Устройство для определения линейных продольных перемещений поверхности

(9 01 В 11/00 РЕТЕНИ 7 ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(21) 4937231/28 (22) 20.05,91 (46) 23.04.93. Бюл. Ь 15 (71) Белорусский научно-исследовательский институт неврологии, нейрохирургии и физиотерапии и Институ физики им. Б.И.Степанова (72) С.К.Дик, И.В.Мархвида, Л.В.Танин и А.С.Рубанов (56) Авторское свидетельство СССР ЬЬ 641274, кл. 6 01 В 11/00, 1973.Авторское свидетельство СССРМ 1241062, кл. 6 01 В 11/00, 1984, . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ЛИНЕЙНЫХ ПРОДОЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерений смещений в системах с позици- : . онированием режущего, сварочного, маркирующего инструмента, в роботизированных обрабатывающи ния - расширен продольных линейных перемещений поверхности и области использования, Устройство содержит лазер 1, оптически связанный с линзовой. системой 2, жестко закрепленной на исследуемой поверхности, диафрагму 3 и вращающийся диффузно-рассеивающий элемент 4, установленный на оптичесой оси с линзовой системой 2, фотоэлектрический датчик 5 и анализатор 6 спектра. Вращение диффузно-рассеивающего элемента 4 приводит к изменению спекл-поля, образован. ном рассеянным когерентным излучением, Через полевую диафрагму 3 с помощью фотоэлектрического датчика 5 регистрируют и преобразуют флуктуации интенсивности спекл-поля в электрический. сигнал, который поступает на анализатор 6 спектра. Опреде- Б ление линейного продольного перемеще- ния поверхности производят по изменению амплитуды спектральной гармоники в спекре флуктуаций интенсивности спекл-поля.5Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение дляопределения линейных продольных перемещений поверхности в робототехнике,машиностроении, других отраслях промышленности и научных исследованиях.Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых линейных продольных перемещений и области использования.Поставленная цель достигается тем, что 10заявляемое устройство для определенияпродольных линейных перемещений поверхности, содержащее лазер, линзовую систему, диафрагму и фотоэлектрический датчикотличается тем, что,с целью расширения 15диапазона измеряемых перемеи(ений поверхности и области использования, оноснабжено диффузно-рассеивающим элементом, установленным на оптической осис линзовой системой, жестко крепящейся на 20исследуемой поверхности, с возможностьювращения его вокруг оси, параллельной оптической оси, и анализатором спектра, электрически связанным с фотоэлектрическимдатчиком, 25На фиг. 1 изображено устройство,Устройство содержит лазер 1, оптически связанный с помощью волоконно-оптического световода 7 с линзовой системой 2,жестко закрепленной на исследуемой поверхности, диафрагму 3 и вращающийсядиффузно-рассеивающий элемент 4, установленный на оптической оси с линзовойсистемой 2, фотоэлектрический датчик 5 ианализатор спектра 6. 35Устройство используют следующим образом. Лазерным пучком от лазера 1, с заданной с помощью линзового элемента 2степенью расходимости, освещают диффузно-рассеивающий элемент 4, вращающийся 40с некоторой скоростью ч в направлении,перпендикулярном оси распространенияпучка, и находящийся на строго фиксированном расстоянии от линзового элемента2. 45Для уменьшения паразитной засветкиФЗУ посторонним излучением (дневным, отлампы накаливания и т,п.) служит светофильтр 8.Вращение диффузно-рассеивающего 50элемента 4 приводит к изменению спекл-поля, образованного рассеянн .м когерентным излучением. Через полевую диафрагму3 с помощью фотоэлектрического датчика 5регистрируют и преобразуют флуктуации 55интенсивности спекл-поля в электрическийсигнал, который поступает на анализаторспектра 6. Анализатор 6 в свою очередь и роизводит разложение полученного электрического сигнала в спектр. Перемещая в продольном направлении поверхность, с укрепленным на ней линзовым элементом, регистрируют амплитуду А спектральной гармоники в спектре флуктуаций интенсивности спекл-поля и строят калибровочную кривую зависимости амплитуды А от продольной координаты датчика 2, Перемещение контролируемой поверхности приводит к изменению геометрических параметров оптической схемы устройства, таких как диаметр освещаемого участка поверхности диффузно-рассеивающего элемента, расстояния от фокуса линзового элемента до диффузно-рассеивающего элемента, а следовательно и радиуса кривизны волнового фронта, падающего на диффузно-рассеивающий элемент. Изменение этих параметров оказывается на динамической трансформации спекл-поля и проявляется, в частности в изменении амплитуды А спектральной гармоники флуктуаций интенсивности регистрируемого поля, Произведенные измерения зависимости амплитуды спектральной кривой от продольного перемещения контролируемой поверхности позволяют получить калибровочную кривую, с помощью которой можно определить линейное продольное перемещение поверхности.Пусть лазерный пучок с шириной ао освещает на движущемся со скоростью ч диффузно-рассеивающем элементе участок диаметром в, Расстояние от перетяжки до диффузно-рассеивающего элемента - 2, Наблюдение динамического спекл-поля проводим в плоскости на расстоянии Й от диффузно-рассеивающего элемента. Если временной интервал между измерениями обозначить через т, то временную автокорреляционную функцию флуктуаций интенсивности в заданной точке регистрации можно записать в следующем видеМ=ехИ,( - ",+ гГ"1, Ю1 Ягде ЬХ = -- размер спекла в плоскостиЛОАЧрегистрации;параметр о= (1+ - );Вр - кривизна волнового фронта, освещающего пучка. Зависимость уЬ(т) от 2 достаточно сложная. Отмечено, что а = в гИ + 2 г г/г/ювао ),/у=2(1 + л ао /2) и в реальных схемах не трудно выбрать участок, где зависимость от 2 будет монотонной. При практиченкой реализации устройства исследуется спектр флуктуаций интенсивности, который имеет видВ устройстве для определения линейных продольных перемещений поверхности исследуется соотношение (2). Для измерения линейного перемещения контролируемой поверхности в продольном направлении, на полученной экспериментально калибровочной кривой для данной оптической схемы, выбирается линейный участокна котором изменение амплитуды спектральной гармоники прямо пропорционально продольному смещению контролируемой поверхности. Таким образом, измерив амплитуду спектральной гармоники, используя линейный участок калибровочной кривой, можно определить величину линейного продольного перемещения поверхности (см, пример),П р и м е р. Исследовалась возможность определения линейного продольного перемещения подвижной тележки с укрепленной на ней линзой, путем регистрации изменения амплитуды спектральной гармоники спекл-поля, образованного рассеянным от вращающего диффузно-пропускающего диска лазерным излучением, на частоте вращения при линейном перемещении подвижной тележки с укрепленной на ней линзой в продольном направлении. Частота вращения диска равна 60 Гц. Фокусное расстояние линзы 11 см,. Размер отверстия полевой диафрагмы равен 120 мкм. Полученные данные приведень на фиг2. Показан участок калибровочной кривой,на котором изменение амплитуды спектральной гармоники (частота 60 Гц) флуктуа 5 ций спекл-поля одиффузно-пропускающего диска прямопропорциональна перемещению подвижной тележки в продольном направлении.Изобретение позволяет расширить диапа 10 зон измерений продольного перемещенияпримерно на два порядка в сравнении спрототипом, а также позволяет значительноупростить конструкцию устройства, Диапазон смещений в данном примере равен 1015 см. Вращающийся диффузно-рассеивающий диск,.полевую диафрагму и фотоэлектрический датчик можно выполнить в видеединого блока,Ф о р мул а изобретен ия20 Устройство для определения линейныхпродольных перемещений поверхности, содержащее лазер, линзовую систему, оптически связанную с лазером, диафрагму ифотоэлектрический датчик, о т л и ч а ю щ е 25 е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых перемещений поверхности и области использования, оно снабженодиффузно рассеивающим элементом, установленным на одной с линзовой системой30 оптической оси с возможностью вращениявокруг нее. и анализатором спектра, электрически связанным с фотоэлектрическимдатчиком, а линзовая система предназначена для жесткого закрепления на исследуе 35 мой поверхности.1810748 Ж 76 7 В Ф Составитель С.Дик Техред М,Моргента Реда кто ектор М.Максимишине оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж ул.Гагарина, 10 аказ 1439 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5