305349

Союз Советских Социалистических РеспуспинЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 26.11.1970 (ЛЪ 1418894/25-28)с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 04. т.1971. Бюллетень18Дата опубликоваиия описания 15 Л 11.1971 Л 1 ПК 6 01 Ь 11/14 Комитет по делам изооретений и открытий при Совете Министров СССР,Т О А. 1 О. Криштул, В, А. Гришкин и Е. П. Потапов РО Экспериментальный научно-исследовательский институт металлоре, = жущих станков и Московский станкоинструментальный институт С ;сСПОСОБ ОПТИЧЕСКОЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ РАЗВЕРТКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ДВУМЯ ОБЪЕКТАМИИзобретение относится к области оптических измерений линейных и угловых величин, а именно к измерению расстояния между двумя обьектами посредством простраиствепиовремениой развертки изображения оптических линейных или круговых шкал в приборах для контроля зубчатых, червячных и других передач, в системах отсчета координатных перемегцений на металлорежущих ставках, измерительных машинах и приборах.Известеы способ оптической пространственно-временной развертки для измереиия расстояния между двумя объектами с использованием модуляции светового потока ультразвуковыми волнами, заключающийся в том, что в оптически прозрачной среде возбуждают две параллельно направленные бегущие ультразвуковые волны, а перпеидикулярпо направлеиию их распространения пропускают световой поток, Обе ультразвуковые волны, возбуждаемые в известном способе, являются импульсными и распространяются в одном направлении. При взаимодействии с бегущим ультразвуковым импульсом часть светового потока отклоняется от первоначального направления (явление рефракции света). Отклоненный на движущемся импульсе световой поток визуализируется оптической системой по известному методу темного поля в виде перемещающегося светового пятна (точки или линии). Для получения замедленпого движения светового пятна частоты следовяиияультразвуковых импульсов делаются различными, Наблюдаемая оптическая развертка5 представляет собой стробоскоппчески возникающее и прерывисто перемещающееся световое пятно.Однако в известном способе развертка изображается в виде одиночного светового пятиа,промежуток времени. Движение пягиа развертки имеет е непрерывный, а дискретный характер. Простра- ственый шаг развертки много больше длиныультразвуковой волны. В способе дважды, а15 именно между ультразвуковыми волнами и запими по ходу светового потока, используетсятемнопольная длинофокусиая оптическая система, что вызывает большие световые потерии требует интенсивного источника света. Дляполучения эффективного отклонения света няультразвуковых импульсах необходима большая интенсивность ультразвука,Целью предлагаемого изобретения являетсяполучепие развертки в виде оптического растра, непрерывно движущегося с любой, наперед заданной электрически управляемой скоростью при шаге растра, близком к половинедлины ультразвуковой волны.Для этого возбуждают две гармонические30 ультразвуковые волны с разлпчиымп, ио близ кими частотами, раелюлагают ультразвуковые влцы цоследовательцо одна за другои по ходу светового потока, а световые пучки, отклоценцые под различными углами дифракцци, преобразуют оптической системой в карти)у ицтерфсрецциоицых полос.11 а фиг. 1 сзобрагкепа схема реализации предлагаемого способа; ца фиг, 2 - схема образования Вторич пой интер ферсцциоипой картицы,11 сточцик света 1 освещает щслевую диафрагму 2, распологксцпу)0 в фонсе обьектиВс 3. 11 араллельцый световой поток 4, выходящий из об ьектива 3, проходит через две бегущие ультразвуковые волны 5 и 6, расположсциыс рядом одна за другой по ходу светового потока. Ультразвуковая волна 5 возбуждается в прозрачной упругой среде, например жидкости, посредством пьезоэлектрического излучателя 7, иа который подается цапряжсиие от гецсратора Ь спцусоидальшях электрических колебаний. 11 оглотитель 9 обеспечивает распространение в среде бегущей волны 5. Возбуждеиис и распространение бегущей волны 6 аналогично и осуществляется пьезоизлучателем 10, Возбуждаемым от генератора 11 сииусоидальцых колебаний, и поглотителем 12, Генераторы 8 и 11 отличаются друг от друга по частоте, а ультразвуковые волцы 5 и 6 направлены всгречио, Световой поток, прошедший через ультразвуковые волцы, претерпевает дифракцию, т. с. расщепляется на несколько пар аллсльцых световых пучков, цаправленных под различными углами к первоцачальцому цаправлспию Иока (к оптической оси 0-0), Обьектив 13 преобразует световой поток таким образом, что ца экрапе 14, удаленном от фокальной плоскости 15 (обозначена пунктиром) объектива 13 ца расстояние Й, формируется картиыа непрерывио движущихся иитерфсреиционных полос. В различные измеритсльцые устройства ца место экрана 14 устанавливаются стекляццыс или металлические штриховые шкалы, растры, фотоэлектрические приемники и другие элементы.Прострацствсццо-времеипая развертка возцикает следующим образом, В результате взаимодействия параллельного светового потока с ультразвуковыми волнами за ультразвуковым полем возникают дифрагирова)шыс световые пучки, каждый из которых имеет свое направление и интенсивность. В общем случае число отклоненных пучков велико, одцако практически в образовании развертки участвует их ограпиченное количество. При цебольшой интенсивности ультразвука можцо ограцичиться рассмотрением пучков О, +1 и - 1-го порядков, В фокальцой плоскости 15 объектива 13 все три пучка формируот изображение щели 2 в виде точек, расположеццых в разных местах фокальиой плоскости, Точка, соответствующая нулевому порядку, лежит в плоскости 15 иа оси 0-0, Точки, соответствующие пучкам +1 и - 1-го порядков, смещены В плоскости 15 симметрично Оси 0-0 ца рас.)льтразвуковой волны, 12 - задцес фокусюерасстояццс объектива 13.Особсс)ностьс) дифракцци света ца бегу)цсйультразвуковой волне является то, что оптп 10 сскис )астоты В дифра 1 ирВИцых светов 1, ;пучках смещены ца величины, кратные )аетотс ультразвуковой волны. Если, например, частоту света источцика 1 принять раи)ой х, тооптические частоты распределятся следующим15 образом: в пучке 0-го порядка - т/ь В пучках -)-1-го порядков в (т,+ /) где ) - частотультразвуковой волны. Таким образом, результатом дифракции света ца бегущей ультразвуковой волне является образова Ис В ф 20 кальцой плоскости 5 изображсций дпафра)- мы 2. СВст 0 т этих изоор 1 жепий за фо(альпой плоскостью иитерферируст и даст Оцп)- ческое изображение ультразвуковго поля.Так как световой поток, водящий в обьек 25 тив 13, проходит через две бегу)цие ультразвуковые волны с различными частотамии 12, то в фокальцой плоскости 15 Возникаютдве группы изображений щелевой диафрагмы 2, как это изобра/кено ца фиг. 2: От ульт 30 развуковой волны 5 с частотой ) - точки О,1. и 1.2 и от Влцы 6 с частотой )/г - т(гаки О, 1,и 12. При ЗтОм 01 - 01,2, 01 - 01., а/. /.лы дифракции +) ---и г 1=-, где Л;35 л,ли Лг - д;ицы ультрсзвковых Воли 5 и 6 с- ответственно. В плоскости 14 цаблн)дастсякартина интерференции от Всех указаццыхисточников. Зта картина и представляет со 40 бой развертку, непрерывно перемеИающусяс линейной скоростью. Световые колсоация Вто)ках 1. и 12 СООВстствепцо рс)впы 1-)солсбапий с близкими час)от)мп, цИ 1 Име(1 и ЕЕ= Л Сов 2 лхо 1+ср,1.=Л Соя 2 лло 1+срг11 ДСр (1) =2 л) 1срг(1) =2 л/2Разцость фаз этих колсбаццй меняется вовремени, хотя прострапствсццос положение 60 источников 1, и 1 , пеизмсцю;Л ср = ср- -ср 2 1 г) = 2 л (// - 12)= 2/с Ь(сгде65305 З 49 Это означает, что интерференционная картина не остается неподвижной, а линейно смещается во времени, В результате интерференции световых колебаний Е и Е+ в плоскости 14 образуется оптический растр, шаг которого равен й где Г = - оптическое увеличение системы; С, - скорость ультразвуковой волны в упругой среде.Скорость перемещения интерференционнойкартины, т. е. скорость развертки, равназ.Мрязв --а направление перемещения совпадает с направлением распространения ультразвуковой волны меньшей частоты.Интерференция световых колебаний Еи Е, образует оптический растр, полностью совпадающий с первым, Таким образом, оптическая развертка, образующаяся в результате интерференции всех световых источников, расположенных в фокальной плоскости 15, представляет собой растр, непрерывно движущийся в направлении, совпадающем с цаправлснием распространения ультразвукоьой волны меньшей частоты со скоростьо, пропорциональной разности часот ультразвуковых волн и шагом, определяемы оцошеццсм 5 скорости улыразвука в упругой среде к с) ммечастот ультразвуковых волн. Предмет изобретения 10 Способ оптической пространственно-временной развертки для измерения расстояния между двумя объектами с использованием модуляции светового потока ультразвуковыми волнами, заключающийся в том, что в опти чески прозрачной среде возбуждают две параллельно направленные бегущие ультразвуковые волны, а перпендикулярно направлению их распространения пропускают световой поток, отличающиися тем, что, с целью полу чения развертки в виде оптического растра,непрерывно движущегося с любой наперед заданной электрически управляемой скоростью при шаге растра, близком к половине ультразвуковой волны, возбуждают две гар монические ультразвуковые волны с различными, но близкими частотами, располагают ультразвуковые волны последовательно одна за другой по ходу светового потока, а световые пучки, отклоненные под различными угла ми дцфракццц, преобразуют оптической системой в картину ицтерференциоццых полос,Редактор О. Юркова Тсхрсд Л, В. Куклина Типография, пр, Сапунова, 2 Закал 1979 Изд. Хв 807 Тираж 473 Подписное П 11 ИИПИ Компсто по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5