Способ измерения угловых величин и устройство для его осуществления

(9) ц 5 601 В 11/ ИСАНИЕ ЕН ОБР к технической производстве Целью изобре ойства является ния угловых пе ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ВЕЛИЧИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57). Изобретение относитсяфизике и может быть прикрупногабаритных изделий.тения в части способа и устрповышение точности измере Изобретение относится к области технической физики и может быть широко использовано в специальных геодезических работах, в точных геофизических измерениях и при производстве крупногабаритных иэделий в качестве контрольно-измерительной аппаратуры.Известны способы измерения углового положения объекта с помощью интерференционного изображения, К ним относятся способ измерения угловых величин с помощью плоско-параллельной пластины и способ рычажной схемы двухплечевого интерферометра Майкельсона, Эти способы характеризуются нелинейной зависимостью порядка интерференции от измеряемого угла рассогласования, что приводит к усложнению системы обработки результаремещении, Излучение от лазера образует волновой фронт, иэ которого в системе анализа картины полупрозрачное зеркало 1 выделяет участок фронта. Второе зеркало 2, развернутое относительно полупрозрачного, направляет на зеркало 1 второй участок волнового фронта, который после отражения от полупрозрачного зеркала 1 встречается с прошедшим сквозь него под углом сходимости, Второй канал образован аналогично первому, но с помощью второй части зеркала 3, развернутого относительно полупрозрачного зеркала 1 на заданный угол, В случае смещения объекта, а соответственно и лазера, происходит разворот волнового фронта относительно системы анализа, при Б этом возникает разность кода, несущая ин. )у формацию о положении обьекта. 2 с, и 1 з,п,ф-лы, 2 ил. тов измерений и к понижению точности измерений.Известны также способы измерения углов с использованием пространственной когерентности излучения, при которойнелинейность зависимости угла рассогласования и порядка интерференции устраняется, Они основаны на классическом опытеЮнга и наиболее характерно реализованыв звездном интерферометре Майкельсона,обладающем высокой угловой чувствительностью, определяемой размером базыприема и длиной волны используемого излучения,Способ реализован путем образованиясистем интерференционных картин от двухпар участков волнового фронта от одногоисточника излучения, Смещение интерфе 1795271интерференционной картины, особенно дробную часть одной полосы.Целью изобретения является повышение точности угловых измерений интерференционного устройства. 45 Цель достигается тем, что в устройстве для измерения угловых величин приемный зеркальный блок выполнен в аиде системы зеркал, образующей две пары сходящихся волновых фронтов и состоящей иэ.общего для них полупрозрачного зеркала и второго глухого зеркала, расположенного от полупрозрачного на расстоянии, зависящем от требуемой точности измерений, и представляющего из себя составное иэ двух частей, 55 развернутых относительно полупрозрачного на углы, равные по величине, но противо"положные по знаку,Данный способ реализован с использованием одного лазерного источника излучеренционных картин в плоскости анализа дает однозначную информацию о положении источника излучения. Точность измерения при использовании этого способа определяется погрешностью того канала, в котором используемые участки волнового фронта разнесены на большее расстояние, Влияние второго канала на точность измерения отсутствует, он обеспечивает лишь увеличение диапазона измеряемых 10 угловых величин.Целью способа является повышение точности измерения интерференционным методомЦель достигается тем, что в предпола гаемом способе измерение угловых величин проводят по двум интерференционным картинам, образованным от участков волнового фронта, попарно разнесенных на. . одинаковое расстояние, но имеющих про тивоположные по знаку углы сходимости относительно участка волнового фронта, выделенного полупрозрачным зеркалом.Известны устройства, реализующие интерференционные способы измерения уг лов с использованием пространственной когерентности излучения.Существенным недостатком данного устройства является необходимость использования достаточно сложной системы опре деления знака рассогласования, а также то, что предельные погрешности измерения угловых величин в нем определяются величиной базы приема большего из каналов. Еще один из недостатков прототипа заключает ся в том, что приемная система из четырех зеркал образует интерференционную картину, линейная ширина в которой изменяется при изменении угла рассогласования, что существенно усложняет систему анализа 40 ния, который образует в плоскости приема волновой фронт, из которого выделяются две пары разнесенных на некоторое расстояние участков, При этом углы сходимости двух пар участков волнового фронта образуются путем разворота участков волнового фронта относительно опорного на равные и противоположные по знаку углы.Способ поясняется фиг.1 и 2,На фиг,1 представлена одна из возможных схем реализации предлагаемого способа. Два приемных канала образованы установленным под углом 45 к направлению на источник излучения полупрозрачным зеркалом 1 и глухими зеркалами 2 и 3, развернутыми относительно направления, параллельного полупрозрачному зеркалу, на углы + уъ в одном канале и - ъ в другом, Образование интерференционной картины происходит после совмещения пучков полупрозрачным зеркалом, а анализ может производиться в любой плоскости, лежащей за ним.Способ реализуется следующим образом.Излучение от лазерного источника образует волновой фронт, иэ которого в плоскости приема полупрозрачное зеркало 1 выделяет опорный участок волнового фронта. Глухое зеркало 2, развернутое на угол +ро относительно полупрозрачного, направляет на это зеркало второй участок волнового фронта, который после отражения от полупрозрачного зеркала встречается с прошедшим сквозь него под углом сходимости, равным 2 ро. Второй канал образован аналогично первому, но с помощью зеркала 3, развернутого относительно полупрозрачного зеркала на угол - Ъ , Поэтому угол сходимости волновых фронтов во втором канале равен -2 Ъ . Если лазер сместится, то волновой фронт развернется относительно приемного блока, возникает разность хо- . да, несущая информацию о положении источника излучения. Интерференционная картина по каждому из каналов начнет перемещаться, при этом. направление перемещения определяется знаком угла сходимости волновых фронтов, образующих интерференционную картину в каждом иэ каналов, Таким образом, величина смещения источника излучения определяется величиной смещения интерференционной картины от первоначального положения, а знак смещения - направлением взаимного перемещения картин в двух каналах,Следовательно, в измерительной схеме отпадает необходимость введения устройств для определения знака рассог1795271 б 1соз 45-- 2.52 б 1соз 45щ твом 35 б 1соз 45р 1 агст 901,2 б 1соз 450ргагст 91,з ласования с использованием двух фотоприемников или фаэочувствительным сканированием.";сли две части зеркала 2 и 3 разнести на разные расстояния относительно полупрозрачного зеркала (фиг,2), а развороты этихзеркал относительно направления, параллельного полупрозрачному зеркалу, сделать Ме только противоположными по знаку, но и отличающимися по величине, то можно получить различные соотношения скоростей перемещения интерференционных картн в плоскости анализа. Предельные значения этих углов определяются выраже- ниямИ где б 1 - световой диаметр полупрозрачного зеркала,Р 12, 01 з - расстояние между полупрозрачным зеркалом и частями второго зеркала.Превышение значений этих углов при-. водитк геометрическому виньетированию, меняющему условий анализа интерференционной картины, Расстояния междузеркалами, 1 акже как и в прототипе, определяются Формула изобретения 1. Способ измерения угловых величин, заключающийся в том, что образуют интерференионную картину от одного лазера, фиксируют положение картины, по изменению положения интерференционной картины судят о величине перемещения, о т л ич а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точносТи измерения, получают вторую интерференционную картину от того же лазера с углом сходимости волновых фронтов, противфположным по знаку в первой картине, а вличину перемещения измеряют по изменению положения одной интерференционной картины относительно другой,2. Устройство для измерения угловых величин, содержащее лазер, предназначенный для скрепления с объектом, зеркальный блок и систему анализа картины, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, зеркальный блок выне только требуемой точностью измерения в соответствии с выражением ао, =А /О, но и возможностью устранения неоднозначности при их соотношении О 1 з = УА О 12, где 5 А - любое иррациональное число,Таким образом, предложенное решение позволяет существенно упростить систему анализа интерференционного10 изображения в угломерах, а также эа счетвзаимно противоположного и равного повеличине перемещения удваивает чувствительность угломера к смещению источникаизлучения, что позволяет повысить точность15 угловых измерений интерференционных угломеров. Такая задача решена впервые иобладает технической новизной,До сих пор использование интерференционных угломеров в нашей стране ограни 20 чено. В производстве пока нет серийновыпускаемых лазерных угломеров. По периодической печати сведения о производственном использовании имеются лишь одвойном лазерном интерферометре для25 определения положения объектов с погрешностью измерений 0,4" в диапазонедо 0,5, Предлагаемое решение способносохранить диапазон измеряемых величинпрототипа 3,5), вдвое повысив его точ 30 ность (среднеквадратическая погрешность одного измерения 0,03"), чтодоказывает его практическую ценность,полнен в виде полупрозрачного зеркала, расположенного по ходу излучения от лазера, и расположенного по ходу отраженного от полупрозрачного зеркала второго зеркала, состоящего из двух частей, отраженных отражающим покрытием к полупрозрачному зеркалу и развернутых относительно него на углы, противоположные по знаку.3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что части второго зеркала смещены относительно оптической оси в противоположные стороны и развернуты относительно плоскости полупрозрачного зеркала на углы р 1 и рг,определяемые из выраженийгде б 1 - световой диаметр полупрозрачногозеркала; О,г и О,з - расстояния между полупрозрачным зеркалом и соответствующей частью второго зеркала.1795271 Составитель Н,Захаренко .ехред М,Моргентал Корректор Н.Слободя Ред Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина,аказ 422 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5