Устройство для измерения линейных перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 0 ОСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.",.м Н(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯНЫХ ПЕРЕМЕЦЕНИЙ(57) Изобретение относится ктельной технике, в частностиройствам для измерения лмещений, и может быть исв высокоточных следящих из мерик уст 1 х перовано инеин польз измер с елях(088,8)ское свидетельствокл, 0 01 В 21/00,линейных перемещений, в интерферент ционных дилатометрах. Целью изобрете ния является увеличение точности измерений линейных перемещений за счет уменьшения ошибок, вызванных раэворо тами и деформациями интерференционно картины, а также расширение диапазон измерений за счет введения следящего режима. Устройство содержит помимо основной линейки 2 фотоприемников по крайней мере еще одну дополнительную линейку 3 фотоприемников. Система ли неек 2,3 образует матрицу, которая позволяет находить изменения положения плоскости отражателя интерферометра 1 по изменению положения полос интерференционной картины, 4 ил.1 13596Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения линейных перемещений, и может быть использовано в высокоточных следящих измерителях линейных перемещений, в интерференционных дилатометрах.Целью изобретения является увеличение точности измерений линейных пе ремещений за счет уменьшения ошибок, вызванных разворотами и деформациями интерференционной картины, а также расширение диапазона измерений за счет счет введения следящего режима. 15На Фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения линейных пе" ремещений, на Фиг,2 - блок-схема блока цифровой фильтрации; на Фиг.З блок-схема следящего измерителя, на 20 фиг,4 - блок-схема блока Формирования приведенного значений линейного перемещения.Устройство для измерения линейных перемепени содержит интерферометр 1, 25 основную 2 и дополнительные 3.1 3линейки фотоприемников, объединенные в матрицу, и+1 систему 4 считывания и аналого-цифрового преобразования информации, подключенные к 30 линейкам, и+1 цепочку, каждая из которой состоит из блока 5 цифровой фильтрации и следящего измерителя б изменения синусоидальных сигналов, и блок 7 формирования приведенного значения линейного перемещения.Блок 5 цифровой фильтрации (фиг,2) состоит из регистра 8 сдвига, к выходам отдельных разрядов которого подключены соответствующие входысумматора 9Следящий измеритель 6 изменений синусоидальных сигналов, соответствующий распределению интенсивности интерференционной картины вдоль линии 45 расположения фотоприемников (Фиг.З), состоит из генератора 10,синусоидального и косинусоидального сигналов, к выходам которого подклочены.вторые входы перемножителей 11 и 12, первые входы которых соединены с выходом блока 5 цифровой фильтрации. Выход перемножителя 11 соединен со входом сумматора-накопителя 13, а выход перемножителя 12 - с входом сумматора- накопителя 14, Выход сумматора 13 соединен с входом делимого делителя 15, а выход сумматора 14 - с входом делителя 15. Выход делителя 15 сое 732динен с входом функционального элемента 16. Выход элемента 16 соединенс входами запоминающего элемента 17и двухпорогового компаратора 18, Выход элемента 17 соединен с входамидвухпорогового компаратора 19.Блок 6 содержит также элементыИ 20 и 21 и счетчик 22. Выход эле-мента И 20 соединен с вычитающимвходом реверсивного счетчика 22, авыход элемента И 21 - с суммирующимвходом счетчика 22.Выход формирователя 23 полногослова соединен с входом запоминаю"щего элемента 24 и суммирующим входом вычитающего сумматора 25. Выходэлемента 24 соединен с вычитающимвходом сумматора 25,Выход сумматора 25 является выходом измерителя 6, вторым входом формирователя 23 полного слова из целойи дробной его частей, первый входкоторого соединен с выходом счетчика22, Первый выход компаратора 18 соединен с первым входом элемента И 20,а второй выход компаратора 18 - спервым входом элемента И 21. Первыйвыход компаратора 19 соединен с вторым входом элемента И 21, а второйвыход компаратора 19 - с вторым входом элемента И 20,Блок 7 (Фиг,4) формирования приведенного значения линейного перемещения состоит из запоминающего элемента 26 перемножителей 27-29 почислу каналов измерения линейных перемещений, первые входы которых подключены к выходам следяших измерителей б перемещений соответствующегоканала, а вторыек выходам запоминающего элемента 26, в котором хра"нятся весовые коэффициенты. Выходыперемножителей 27-29 соединены с входами сумматора 30, Выход сумматораявляется выходом всего устройства.Устройство работает следующим образом.Измерения линейных перемещенийпроводятся в следящем режиме черезинтервалы времени Ь, при этом Ь 1 флчеь%/4, где- длина волны света,используемого в интерферометре 1,Ч - скорость перемещений. По результатам измерений перемещений на смежных интервалах Формируется значение перемещений за любой интервал времени.73 з13596В устройстве используется интерферометр 1, в котором формируется картина в виде параллельных светлых и темных полос. Перемещение подвижного отражателя при соответствующей настройке интерферометра 1 приводит к сдвигу полос в направлении, перпендикулярном полосам. Перемещение отражателя на величину 1, измеряемую в 10 длинах волн света, приводит к смещению интерференционных полос на величину .1, измеряемую в наблюдаемых на интерференционных картине периодах полос. 15В направлении, перпендикулярном полосам или близком к нему, распределение интенсивности света подчинено синусоидальному закону.По изменению синусоидального сигна-щ ла находят перемещения отражателя, связанного с объектом. Изменение синусоидального сигнала на величину, не соответствующую перемещению полос, превьппающему период, измеряют с по мощью фазометров. Измерения перемещений на величины, большие периода, выполняются в следящем режиме так, чтобы выполнялись указанные ограничения на .; 30Величины перемещений записываются в виде ай),Ь(к), где а(1 с) и ЬЙ) - целая и дробная части К-го измерения перемещений объекта в длинах волн света, Правило записи целой части отсчета при последовательных измерениях следующее:если ОсЬ Ос) 0, 2 и 0,8(Ь Ь)1,0 то аОс) = а Ос)-1; если 0,8(ЬЬ) 1,0 и ОЬЬ)0,2, то аОс)=а 0 с)+1 40 в остальных случаях а Ь) =а Ь)Используя следящий режим измерений и приведенное правило записи целых частей отсчетов, можно измерять любые имеющие практическое значение 45 перемещения.Для уменьшения ошибок, вызванных разворотами и деформациями интерференционной картины, приведенное значение подсчета перемещений вычисляет. й=Р 1 +РКоэффициентызависят от расположения Фотоприемников и заранее рассчитываются.П р и м е р. Уменьшение ошибок при измерении двумя линейками с приведением отсчетов к средней точке по отношению к измерению одной линейкой. Линейки располагают на расстоянии2 Ь параллельно одна другой и перпендикулярно полосам. Приведенный отсчет 1=(1, +1) /2, где 1, 1- отсчетыположения полос по первой и второйлинейкам. Если произошел разворотполос на. угол М относительно точки,лежащей на расстоянии Ь от каждойполосы на линии середины полосы, тосередина полосы перемещаетоя по одной линейке на величину Ь 8, а подругой на - Ь САМ,Приведенный отсчет 1 =(1 +Ь 8 с ++ 1 . Ь 8 ь)/2 не изменяется, тогдакак измерения по любой одной линейкедают смещение показаний на иВычисление приведенного отсчетауменьшает не только систематическиесоставляющие ошибки, но и случайные.Интерференционная картина с выхода интерферометра 1 воспринимаетсялинейками 2 и 3 фотоприемников. Система 4 считывания последовательноопрашивает каждый фотоэлемент, аналого-циФровой преобразователь преобразует значение интенсивности светав окне опрашиваемого фотоэлементав код х"., где- номер фотоэлемента-й линейки. При последовательномопросе элементов фотоприемников навыходе системы 4 действует сигналахс синусоидальной огибающей. Дляуменьшения влияния флуктуационныхпомех последовательность х. подвергается скользящей фильтрации в блоке 5.В регистр 8 сдвига последовательно вводится х , Ввод сопровождается3сдвигом по регистру, Задержанные врегистре значения х, поступают навходы сумматора 9 (взвешенного суммирования), выходом которого являетсясигнал 3х, = ы(х. х, .х. ) х5где М - весовые коэффициенты, которыелибо вычисляются заранее ихранятся в постоянном запоминающем устройстве, либо являются функциями входных данных. Отфильтрованный синусоидальный сигнал х, поступает в следящий изме. -ритель б перемещений синусоидального сигнала. Здесь последовательность х, умножается на синусоидальную и косинусоидальную последовательности.5 13596736 Значения произведений накапливаются Значение перемещения синусоидальв сумматорах 13 и 14, и по окончании ного сигнала формируется в сумматовыполнения перемножений всех М эле- ре 25 из значения кодов, храйящихся ментов 1-го измерения перемещенийв элементе 24 и действующих на выхо 5последовательности формируется част- де формирователя 23. В элемент 24 ное, в начальном цикле измерения записы"м;(Ц Ыи Ю;Т вается содержимое выхода формировау Ь) - =;т-; -- , =1,И, теля 23; т.е, сигнал а (О); Ь (О),При дальнейших измерениях он не иэгде Т - период следования полос вдоль меняется.линии расположения фотоприемниковфункциональные преобразования элементом 16 переменной у Ь) по законуЬ Ь) =; ассад у Ь)1П чФормула. изобретения 35 По окончании формирования целой части отсчета на 1-м цикле измерения в элемент 17 записывается значение дробной части отсчета Ь Ь).В формирователе 23 из целой и дробной частей составляется полное слово величины положения синусоидального сигнала относительно .выбранного начала Ьтсчета приписывани, ем целой части отсчета к дробной,дает значение фазы синусоидальногосигнала,или дробную часть отсчета перемещений Ь Ь),Дробная часть отсчета перемещенийЬ Ь) с выхода элемента 16 сравнивается в постоянными порогами уровней0,2 и 0,8 в компараторе 18, с такимиже уровнями сравнивается в компараторе 19 предыдущее значение отсчетадробной части перемещений Ь В),запомненное на предыдущем такте измерений в элементе 17.На выходах 1 компараторов 18 и19 появляется, сигнал "Лог, 1", если 0 Ь0,2, и на выходах 2, если 0,8 Ъ 1,0.Выходы компараторов 18 и 19 анализируются логическими элементами И 20и 21,В случае, когда на первом выходекомпаратора 18 и на втором выходекомпаратора 19 появляются "1", к содержимому реверсивного счетчика 22,в котором хранятся текущие значенияцелой части отсчета перемещений,добавляется единица, Если же "1" появляются на первых выходах компаратора 19 и на втором выходе компаратора18, то из содержимого счетчика 22вычитается единица. Во всех остальныхслучаях содержимое счетчика не меняется,1 Выход вычитающего сумматора 25есть, разность:1 Ь) = 1 Ь) - 1 (0)сигнал 61 Ь) является выходом к.-о измерения перемещений по 1-каналу.Иэ приращений положения по каждому каналу д 1" Ь) в блоке 7 формиру ется приведенное значение отсчетовперемещений к концу к-го цикла измерения. В блоке 7 (фиг,4) формируетсясумма произведений отсчетов Ь 1 Ь) на величины весовых коэффициентов.25 Выбором весовых коэффициентов, которые хранятся в запоминающем элементе 26, выполняется приведение отсчетов перемещений к любой прямой нормальной плоскости неподвижного отражате ля интерферометра, а также обеспечивается задание удобных единиц измерения. Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее интерферометр, основную линейку фотоприемников, оптически связанную с интер ферометром, первую систему считывания и аналого-цифрового преобразования информации, связанную с основ"ной линейкой фотоприемников, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с 45 целью, увеличения точности и расширения диапазона измерений, оно снабжено и дополнительными линейкамифотоприемников, где ирасположенными параллельно одна другой и основ ной линейке фотоприемников и предназначенными для образования сов"местно с ней матрицы фотоприемников,и системами считывания и аналого=цифрового преобразования информации, 55 идентичными первой и подключеннымик выходам соответствующих дополнительных линеек, фотоприемников, и+1цепочками, содержащими блок цифровойфильтрации цепочек к следящий изме 13596ритель изменений синусоидальных сигналов, блоком формирования приведенного значения линейного перемещения, входы которого соединены с выходами следящих измерителей перемещений це 738почек, входы блоков цифровой фильтра" цни цепочек соединень 1 с выходами со" ответствующих систем считывания и аналого"цифрового преобразования информации.1359673 Составитель Е ехред М.Дидык азкова Корректор В.Бутяг Редактор Я, Пов аказ 6146/4 7 ПодписноеВНИИПИ омитета СССРпо и открытий113035 шс , д. 4/5 4 Тираж 67 Государственного,кделам изобретений , Москва, Ж; Рау кая наб. зводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4