RU2782964C1 - Holographic nano-length gage - Google Patents
Holographic nano-length gage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782964C1 RU2782964C1 RU2021131462A RU2021131462A RU2782964C1 RU 2782964 C1 RU2782964 C1 RU 2782964C1 RU 2021131462 A RU2021131462 A RU 2021131462A RU 2021131462 A RU2021131462 A RU 2021131462A RU 2782964 C1 RU2782964 C1 RU 2782964C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- bearings
- grating
- reading head
- substrate
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 21
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 241000669069 Chrysomphalus aonidum Species 0.000 description 1
- 241001067915 Sagittaria kurziana Species 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения линейных размеров объектов фотоэлектрическими преобразователями на базе дифракционных решеток.The invention relates to measuring technology, in particular to devices for measuring the linear dimensions of objects by photoelectric converters based on diffraction gratings.
Известно устройство оптикатора (1.SU №274372, МПК G01B 9/04), предназначенного для измерения линейных размеров деталей, которое содержит основной измерительный стержень, один конец которого через наконечник контактирует с одной стороной измеряемой детали, а другой кинематически связан со скрученной пружиной, осветитель, зеркало, укрепленное на пружине и круговую шкалу. Оптикатор снабжен дополнительным измерительным стержнем, один конец которого контактирует с противоположной стороной измеряемой детали, а другой кинематически связан с дополнительной скрученной пружиной, осветителем и зеркалом. Наконечник контактирует с поверхностью измеряемой детали и смещается вместе с измерительным стержнем. При перемещении стержня скрученная лента растягивается и поворачивается вместе с приклеенным на ней зеркалом, на которое направлен световой поток. Объектив проецирует изображение диафрагмы в виде светлого прямоугольника с узким темным штрихом посередине. Этот штрих и используется в качестве индекса при отражении изображения диафрагмы (зайчика) на поверхность шкалы оптикатора.An opticator device (1.SU No. 274372, IPC G01B 9/04) is known for measuring the linear dimensions of parts, which contains a main measuring rod, one end of which contacts one side of the measured part through the tip, and the other is kinematically connected to a twisted spring, illuminator, a mirror mounted on a spring and a circular scale. The opticator is equipped with an additional measuring rod, one end of which is in contact with the opposite side of the measured part, and the other end is kinematically connected with an additional twisted spring, illuminator and mirror. The tip contacts the surface of the workpiece being measured and moves along with the measuring rod. When the rod is moved, the twisted tape stretches and rotates together with the mirror glued to it, to which the light flux is directed. The lens projects the aperture image as a light rectangle with a narrow dark stroke in the middle. This stroke is used as an index when reflecting the image of the aperture (bunny) onto the surface of the opticator scale.
Таким образом, принцип действия известного устройства основан на использовании упругих свойств скрученной пружинной ленты. Оптикаторы имеют цену деления 0,1; 0,2 и 0,5 мкм при диапазонах измерений длины от 24 до 100 мкм. Данным устройством в силу конструктивных особенностей скрученной ленты и ее свойств невозможно измерить большие линейные размеры порядка миллиметров и более, кроме этого, с его помощью невозможно обеспечить измерение с наноточностью.Thus, the principle of operation of the known device is based on the use of the elastic properties of a twisted spring tape. Opticators have a division value of 0.1; 0.2 and 0.5 µm with length measurement ranges from 24 to 100 µm. With this device, due to the design features of the twisted tape and its properties, it is impossible to measure large linear dimensions of the order of millimeters or more; in addition, it cannot be used to provide measurements with nanoprecision.
Из известных устройств наиболее близким по технической сути является измерительная микрометрическая головка "ТУБОР", (2. RU 2032142, МПК G01B 5/02) представляющая собой длинномер голографический, который содержит корпус с размещенными в нем опорами в виде двух узлов с подшипниками, и в котором размещен измерительный цилиндрический стержень с наконечником. Стержень связан с приводом перемещения и выполнен с плоским продольным срезом, в области которого выполнен сквозной продольный паз. Устройство также содержит жестко связанную с измерительным стрежнем измерительную решетку со штрихами на подложке, обладающую продольной осью и расположенную в пазу измерительного цилиндрического стержня параллельно плоскости среза. С корпусом жестко связана считывающая головка, состоящая из индикаторной решетки со штрихами на подложке, осветителя, линзы, фотоприемников.Of the known devices, the closest in technical essence is the measuring micrometer head "TUBOR", (2. RU 2032142, IPC G01B 5/02) which is a holographic long gauge, which contains a housing with supports placed in it in the form of two assemblies with bearings, and in which contains a measuring cylindrical rod with a tip. The rod is connected to the movement drive and is made with a flat longitudinal cut, in the area of which a through longitudinal groove is made. The device also contains a measuring grid rigidly connected to the measuring rod with strokes on the substrate, which has a longitudinal axis and is located in the groove of the measuring cylindrical rod parallel to the cut plane. The reading head is rigidly connected to the body and consists of an indicator grating with strokes on the substrate, an illuminator, a lens, and photodetectors.
Подложки двух дифракционных решеток - измерительной и индикаторной, обладают базовой и обратной поверхностями, штрихи измерительной решетки расположены на базовой поверхности подложки перпендикулярно ее продольной оси, штрихи индикаторной решетки расположены на базовой поверхности ее подложки параллельно штрихам измерительной решетки и в пределах их апертуры.The substrates of two diffraction gratings - measuring and indicator, have base and reverse surfaces, the grooves of the measuring grating are located on the base surface of the substrate perpendicular to its longitudinal axis, the grooves of the indicator grating are located on the base surface of its substrate parallel to the grooves of the measuring grating and within their aperture.
Узлы опор с подшипниками разнесены по длине измерительного стержня и предназначены для параллельного перемещения стержня с измерительной решеткой относительно индикаторной решетки с постоянным зазором между базовыми поверхностями решеток.The support units with bearings are spaced along the length of the measuring rod and are designed for parallel movement of the rod with the measuring grid relative to the indicator grid with a constant gap between the base surfaces of the grids.
Один из узлов выполнен в виде четырех подшипников, два из которых соосны, расположены симметрично относительно паза и предназначены для взаимодействия с плоскостью среза, ось этих подшипников жестко закреплена с корпусом и параллельна плоскости среза. Третий и четвертый подшипники предназначены для взаимодействия с цилиндрической поверхностью стержня и ориентированы так, что их оси перпендикулярны радиусам цилиндрической поверхности измерительного стержня, проведенным в точки контакта с подшипниками, расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось измерительного стержня и перпендикулярной к плоскости среза, при этом одна из осей жестко связана с корпусом, а другая ось подпружинена. Второй узел включает механизм, предназначенный для взаимодействия с плоскостью среза, и два подшипника, предназначенные для взаимодействия с цилиндрической поверхностью стержня, расположены аналогично третьему и четвертому подшипникам первого узла.One of the nodes is made in the form of four bearings, two of which are coaxial, located symmetrically with respect to the groove and designed to interact with the shear plane, the axis of these bearings is rigidly fixed to the housing and parallel to the shear plane. The third and fourth bearings are designed to interact with the cylindrical surface of the rod and are oriented so that their axes are perpendicular to the radii of the cylindrical surface of the measuring rod, drawn at the points of contact with the bearings, are located symmetrically with respect to the plane passing through the axis of the measuring rod and perpendicular to the cut plane, while one of the axles is rigidly connected to the body, and the other axle is spring-loaded. The second assembly includes a mechanism designed to interact with the shear plane, and two bearings designed to interact with the cylindrical surface of the rod are located similarly to the third and fourth bearings of the first assembly.
Принцип работы наиболее близкого аналога заключается в следующем.The principle of operation of the closest analogue is as follows.
Пучок излучения, генерируемый осветителем, коллимируется и падает на дифракционные решетки. В поле интерференционных полос, образующихся за решетками, в установленной матрице фотоприемников, преобразуется распределение интенсивности интерференционных полос в электрические сигналы. При смещении измерительного стержня с наконечником во время определения линейного размера объекта соответственно смещается жестко связная со стержнем измерительная решетка относительно индикаторной решетки, и на выходах фотоприемников матрицы формируются переменные электрические сигналы, сдвинутые по фазе на 90°. Эти сигналы поступают затем в блок электроники, где с помощью компаратора формируются счетные импульсы, по которым определяется линейный размер объекта.The radiation beam generated by the illuminator is collimated and incident on the diffraction gratings. In the field of interference fringes formed behind the gratings, in the installed matrix of photodetectors, the intensity distribution of the interference fringes is converted into electrical signals. When the measuring rod with a tip is displaced during the determination of the linear size of the object, the measuring grid rigidly connected to the rod relative to the indicator grid is accordingly displaced, and alternating electrical signals shifted in phase by 90° are formed at the outputs of the matrix photodetectors. These signals then enter the electronics unit, where counting pulses are generated using a comparator, which determine the linear size of the object.
Три подшипника в контакте с плоскостью продольного среза обеспечивают параллельное перемещение измерительной решетки относительно индикаторной решетки с постоянным зазором между базовыми поверхностями, что необходимо для сохранения постоянства периода интерференционных полос на протяжении всего процесса измерения линейного размера объекта, за счет чего обеспечивается точность измерений. При этом, служащий в качестве направляющей плоский продольный срез измерительного стержня, как и цилиндрическая поверхность стержня, выполнен механической обработкой, которая характеризуется наличием шероховатости и невысокой плоскостностью. Микровибрации, возникающие при перемещении стержня с измерительной решеткой по неточным направляющим с невысокой плоскостностью, приводят к нарушениям параллельности перемещения базовых поверхностей подложек решеток, и соответственно к нежелательному изменению угла между штрихами их решеток. Изменение угла между штрихами дифракционных решеток приводит к изменению периода интерференционных полос и фазового сдвига в 90° между ними, что снижает точность при определении линейного размера объекта, причем точность падает с увеличением измеряемой длины.Three bearings in contact with the plane of the longitudinal cut ensure parallel movement of the measuring grating relative to the indicator grating with a constant gap between the base surfaces, which is necessary to maintain a constant period of interference fringes throughout the entire process of measuring the linear size of an object, thereby ensuring measurement accuracy. At the same time, the flat longitudinal section of the measuring rod serving as a guide, as well as the cylindrical surface of the rod, is machined, which is characterized by the presence of roughness and low flatness. Microvibrations that occur when a rod with a measuring grating is moved along inaccurate guides with a low flatness lead to violations of the parallelism of the movement of the base surfaces of the grating substrates, and, accordingly, to an undesirable change in the angle between the strokes of their gratings. A change in the angle between the grooves of the diffraction gratings leads to a change in the period of the interference fringes and a phase shift of 90° between them, which reduces the accuracy in determining the linear size of the object, and the accuracy decreases with increasing measured length.
Вместе с тем, весьма сложно закрепить подложку измерительной решетки в сквозном продольном пазу стержня с соблюдением параллельности ее базовой поверхности к поверхности среза и к индикаторной решетке, для того чтобы обеспечить во время движения стержня постоянный зазор и параллельность перемещения штрихов решеток друг относительно друга, что ограничивает размеры стержня с измерительной решеткой и снижает точность измерений при диапазоне линейных размеров объекта более 100 мм.At the same time, it is very difficult to fix the substrate of the measuring grid in the through longitudinal groove of the rod, while maintaining the parallelism of its base surface to the cut surface and to the indicator grid, in order to ensure a constant gap during the movement of the rod and parallel movement of the grating strokes relative to each other, which limits the dimensions of the rod with the measuring grid and reduces the accuracy of measurements when the range of linear dimensions of the object is more than 100 mm.
Наряду с этим, большая удаленность узлов опор с подшипниками относительно продольной оси измерительного стержня с измерительной решеткой, т.е удаленность точек фиксации перемещаемых продольных элементов, способствует возникновению и нарастанию упругих колебаний и микровибраций, что в свою очередь снижает точность измерений.Along with this, the large remoteness of the support units with bearings relative to the longitudinal axis of the measuring rod with the measuring grid, i.e. the remoteness of the fixation points of the moving longitudinal elements, contributes to the emergence and growth of elastic oscillations and microvibrations, which in turn reduces the measurement accuracy.
Таким образом, использование данного устройства при измерении линейных размеров объектов позволяет получить результаты измерений с точностью 0,1 мкм, однако при длинах более 100 мм, и особенно длинах близким к 500 мм, точность результатов снижается, что не позволяет измерить с высокой точностью, и тем более с наноточностью, большие линейные размеры, ограничивая область применения устройства.Thus, the use of this device when measuring the linear dimensions of objects makes it possible to obtain measurement results with an accuracy of 0.1 μm, however, at lengths over 100 mm, and especially lengths close to 500 mm, the accuracy of the results decreases, which does not allow measurement with high accuracy, and especially with nanoprecision, large linear dimensions, limiting the scope of the device.
Цель изобретения - создание нанодлиномера голографического для расширения диапазона измерения линейных размеров объекта до 500 мм с сохранением наноточности измерений во всем измеряемом диапазоне, что расширяет область применения устройства.The purpose of the invention is the creation of a holographic nanodlinomer for expanding the range of measuring the linear dimensions of an object up to 500 mm while maintaining the nanoaccuracy of measurements over the entire measured range, which expands the scope of the device.
Цель достигается тем, что в нанодлиномере голографическом, содержащем корпус, измерительную решетку со штрихами на подложке, обладающую продольной осью, считывающую головку, состоящую из индикаторной решетки со штрихами на подложке, осветителя, линзы, фотоприемников, опоры в виде двух узлов с подшипниками, измерительный стержень с наконечником и привод перемещения, подложки измерительной и индикаторной решеток обладают базовой и обратной поверхностями, штрихи измерительной решетки расположены на базовой поверхности подложки перпендикулярно ее продольной оси, штрихи индикаторной решетки расположены на базовой поверхности ее подложки параллельно штрихам измерительной решетки и в пределах их апертуры, узлы с подшипниками предназначены для параллельного перемещения одной решетки относительно другой с постоянным зазором между их базовыми поверхностями, согласно изобретению, измерительная решетка жестко закреплена в корпусе и дополнительно содержит стеклянную направляющую с базовой и обратной поверхностями с высокоточной плоскостностью базовой поверхности, жестко присоединенную к торцу подложки измерительной решетки параллельно ее оси и расположенную в пределах ее апертуры, а считывающая головка жестко соединена с измерительным стержнем, связана с приводом перемещения и выполнена с возможностью перемещения вдоль оси измерительной решетки и вдоль стеклянной направляющей при помощи опор в виде двух узлов с подшипниками, жестко присоединенных к считывающей головке, при этом первый узел опор с подшипниками, обеспечивающий перемещение считывающей головки вдоль измерительной решетки, состоит из трех подшипников, расположенных на базовой поверхности подложки измерительной решетки, два из которых расположены с одной стороны ее штрихов на линии, параллельной оси, а третий подшипник симметрично им с другой стороны штрихов измерительной решетки, и содержит четвертый подшипник, расположенный симметрично третьему подшипнику на обратной поверхности подложки измерительной решетки, ось его подпружинена в направлении перпендикулярной к этой поверхности, при этом оси четырех подшипников параллельны друг другу, а второй узел с подшипниками, обеспечивающий перемещение считывающей головки вдоль стеклянной направляющей, состоит из четырех подшипников, два из которых расположены с возможностью перемещения по базовой поверхности стеклянной направляющей на линии параллельной оси измерительной решетки, а другие два подшипника расположены на обратной поверхности стеклянной направляющей, их оси подпружинены в направлении перпендикулярной к этой поверхности, при этом оси четырех подшипников параллельны друг другу.The goal is achieved by the fact that in a holographic nanolength gauge, containing a body, a measuring grating with strokes on the substrate, having a longitudinal axis, a reading head consisting of an indicator grating with strokes on the substrate, an illuminator, a lens, photodetectors, a support in the form of two assemblies with bearings, a measuring a rod with a tip and a displacement drive, the substrates of the measuring and indicator gratings have base and reverse surfaces, the strokes of the measuring grating are located on the base surface of the substrate perpendicular to its longitudinal axis, the strokes of the indicator grating are located on the base surface of its substrate parallel to the strokes of the measuring grating and within their aperture, assemblies with bearings are designed for parallel movement of one grid relative to the other with a constant gap between their base surfaces, according to the invention, the measuring grid is rigidly fixed in the housing and additionally contains a glass guide from the base and back and surfaces with a high-precision flatness of the base surface, rigidly attached to the end of the substrate of the measuring grating parallel to its axis and located within its aperture, and the reading head is rigidly connected to the measuring rod, connected to the displacement drive and configured to move along the axis of the measuring grating and along the glass guide using supports in the form of two units with bearings rigidly attached to the reading head, while the first unit of supports with bearings, which ensures the movement of the reading head along the measuring grid, consists of three bearings located on the base surface of the measuring grid substrate, two of which are located on one side of its strokes on a line parallel to the axis, and the third bearing is symmetrical to them on the other side of the strokes of the measuring grid, and contains a fourth bearing located symmetrically to the third bearing on the reverse surface of the measuring grid substrate, axis e which is spring-loaded in the direction perpendicular to this surface, while the axes of the four bearings are parallel to each other, and the second assembly with bearings, which ensures the movement of the reading head along the glass guide, consists of four bearings, two of which are arranged to move along the base surface of the glass guide on lines parallel to the axis of the measuring grid, and the other two bearings are located on the reverse surface of the glass guide, their axes are spring-loaded in the direction perpendicular to this surface, while the axes of the four bearings are parallel to each other.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 изображено продольное сечение нанодлиномера голографического;in fig. 1 shows a longitudinal section of a holographic nanodlinometer;
- на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;- in Fig. 2 - section A-A in Fig. one;
- на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2;- in Fig. 3 - section B-B in Fig. 2;
- на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.- in Fig. 4 - section B-B in Fig. one.
Нанодлиномер голографический содержит корпус 1, в котором жестко закреплена измерительная решетка 2 со штрихами на стеклянной подложке 3, обладающей базовой поверхностью 4 и обратной поверхностью 5 (фиг. 4). К торцу 6 подложки 3 параллельно оси решетки 2 в пределах ее аппертуры жестко присоединена, например, путем склеивания, стеклянная направляющая 7, обладающая базовой поверхностью 8 с высокоточной плоскостностью и обратной поверхностью 9. В качестве направляющей 7 и подложки 3 использованы стеклянные подложки, которые изготавливается по особой технологии (на расплав олово) отечественной промышленностью и выпускаются серийным производством с высокими точностными характеристиками плоскостности поверхностей, необходимыми для сохранения точности и разрешения нанодлиномера голографического на субмикронном уровне не хуже 10 нм.The holographic nanodlinometer contains a body 1 in which a measuring grating 2 with strokes is rigidly fixed on a
В корпусе 1 расположена с возможностью перемещения считывающая головка 10, содержащая жестко закрепленные в ее корпусе индикаторную решетку 11 со штрихами на стеклянной подложке 12, обладающей базовой поверхностью 13 и обратной поверхностью 14, источник излучения 15, выполненный в виде лазерного диода, коллиматор 16, матрицу фотоприемники 17 и 18 (фиг. 2, 3). Штрихи индикаторной решетки 11 расположены на базовой поверхности подложки 12 параллельно штрихам измерительной решетки 2 и в пределах их апертуры. Частота штрихов голографических решеток (измерительной и индикаторной) в данном примере выполнения - 1000 лин/мм. Считывающая головка 10 жестко соединена с торцом 19 измерительного стержня 20 с наконечником 21 К считывающей головке 10 жестко подсоединены оси подшипников двух узлов опор.In the housing 1 is located with the ability to move the
Три подшипника 22, 23 и 24 первого узла опор, обеспечивающего перемещение считывающей головки 10 вдоль измерительной решетки 2, расположены на базовой поверхности 4 подложки 3 измерительной решетки 2 (фиг. 4). При этом подшипники 22 и 23 расположены с одной стороны ее штрихов на линии, параллельной оси, а третий подшипник 24 - симметрично им с другой стороны штрихов. Четвертый подшипник 25, первого узла опор расположен симметрично подшипнику 24 на обратной поверхности 5 подложки 3, и ось его подпружинена в направлении перпендикулярной к этой поверхности. Оси подшипников 22-25 параллельны друг другу.Three
Два подшипника 26, 27 второго узла опор, обеспечивающего перемещение считывающей головки 10 вдоль стеклянной направляющей 7, расположены на базовой поверхности 8 стеклянной направляющей 7 с возможностью перемещения параллельно оси измерительной решетки 2, а другие два подшипника 28 и 29 (т.е. третий и четвертый) расположены на обратной поверхности 9 стеклянной направляющей 7. Оси подшипников 28-29 подпружинены в направлении перпендикулярной к этой поверхности. Оси подшипников 26-29 параллельны друг другу.Two
Привод перемещения выполнен в виде гибкой нити 30, проходящей через отверстие в корпусе 1, один конец которой прикреплен к корпусу считывающей головки 10, а другой к внешнему устройству.The movement drive is made in the form of a
Матрица фотоприемников 17, 18 электрически соединена с электронным блоком управления.The array of
Устройство работает следующим образом. В процессе измерения нить 30, связанную со считывающей головкой 10 и с измерительным стержнем 20 перемещают в направлении установленного под наконечником измеряемой эталонной меры. При перемещении считывающей головки 10 с измерительным стержнем 20 и наконечником 21 индикаторная решетка 11 смещается относительно измерительной решетки 2. Пучок излучения, генерируемый источником излучения 15, жестко связанным со считывающей головкой 10, коллимируется коллиматором 16 и проходит через дифракционные решетки 2 и 11. В поле интерференционных полос, образующихся за решетками 2 и 11, матрицей фотоприемников 17 и 18 распределение интенсивности интерференционных полос преобразуется в электрические сигналы, сдвинутые по фазе на 90 град. Эти сигналы затем передаются по электронной связи от матрицы фотоприемников 17,18 в электронный блок управления, где с помощью компаратора формируются счетные импульсы, по которым определяется линейный размер объекта.The device works as follows. In the process of measurement, the
В первом узле опор жестко связанные со считывающей головкой 10 подшипники 22, 23 и 24 перемещаются по базовой поверхности 4 стеклянной подложки 3 измерительной решетки 2, а подпружиненный подшипник 25, перемещается по обратной поверхности 5 подложки 3, обеспечивая сохранение постоянного зазора между базовыми поверхностями 4, 13 подложек 3, 12 дифракционных решеток на протяжении всего процесса измерения, и исключая поперечные смещения. Во втором узле опор жестко связанные со считывающей головкой 10 подшипники 26, 27 перемещаются по базовой поверхности 8 стеклянной направляющей 7, а подшипники 28 и 29 по обратной поверхности 9 направляющей 7, исключая при движении считывающей головки 10 ее продольные смещения, и соответственно смещения индикаторной решетки 11, относительно продольной оси измерительной решетки 2, которые могут быть вызваны различными внешними силами, такими как толчки, вибрации и т.п. Вместе с тем, при перемещении подшипников по стеклянным подложке 3 и направляющей 7, обладающей высокой плоскостностью базовой поверхности 8, исключаются микровибрации и смещения, которые вызывает движение по шероховатым и неровным поверхностям.In the first support assembly,
Перемещение во время измерений считывающей головки 10 с индикаторной решеткой 11, обладающей меньшими размерами, нежели подложка 3 измерительной решетки 2, подвергает всю систему к меньшим нагрузкам и ограничениям, как относительно условий сохранения линии перемещения параллельно оси измерения, так и уменьшения вибраций, в то время как измерительная решетка 2 может быть любых размеров и она жестко зафиксирована в корпусе 1.Movement during measurements of the reading
Вместе с тем, конструктивное выполнение устройства, в частности взаимное расположение в корпусе 1 дифракционных решеток 2, 11 с узлами опор и измерительного стержня 20, позволило уменьшить расстояние между дифракционными решетками, что снижает ошибки Аббе, и в свою очередь позволяет повысить точность измерений. Также, использование направляющих для считывающей головки 10 (подложек 3, 7), из стекла, например, из «Борского стекла», обладающего высокими характеристиками плоскостности, которые сохраняются при больших длинах (при этом не требуется механическая обработка, как в случае с аналогом), обеспечивает возможность производить нанодлиномеры с измерительными решетками больших размеров, вплоть до метра и более, с минимизированием ошибок Аббе.At the same time, the design of the device, in particular the mutual arrangement of the
Таким образом, для того чтобы достигнуть при измерениях высокой точности, особенно в нанообласти, и сохранить эту точность на весь интервал перемещения считывающей головки, необходимо чтобы штрихи двух решеток 2, 11 сохраняли свой наклон друг относительно друга, что позволит сохранить постоянство разности фаз электрических сигналов. Для этого необходимо чтобы опоры были как можно ближе к измерительной оси (для уменьшения ошибок Аббе) и чтобы при этом их подшипники перемещались как можно более прямолинейно и плавно. Заявляемым изобретением в процессе измерения обеспечивается строгая равномерность и прямолинейность перемещения, соблюдается заданный угол меду штрихами на подложках 3, 12 дифракционных решеток, что обеспечивает сохранение периода и наклона интерференционных полос, образуемых за решетками 2 и 11 (фиг. 3), и приводит к повышению точности измерений до наноточности, что экспериментально подтверждено при проведении ряда измерений эталонных мер на 100 мм, 200 мм и их комбинации до 500 мм и более. Конструктивное выполнение заявляемого устройства позволяет осуществить измерение больших линейных размеров до 1 метра и более с достижением наноточности измерений во всем измеряемом диапазоне, что расширяет область применения устройства.Thus, in order to achieve high accuracy in measurements, especially in the nanodomain, and to maintain this accuracy for the entire interval of movement of the reading head, it is necessary that the strokes of the two
Высокая точность нанодлиномера голографического связана не только с точностью механической части самого нанометра, но и с точностью изготовления самих дифракционных решеток. Авторам на специальных устройствах удалось записать и тиражировать высокочастотные (период 1 микрон) голографические дифракционные решетки с длиной более одного метра, не имеющих аналогов в мире, по длине и точности. Применение заявляемого устройства актуально в машиностроении, оптико-механической и аэрокосмической промышленностях при измерениях линейных размеров объектов в наноотрасли.The high accuracy of a holographic nanolength gauge is associated not only with the accuracy of the mechanical part of the nanometer itself, but also with the accuracy of manufacturing the diffraction gratings themselves. Using special devices, the authors managed to record and replicate high-frequency (period 1 micron) holographic diffraction gratings with a length of more than one meter, which have no analogues in the world in terms of length and accuracy. The application of the proposed device is relevant in mechanical engineering, optical-mechanical and aerospace industries when measuring the linear dimensions of objects in the nanoindustry.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782964C1 true RU2782964C1 (en) | 2022-11-08 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2032142C1 (en) * | 1992-03-19 | 1995-03-27 | Борис Ганьевич Турухано | Measuring micrometric head |
| RU2197713C2 (en) * | 2000-08-07 | 2003-01-27 | Турухано Борис Ганьевич | Linear movement pickup |
| RU2276772C1 (en) * | 2004-09-16 | 2006-05-20 | Борис Ганьевич Турухано | Measuring touch sensor based on diffraction grids |
| RU2426972C2 (en) * | 2009-08-05 | 2011-08-20 | Учреждение Российской Академии наук Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН | Linear displacement transducer |
| RU2534378C1 (en) * | 2013-05-13 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" | Linear displacement transducer |
| RU201730U1 (en) * | 2020-10-29 | 2020-12-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Linear displacement transducer |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2032142C1 (en) * | 1992-03-19 | 1995-03-27 | Борис Ганьевич Турухано | Measuring micrometric head |
| RU2197713C2 (en) * | 2000-08-07 | 2003-01-27 | Турухано Борис Ганьевич | Linear movement pickup |
| RU2276772C1 (en) * | 2004-09-16 | 2006-05-20 | Борис Ганьевич Турухано | Measuring touch sensor based on diffraction grids |
| RU2426972C2 (en) * | 2009-08-05 | 2011-08-20 | Учреждение Российской Академии наук Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН | Linear displacement transducer |
| RU2534378C1 (en) * | 2013-05-13 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" | Linear displacement transducer |
| RU201730U1 (en) * | 2020-10-29 | 2020-12-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Linear displacement transducer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101732749B1 (en) | Cumulative-lead errors measurement device and measurement method for ball screw shaft | |
| Brand et al. | Development of a special CMM for dimensional metrology on microsystem components | |
| CN110455226B (en) | Calibration system and method for laser collimation transceiving integrated straightness measurement | |
| RU2782964C1 (en) | Holographic nano-length gage | |
| CN109798883B (en) | High-precision two-dimensional translation table perpendicularity detection method and device | |
| US3796493A (en) | Apparatus for measuring pitch of precision lead-screw by light-wave interference | |
| CN103884270A (en) | Device for measuring two-dimensional micro angle generated in installation of circular grating and method thereof | |
| US20230384090A1 (en) | High-precision dual-axis laser inclinometer based on wavefront homodyne interference and measuring method | |
| US3994584A (en) | Diffractographic and other sensors utilizing diffraction waves | |
| US3884581A (en) | Diffractographic and other sensors utilizing diffraction waves | |
| CN1587896A (en) | Optic 8 fine divided double frequency laser interferometer | |
| JP2017133892A (en) | Rotation angle detector and rotation angle detection method | |
| US4168911A (en) | Diffractographic and other sensors utilizing diffraction waves | |
| RU2197713C2 (en) | Linear movement pickup | |
| CN102967289A (en) | Device for calibrating static and dynamic characteristics of contact probe type contourgraph sensor | |
| Zhang et al. | Interferometeric straightness measurement system using triangular prisms | |
| RU2032142C1 (en) | Measuring micrometric head | |
| CN114413796B (en) | Multifunctional standard device for precision calibration of precision parts and equipment | |
| CN213481248U (en) | Optical ruler structure for long-stroke linear displacement control console | |
| CN111442743A (en) | Wedge-shaped flat plate included angle measuring device and method based on photoelectric autocollimator | |
| CN111121614A (en) | Two-dimensional straightness and linear displacement simultaneous measurement interference device | |
| CN210388530U (en) | Machine tool positioning accuracy testing device | |
| CN114894158B (en) | High-precision double-shaft laser level meter based on interference fringe decoupling and measuring method | |
| CN109668525A (en) | High-precision three-dimensional angle measurement method and device based on reflecting grating | |
| Wang | Straightness Detection Method and Accuracy Analysis of Guide Rail Parts |