Сканирующий интерферометр

.,УьГКФ ОСУДАРСТБЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСтаУ(56) Патент США %42591981. ьскии инстит 9, кл. 601 СЗ/00,(54) СКАНИРУЮЩИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, Цель изобретения - повышение точности за счет формирования интерферограммы повышенной контрастности и исключения из.конструкции системы зеркал, требующей юстировки, а также повышение. экономичности за счет более эффективного использования лазерной мощности, Световой пучок от лазера 1 дифрагирует на ультразвуковых пучках, формируемых электроакустически-ми преобразователями (ЭАП) 30 Зь"., Зи, где Гч 1, закрепленными в ряд на определенных расстояниях друг от друга на входной грани акустооптического модулятора (АОМ) 2, параллельной оптической оси лазера 1, и питаемыми от синтезатора 4 частот, выходы которого когерентны и имеют постоянные частотные сдвиги, пропорциональные расстояниям между соответствующими ЭАП, В дальней зоне дифракционного пуска, выходящего из АОМ 2, формируется интерферограмма, сканирующая вдоль оси д с постоянной скоростью М фотоприемников 51, 5 к, 5 м (по числу контрольных точек) связаны с контролируемым объектом и установлены а области формируемой интерферограммы. Задержка сигнала с одного из фотоприемников относительно сигнала с другого, выбранного в качестве опорного, пропорциональна с учетом знака величине отклонения в соответствующей контрол ьной точке. Сформированная таким обазом интерфе- Я рограмма обладает повышенным контрастом (тем большим, чем больше величина Й). ЭАП 3 могут быть расположены в ряд вдольсветового пучка, а интерферограмма может формироваться вдоль оси , наклоненной к оси Х под малым углом. Лазерный пучок проходит последовательно все ультразвуковые пучки от ЭАП 3 и, полностью участвуя во взаимодействии, обеспечивает полное использование лазерной мощности, 1 з.п, ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быт 1 использовано для формирования опорных направлений и плоскостей при контроле прямолинейности и плоскостности объектов,Цель изобретения - повышение точности путем формирования интерферограммы повышенной контрастности и исключения из конструкции системы зеркал, требующей юстировки,а также повышение эконом,ости путем болееэффективного использования лазерной возможности.На фиг, 1 и 2 схематически представлен соответственно в двух проекциях интерферометр (вариант); на фиг, 3 - функциональная схема синтезатора частот (вариант); на фиг, 4 а, б - диаграммы распределения интенсивности светового поля в интерферограммах соответственно рассматриваемого и ранее известного устройств; на фиг. 5 - схематический чертеж интерферометра, поясняющий особенности его выполнения в соответствии с вторым вариантом.И нтерферометр (фиг. 1) содержит лазер 1, например газовый, с параллельным световым пучком на выходе, акустооптический модулятор 2 (АОМ 2), установленный по ходу светового пучка и выполненный в виде прозрачного звукопровода, имеющего форму параллелепипеда, изготовленного, например, из кристалла ниобата лития, грань которого, параллельная оптической оси лазера 1, является входной, И электроакустических преобразователей Зо,ЗК, Зм(ЭАП Зо 1 31 Зм),где М 1, закрепленныхх на входной грани АОМ 2 в ряд на расстояниях 01 от ЭАП Зо, синтезатор 4 частот, й выходов которого соединены соответственно с входами ЭАП Зо Зь Зи, М фотоприемников 515 к 5 м, связанных с контролируемым объектом (не показан) по числу М контролируемых точек, входы которых оптически связаны с выходом АОМ 2, и измеритель 6 задержки, М входов которого соединены, соответственно с выходами фотоприемниковв 51,. ,5 к. 5;Синтезатор 4 частот может быть выполнен, например (фиг. 2), в виде генератора 7 первой опорной частоты ао (первого генератора 7), Мсмесителей 81, .8 ь, 8 ы, первые входы которых соединены с выходом первого генератора 7, Кумножителей 92, 9 ь 9 ис коэффициентами умножения, численно равными их порядковому номеру 1, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами смесителей 82,8 ь, 8 ьгенератора 10 второй опорной частоты Ло) (второго генератора10 15 10), выход которого соединен с вторым входом первого смесителя 81 и с входами М умножителей 92,.,9 К,9 м, и Мполосовых фильтров 111,11 ь 11 и, настроенных на частоту ао + 1 Лв, входы которых соединены соответственно с выходами й смесителей 818 ь8 и, выходы первого генератора 7 и Кполосовых фильтров 111.11;11 иявляются М выходами синтезатора 4 частот с порядковыми номерамисоответст вен но 0,1,, й В общем случае частотные сдвиги Ла могут быть некратными друг другу, однако должны выполняться следующие условия(2) Работа интерферометра может быть условно подразделена на два процесса: формирование сканирующей интерферограммы; собственно контроль прямолинейности или плоскостности относительно интерферограммы.Процесс формирования сканирующей интерферограммы осуществляется следующим образом,Лв ( ио;с 1- ч --- сопзт = с,ЭАП Зо,ЗК,ЗМ(фиг. 1) могут быть выпол 20 нены, "например, в виде пластинок из пьезоэлектрических кристаллов с двумяметаллизированными обкладками для подведения сигнала, одна из которых находится в непосредственном контакте с входнойгранью АОМ 2, При этом возбужденные имив АОМ 2 ультразвуковые пучки параллельны и находятся в зоне действия пучка лазера 1. АОМ 2 имеет на противоположнойграни скос или поглотитель ультразвука для30 устранения режима стоячих волн, Фотоприемники 515 х 5 м Установлены в Дальнейзоне дифракционного пучка, выходящегоиз АОМ 2, в области формируемой интерферограммы, Для наиболее четкого восп 35 роизведения главного максимумаинтерферограммы апертуры фотоприемников 515 к,".,5 м должны быть как можноменьше его ширины,Начало системы координат на фиг, 1 ус 40 ловно совмещено с центром ЭАП Зо (ЭАП спорядковым номером= О), Ось Е параллельна оптической оси, ось Х - направлению распространения ультразвуковых волнв АОМ 2, а ось У направлена вдоль ряда, вкотором расположены ЭАП Зо, ЗК,Зи.При этом координата 1-го ЭАП З вдоль осиУ равно у = б 1; 1 - порядковый номер ЭАПЗоЗЬ,ЗИ, СООтвЕтСтвуЮщий парядксвОму номеру выходов синтезатора 4 частот,505 10 20 25 30 35 40 45 50 сле дифракции образуются М дифракционн ых лучей с соответствующими частотн ь 1 ми сдвигами аналогично вы ражению (3), Однако интервал между ними несколько меньше и имеет величинуб=-; б, (9) где Л- длина волны ультразвука.Также, как и в первом варианте, формируется сканирующая интерферограмма, подобная (8). Она имеет распределение и сканирование вдоль оси ф, наклонной к".си Х под небольшим углом О =/Л, Чт-. й лучей в дифракционном пучке не пе.;рывались, расстояние между соседник:.и ЭАП Зо., .,Зь,ЗМдолжно удовлетворять неравенствуб 2- (10)где 0 - угол дифракции, рад(01).В варианте по схеме фиг. 1 примерно половина светового потока от лазера 1 проходит в промежутках между ультразвуковыми пучками и не участвует в акустооптическом взаимодействии, при этом нужен двойной запас мощности лазера для восполнения этих потерь. В варианте по схеме фиг. 5 лазерный пучок проходит последовательно все ультразвуковые пучки и полностью участвует во взаимодействии, что повышает вдвое эффективность использования лазерной мощности и, соответственно, экономичность интерферометра. Измерение отклонений осуществляется от плоскости, проходящей через ось симмЕтрии дифракционного пучка параллельно плоскости УОЕ, повернутой на угол дифракции О. Угол дифракции 0 показан на фиг. 5 большим для наглядности. Реально он составляет 0,5 - 5 О. В остальном интерферометры по схемам на фиг. 1 и фиг, 5 эквивалентны.Как видно из фиг, 2 предложенный интерферометр позволяет примерно в й/2 раз повысить контраст интерферограммы. Исходя из реальных конструктивных возможностей, число й может быть оценено величиной порядка 20 - 40. При этом в 10-20 раз повышается контарст интерферограммы, соответственно повышается и точности измерений, Кроме того, в интерферометре отсутствует высокоточная, требующая юстировки, зеркальная система, формирующая интерферограмму в устройстве-и рототипе. В интерферометре интерферограмма формируется таким образом, что на ее параметры оказывает влияние в основном параметр б (интервал между каналами АОМ 2), который в значительно меньшей степени подвержен влиянию дестабилизирующих факторов и практически не расстраивается. Это приводит к дополнительному повышению точности. Формула изобретения 1. Сканирующий интерферометр, содержащий оптически связанные лазер,акустооптический модулятор с электроакустическим преобразователем, укрепленным на его грани, параллельной оптической бси и фотоприемник, а также источник сигнала,подключенный к электроакустическому преобразователю, отл и ч а ю щи й с я тем,что, с целью повышения точности, он снабжен дополнительно не менее чем одним электроакустическим преобразователем, расположенным в ряд с первым электроакустическим преобразователем на той же грани акустооптического модулятора, не менее чем одним фотоприемником, а также измерителем задержки, при этом фотоприемники связаны с контролируемым объектом, их выводы соединены соответственно с входами измерителя задержки, источник сигнала выполнен в виде синтезатора частот, выходы которого когерентны, имеют постоянные частотные сдвиги и соединены соответственно с входами электроакустических преобразователей, а расстояния между двумя любыми электроакустическими преобразователями пропорциональны частотным сдвигам между сигналами на них.2, Интерферометр по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности путем более эффективного использования лазерной мощности, электроакустические преобразователи установлены на грани акустооптического модулятора в ряд вдоль оптической оси, а расстояния Л б между соседними электро- акустическими преобразователями должны удовлетворять соотношениюЬб 2-у-,Ьгде 0- угол дифракции, рад;й - ширина лазерного пучка, 1606855, Лончако едактор М. Келем роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3544 Тираж 483 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5