупрозрачная, зсркальнеравноплечности интерферометра и, слепо. вательно, устранения влияния неконтролируемых изменений внешней среды, а также расширение функциональных возможностей. Это достигается тем, что светоделител ь, выполненный в виде куба-призмы, гипотенузная грань которой имеет прозрачнук) полупрозрачную и зеркальную зоны, жестко закреплен с дополнительным отражателем и призмой и образует жесткий модуль, а каналы интерферометра, содержащие плоские зеркала и уголковые отражатели, жестко скрепленные между собой, обладают симметрией. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. я и прозрачная. На грань 6 светоделчя 2 посредством оптического контакта или склеивания установлен отражатель 7, ребро 8 рабочего двугранного угла которого параллельно зондирующему лучу а и симметрично расположено относительно грани 6. На грани 9 дополнительного отражателя 7 симметрично расположена призма 10, которая устанавливается на грань 9 своей гипотенузной гранью посредством оптического контакта или склеивания оптическим клеем. В створе граней 11 и 12 свегоделителя 2 жестко установлены на основании (не показано) зеркала 13 и 14, которые отклоняют лучи в и с в направлении уголковых отражателей5 и 16, которые представляют собой призмы-крыши БР", ребра двугранных углов которых установлены параллельно один другому, перпендикулярно ребру 8 рабочего двуграгного угла отражателя 2, перпендикулярно.соответствующим зондирующим лучам в и с и размещены по ходу лучей напротив границ раздела соответствующих зон светодечителя - прозрачной и полупрозрачной для призмы 15, полупрозрачной и зеркальной для призмы 16. Оба отражателя жестко сня 1567870заны между собой и имеют возможность перемешаться в процессе измерений вдоль измерительных лучей в и с интерферометра в пределах требуемого диапазона измерений. При этом расстояние между зеркалами 13 и 14 должно быть несколько больше требуемого диапазона измерений. Угловые отражатели 15 и 16 жестко скреплены между собой, образуя подвижный модуль 17. На выходе устройства установлен фото- приемник 18, преобразующий выходной оптический сигнал в электрический. В качестве регистратора 19 использован блок регистрации, состоящий из двуканального усилителя информационного блока управления, реверсивного двоично-десятичного счетчика, двоичного счетчика, дешифратора цифрового индикаторного устройства и выходных разъемов (не показано).Вариант устройства для измерения угло. вых перемещений предусматривает уста. новку подвижного модуля 17 на вращающемся объекте 20 (фиг. 3), ось 2 вращения которого смещена относительно рабочих ребер отражателей 5 и 16.Устройство работает следующи м образом.Луч и от источника 1 когерентного излучения попадает в светодслитель 2 на полупрозрачную зону 3, где делится на два пучка с примерно равными интенсивностями: луч в, отраженный от полупрозрачной зоны 3, и луч с, прошедший через полупрозрачную зону 3 светоделитсля 2. Луч и, отразившись от зеркала 13, попадает нз один нз отражателей 15 со очернением относительно ребра рзоочего дву рзнного угла. Отрззиншись от отражателя в обратном направлении, но со смещением в плоскости чертежа, луч в по пути отразившись еше раз от зеркала 3, попадает снова в светоделитель 2 и уже через прозрачную зону 5 попадает нз отражатель 7 со смещением относительно ребра 8 рабочего двугранного угла, где смецдается в вертикальном направлении, после чего луч возвращается по тому же пути в обратном направлении опять на свето- делитель только со смешением по вертикали. Второй луч с после светоделителя 2 отражается от зеркала 14 и отражателя 16, после которого смешается в плоскости чертежа и в обратной последовательности возвра 1 цается на светоделитель, но уже на зеркальную его зону 4. После отражения от зеркальной зоны 4 луч последовательно отражается от дополнительного огражателя 7 со сл 1 егцениел 1 чо высоте зеркальной зоны 4 светоделителя и точно в обр;тной последовательности возвращаетс, нз полупрозрачную зону 3 светоделителя, где смешивается с лучом, пришедшим с другого плеча интерферометра. Оптическое смешение происходит на полупрозрачной зоне 3 светоделителя 2, но в точке, которая смещена отно 5 10 15 20 21 30 35 40 45 50 55 сительно точки деления лучей на расстояние не менее диаметра луча. Два оптически смешанных луча интерферометра образуют интерференционную картину, которая регистрируется фотоприемником 18 с регистратором 19 и по изменению порядка полосы, связанного с контрочируемым перемещением, судят о величине и направлении этого перемещения. На пути распространения второй пары оптически смешанных на полупрозрачном покрытии зоны 3 лучей установлена призма 1 О, которая выводит их из интерферометрз с цельк предотвращения попадания их в исходную точку деления лазерного луча, что улучшает стабильность результирующей интерференционной картины. а, следовательно, повышает точность измерения устройст. ва н целомУст(н)йство позволяет измерить линейные и угловьц перемещения, з также линейные размеры объектов. В режиме измерения линейных перемещений подвижные отражатели 5 и 16, скрепленные в один жесткий модуль 17, перемещаются вместе с объектом, на котором они установлены и линейное перемешение которого необходимо измерять. При эт дл 1 дискретность измер. ния будет равна г, 8Изл 1 ерен 1 ц угловых перемещений обеспечивается усгзновкой жестко скрепленных подвижных отражателей 15 и 16 в один жесткий модуль 17 на вращающемся объекте 20 и тем, что предлагаемый интерферометр не чувствителен и поперечным смещениям под. вижных отражателей. Оптимальным является варипиконструкции устройства, когда ось 21 врагцения объекта смещенз вдоль линии. перпендикулярной зондирующим лучам и проходящей через примерно совмещенные ребра рабочих двугранных углов подвижных отражателсй В этом случае обеспечивается л;зксил 1 зльный диапазон измерения углов, составлякпций - + 10, з точность пропорциональна 1./8.В режиме измерения линейных размеров объектов один из отражателей 15 (или 16) закрепляется неподвижно на основании (не показано), а другой отражатель 16 (нли 15) выполнен с возможностью перемещения вдоль зондирующих лучей. Перед измерением линейных размеров объекта (не показано) по,движный отражатель 16 (или 15) перемегцзют вдоль оптической оси навстречу неподви кному отражателю 15 (16) до соприкосно. нения друг с другом, при этом показания регистратора 19 сбрасываются ь нуль. Затем отражатель 16 отвд дят от отражателя 15 нз расстояние несколько больше размера измеряел 1 ог обьскгз. Контролируемый объект вводят между отражзтелми 15 и 6 так, чт линия измерения совпадает с оптической осью инпгерферометра и касаются объектом н подвижного отражателя 15. После этои подвижный отрзжа-.е. 6 перемещают досоприкосновения с объектом и снимают отсчет. Дискретность измерений в этом режиме 1./4.Формула изобретения1. Интерферометр для измерения линейных величии, содержащий исгочник когерентного излучения, светодели;ель и размещенные в каждом из плеч интерферометра плзское зеркало и уголковьй отражатель, отличающийся тем, что, с целью повы шения точности измерений, он снабжен отражателем, выполненньм в виде призмы-крыши, и прямоугольной призмой, жестко установленной своей гипотенузной гранью на катетной грани отражателя симметрччно относительно падающего на эту грачь луча, светоделитель выполнен в виде куб-призмы, гипотенузная грань которой состоит из трех я н - прозрачной, полупрозрачной и зеркальной, отражатель жестко установлен на выходной грани куб-призмы симметрично отно сительно оси симметрии этой грачи орие- трован так, что ребро его рабочего дву.Гранного угла параллельно лучу источника 5 когерентного излучения и смещено по высоте относительно луча на расстояние, не меньшее половины диаметра луча, уголковые ог ражатели ориентированы так, что их ребра рабочих двугранных уголков парадль,ы между собой, перпендикулярны ребру,сбочего двугранного угла отражгтель, и расположены напротив границ раздела сл.;одслительной и зеркальной, светоделительной и прозрачной зон гипотенузной,рани свето делителя в нгправлении хода прошедшего 15 через свегоделитель и отраженного от неглучей соответственно.2. Интерферометр по и. 1, отличающийсятем, что, с целью расширения функциональных возможностей зг счет измерения также и перемещений, уголковые отражатели жестко скреплены между собойинК Пожо ректор писное ГКНТ СССРгар.на, 101 и открытиямн аб., д. 4/5 . Ужгород, ул Редактор Ю. СередаЗаказ 1314НИИП 1 Государственьн113035,Гризводсгвенно.издатс Составитель В. БТекред И. ВерееТираж 486го комитета по изобретенияМосква, К 35, Рауискагьский кмбинат Патентз