RU1770741C - Interference device for measuring angular displacements - Google Patents
Interference device for measuring angular displacementsInfo
- Publication number
- RU1770741C RU1770741C SU904818507A SU4818507A RU1770741C RU 1770741 C RU1770741 C RU 1770741C SU 904818507 A SU904818507 A SU 904818507A SU 4818507 A SU4818507 A SU 4818507A RU 1770741 C RU1770741 C RU 1770741C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wedge
- interferometers
- optical
- sensor
- measuring
- Prior art date
Links
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к оптикоэлектронным приборам, предназначенным дл высокоточных измерений углов поворота различных объектов, имеющих ось вращени . Целью изобретени вл етс повышение точности. В устройство введены датчики опорных положений преобразовател угла поворота (оптического преломл ющего клина ), вычислительное устройство, обеспечивающее однозначность измерений, и призменные отражательные системы, обеспечивающие увеличение оптических разностей ходов в интерферометрах. Оптические элементы интерферометров жестко закреплены на общей базовой кольцевой пластине . 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The invention relates to measuring equipment, in particular to optoelectronic devices intended for high-precision measurements of the rotation angles of various objects having a rotation axis. The aim of the invention is to increase accuracy. Sensors of the reference positions of the angle transducer (optical refractive wedge), a computing device that provides unambiguous measurements, and prism reflective systems that increase the optical path differences in interferometers are introduced into the device. The optical elements of the interferometers are rigidly fixed to a common base ring plate. 2 s.p. f-ly, 3 ill.
Description
(Л(L
СWITH
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в качестве измерительного преобразовател дл высокоточного измерени угловых перемещений различных объектов.The invention relates to measuring technique and can be used as a measuring transducer for high-precision measurement of angular displacements of various objects.
Известно интерференционное устройство дл измерени угловых перемещений, содержащее источник излучени , двухлуче- вой интерферометр, включающий отклон ющиезеркала ,отражатель, устанавливаемый на объекте, и регистрирующий блок. Недостатком указанного устройства вл етс его высока чувствительность к торцевым биени м плоского зеркального отражател , закрепл емого на контролируемом объекте, следствием чего вл етс погрешность измерени , пропорциональна удвоенному значению изменени угла наклона зеркальной плоскости относительно оси вращени , что практически не позвол ет реализоватьAn interference device for measuring angular displacements is known, comprising a radiation source, a two-beam interferometer including deflecting mirrors, a reflector mounted on the object, and a recording unit. The disadvantage of this device is its high sensitivity to the face beats of a flat mirror reflector mounted on the controlled object, which results in a measurement error proportional to twice the value of the change in the angle of inclination of the mirror plane relative to the axis of rotation, which practically does not allow
высокую точность измерени углов поворота реальных контролируемых объектов.high accuracy of measurement of rotation angles of real controlled objects.
Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство, содержащее источник излучени , два двухлучевых интерферометра , преобразователь угла поворота и регистрирующий блок. Преобразователь угла поворота выполнен в виде оптического преломл ющего клина, что делает данное устройство практически нечувствительным к радиальным и торцевым биени м и обеспечивает ему существенное преимущество по сравнению с известными аналогами, содержащими зеркальные преобразователи углов поворота.Closest to the present invention is a device comprising a radiation source, two double-beam interferometers, a rotation angle transducer and a recording unit. The rotation angle converter is made in the form of an optical refracting wedge, which makes this device practically insensitive to radial and end beats and provides it with a significant advantage compared to the known analogues containing mirror converters of rotation angles.
Недостатками указанного устройства вл етс необходимость совместной обработки информации, поступающей с выходов первого и второго интерферометров, и неопределенность начала измерений. При совместной обработка сигналов обоихThe disadvantages of this device are the need for joint processing of information from the outputs of the first and second interferometers, and the uncertainty of the start of measurements. When processing both signals together
vi vjvi vj
о VIabout VI
NN
интерферометров возникают погрешности, обусловленные сложением ошибок измерений в каждом интерферометре. Кроме того, использование плоских зеркал в качестве концевых отражателей в плечах интерферометров и раздельное закрепление оптических деталей в плечах интерферометров не обеспечивает достаточной чувствительности и стабильности измерений.interferometers errors arise due to the addition of measurement errors in each interferometer. In addition, the use of flat mirrors as end reflectors in the arms of interferometers and the separate fixing of optical parts in the arms of interferometers does not provide sufficient sensitivity and stability of measurements.
Цель изобретени - повысить точность, чувствительность и стабильность измерений углов поворота контролируемого объекта в пределах ±360°.The purpose of the invention is to increase the accuracy, sensitivity and stability of measurements of the angles of rotation of the controlled object within ± 360 °.
Указанна цель достигаетс тем, что интерференционное устройство дл измерени угловых перемещений, содержащее оптически св занные источник излучени , два двухлучевых интерферометра, преобразователь угла поворота в виде оптического преломл ющего клина, оптически св занного с измерительными плечами интерферометров , и блок обработки сигналов, информационные входы которого подключены к выходам интерферометров, снабжено датчиком начала отсчета и датчиком положени клина, оптический преломл ющий клин выполнен с четырьм плоскими зеркальными боковыми гран ми, предназначенными дл оптической св зи с датчиком начала отсчета, и зеркальной кольцевой зоной на преломл ющей поверхности, оптически св занной с датчиком положени клина , а блок обработки сигналов выполнен с входом начала отсчета, подключенным к выходу датчика начала отсчета и группой входов положени клина, подключенной к выходам датчика положени клина, кроме того, в измерительных плечах обоих интерферометров перед оптическим клином по ходу лучей от источника излучени установлены призменные отражательные элементы и оптические элементы интерферометров жестко закреплены на кольцевой оптической пластине.This goal is achieved by the fact that the interference device for measuring angular displacements, containing optically coupled radiation source, two double-beam interferometers, a rotation angle transducer in the form of an optical refractive wedge, optically coupled to the measuring arms of the interferometers, and a signal processing unit, the information inputs of which connected to the outputs of the interferometers, equipped with a reference sensor and a wedge position sensor, the optical refractive wedge is made with four flat mirror lateral faces intended for optical communication with a reference sensor and a mirror ring zone on a refractive surface optically connected with a wedge sensor, and the signal processing unit is made with a reference input connected to the output of the reference sensor and a group inputs of the wedge position connected to the outputs of the wedge position sensor, in addition, prism reflectors are installed in the measuring arms of both interferometers in front of the optical wedge along the rays from the radiation source to the elements and the optical elements are rigidly secured to the interferometer ring optic plate.
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема оптико-электронного преобразовател с датчиками; на фиг. 3 - циклограмма работы устройства.In FIG. 1 shows a block diagram of a device; in FIG. 2 is a diagram of an optoelectronic converter with sensors; in FIG. 3 - cyclogram of the operation of the device.
Устройство содержит оптико-электронный преобразователь ОЭП (фиг. 1), формирующий измерительные сигналы двух интерферометров Н - А: датчик начала отсчета ДНО, формирующий управл ющий сигнал Uo; датчик положени оптического клина ДПК, формирующий управл ющие сигналы Uki-Un; блок обработки измерительных и управл ющих сигналов БОС. В свою очередь, ОЭП содержит монохроматический источник излучени 1 (фиг. 2), коллиматор 2, светоделительную пластину 3,The device comprises an optoelectronic OEC converter (Fig. 1), which generates measuring signals of two H - A interferometers: a DNO reference origin sensor, which generates a control signal Uo; a WPC optical wedge position sensor generating Uki-Un control signals; processing unit for measuring and control signals of the biofeedback. In turn, the OED contains a monochromatic radiation source 1 (Fig. 2), a collimator 2, a beam splitter plate 3,
зеркала-пластины А, сетоделительные пластины 5, пр моугольные призмы 6,7, 8,9,13, кольцевую оптическую пластину 9, оптический преломл ющий клин 10, жестко св 5 занный с осью 0-0 контролируемого объекта, трипельпризмы 11 (две из четырех не показаны), линзы 14, фотопреобразовател 15. В состав ДНО вход т источник излучени 16, коллимирующа линза 17,plate mirrors A, network dividing plates 5, rectangular prisms 6,7, 8,9,13, annular optical plate 9, optical refractive wedge 10, rigidly connected 5 with the axis 0-0 of the controlled object, triple prisms 11 (two of four are not shown), lenses 14, photoconverter 15. The BOT includes a radiation source 16, a collimating lens 17,
0 плоское зеркало 18, фокусирующа линза 19 и позиционно-чувствительный фотопреобразователь 20. ДПК содержит источник излучени 21, коллимирующие и фокусирующие линзы 22 и фотопреобразо5 ватели 23. ДНО и ДПК оптически св заны с клином 10. Дл св зи с ДНО клин 10 выполнен с четырьм плоскими зеркальными боковыми гран ми Г, расположенными под углами ±45° относительно главного сечени 0 a flat mirror 18, a focusing lens 19, and a position-sensitive photoconverter 20. The WPC contains a radiation source 21, collimating and focusing lenses 22, and the photo converters 23. The BOTTOM and the WPC are optically coupled to the wedge 10. For communication with the BOTTOM, the wedge 10 is made with four flat mirror lateral faces Г located at angles of ± 45 ° relative to the main section
0 клина, а дл св зи с ДПК на преломл ющей плоскости клина 10 нанесена кольцева зеркальна зона К, В состав ОЭП вход т два идентичных двухлучевых интерферометра, построенных по дифференциальным схе5 мам, измерительные плечи которых содержат призмы 6, 7, 8, кольцевую оптическую пластину 9, оптический преломл ющий клин 10, трипельпризмы 11, призмы 12, 13. Дл обеспечени необходимой стабильно0 сти взаимного положени оптических элементов в плечах интерферометров пр моугольные призмы 6, 7, 8,12 и светоделители 5 закреплены на кольцевой оптической пластине 9 неразъемным способом,0 wedge, and for communication with the duodenum in the refracting plane of wedge 10, a ring mirror zone K is deposited. The EIA includes two identical two-beam interferometers constructed according to differential circuits, the measuring arms of which contain prisms 6, 7, 8, an optical ring a plate 9, an optical refractive wedge 10, triple prisms 11, prisms 12, 13. To ensure the necessary stability of the mutual position of the optical elements in the arms of the interferometers, rectangular prisms 6, 7, 8, 12 and beam splitters 5 are mounted on a circular optical plate Stine 9 integrally method
5 например, методом оптического контакта или склеиванием. Аналогичным способом призма 13 крепитс к призме 8. Вершины трипельпризм 11 установлены в углах квадрата , диагонали которого вместе с высотами5 for example, by optical contact or by gluing. In a similar way, prism 13 is attached to prism 8. The vertices of tripelism 11 are mounted in the corners of a square whose diagonals together with the heights
0 трипельпризм лежат в двух взаимно перпендикул рных измерительных плоскост х интерферометров. БОС имеет вход, электрически св занный с входом датчика начала отсчета, и группу входов положени клина,Tripelprism lie in two mutually perpendicular measuring planes of interferometers. BOS has an input electrically connected to the input of the reference sensor, and a group of wedge position inputs,
5 подключенную к выходам датчика положени клина. БОС содержит коммутатор выходных сигналов интерферометров, реверсивные счетчики, формирующие измерительные сигналы, и вычислительное уст0 ройство (микроЭВМ).5 connected to the outputs of the wedge position sensor. The biofeedback contains a commutator of the output signals of interferometers, reversible counters that form measuring signals, and a computing device (microcomputer).
Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.
Пучок света от источника 1 (фиг. 2) преобразуетс коллиматором- 2 в параллель5 ный, раздел етс на два пучка светоделительной пластиной 3, пучки после отражени от зеркальной части зеркал - пластин 4 направл ютс в два идентичных двухлучевых интерферометра. Ход световых пучков показан стрелками. В каждом интерферометре входной пучок света раздел етс светоделителем 5 на два информационных пучка, образующих измерительные плечи интерферометра. Информационный пучок, прошедший светоделитель 5, последовательно отражаетс от призм 7, 8, проходит кольцевую пластину 9, оптический клин 10, отражаетс от трипельпризм 11 в обратном направлении со смещением параллельно падающему пучку, проходит on- тический клин 10 и кольцевую пластину 9, отражаетс со смещением от пр моугольной призмы 12, снова проходит кольцевую пластину 9 и оптический клин 10, отражаетс со смещением от трипельпризмы 11, про- ходит оптический клин 10 и кольцевую пластину 9, отражаетс от пр моугольной призмы 8, попадает в пр моугольную призму 13, отражаетс в ней в обратном направлении со смещением и возвращаетс со смещением к светоделительной пластине 5, повторив в обратном направлении вышеописанный путь. В другом плече интерферо- метра пучок света, отраженный от светоделител 5, после отражени от пр мо- угольной призмы 6 проходит путь, аналогич- ный описанному в первом плече интерферометра через диаметрально противоположный участок оптического клина 10. Призменные отражательные элементы 8, 12, 13, установленные в измерительных плечах интерферометров, обеспечивают многократное (восемь раз) прохождение пучков света через оптический клин 10 в каждом плече интерферометров и, соответ- ственно, повышение чувствительности измерений . Кроме того указанные отражательные призмы обеспечивают посто нное пространственное смещение входных и выходных световых пучков в пле- чах интерферометров при повороте оптического клина 10 вокруг оси вращени 0-0. На выходе каждого интерферометра после светоделительной пластины 5 образуютс в результатеинтерференциидва результирующих пучка, один из которых проходит через прозрачную часть зеркала- пластины 4 и фокусируетс линзой 14 на чувствительной площадке фотопреобразовател 15, второй результирующий пучок в другом направлении фокусируетс аналогичной линзой 14 на втором фотопреобразователе 15. При повороте клина 10 вокруг оси 0-0, измен етс оптическа разность хода Л в интерферометрах и на выходах фото- преобразователей 15 возникают выходные сигналы li, la, з и Ц в виде последовательности импульсов, число которых равно числу периодов переменных составл ющих интенсивностей соответствующих световыхThe light beam from the source 1 (Fig. 2) is converted into a parallel collimator-2, divided into two beams by a beam-splitting plate 3, the beams after reflection from the mirror part of the mirrors-plates 4 are sent to two identical double-beam interferometers. The course of light beams is shown by arrows. In each interferometer, the input light beam is divided by a beam splitter 5 into two information beams forming the measuring arms of the interferometer. The information beam passing through the beam splitter 5 is successively reflected from the prisms 7, 8, passes through the annular plate 9, the optical wedge 10 is reflected from tripelisms 11 in the opposite direction with an offset parallel to the incident beam, the ontical wedge 10 and the ring plate 9 pass through, reflected from offset from the rectangular prism 12, again passes the annular plate 9 and the optical wedge 10, is reflected with an offset from the triple prism 11, passes the optical wedge 10 and the annular plate 9, is reflected from the rectangular prism 8, falls into the direct The prism 13 is reflected in it in the opposite direction with an offset and returns with an offset to the beam splitter plate 5, repeating in the opposite direction the above-described path. In the other arm of the interferometer, the light beam reflected from the beam splitter 5, after reflection from the rectangular prism 6, passes a path similar to that described in the first arm of the interferometer through a diametrically opposite section of the optical wedge 10. Prism reflective elements 8, 12, 13 installed in the measuring arms of the interferometers provide multiple (eight times) passage of light beams through the optical wedge 10 in each arm of the interferometers and, accordingly, increase the measurement sensitivity. In addition, these reflective prisms provide a constant spatial displacement of the input and output light beams in the arms of the interferometers when the optical wedge 10 rotates around the axis of rotation 0-0. At the output of each interferometer, after the beam splitter plate 5, two resultant beams are formed as a result of interference, one of which passes through the transparent part of the mirror plate 4 and is focused by the lens 14 on the sensitive area of the photoconverter 15, the second resultant beam is focused in the other direction by a similar lens 14 on the second photoconverter 15. When the wedge 10 is rotated around the 0-0 axis, the optical path difference A changes in the interferometers and the outputs of the photo converters 15 produce output ignaly li, la, and C of a sequence of pulses equal to the number of periods variables constituting respective light intensities
пучков, т.е. числу пор дков интерференции в соответствующих интерферометрах, определ емого зависимостьюbeams, i.e. the number of interference orders in the corresponding interferometers, determined by the dependence
1 Ј К Sin a , (1)1 Ј K Sin a, (1)
где а - длина волны излучени источника света 1 ;where a is the radiation wavelength of light source 1;
К - посто нный коэффициент, завис щий от конструктивных параметров интерферометров .K is a constant coefficient, which depends on the design parameters of interferometers.
Между сигналами li и 1г, 1з и Ц обеспечен сдвиг по фазе, равный 90°, за счет оптико-физических свойств светоделительных покрытий на пластинах 5, что позвол ет определить знак угла поворота объекта.A phase shift of 90 ° was ensured between the signals li and 1d, 1z and C due to the optical-physical properties of the beam splitting coatings on the plates 5, which makes it possible to determine the sign of the angle of rotation of the object.
Интерферометры работают попеременно-последовательно в соответствии с циклограммой , изображенной на фиг. 3. Процесс измерени угла поворота контролируемого объекта вокруг оси 0-0 начинаетс в момент прохождени клином 10 одного из четырех опорных положений, прин того за начальное (нулевое) угловое положение контролируемого объекта. В этот момент на выходе датчика ДПК формируетс один из четырех управл ющих сигналов Uk, а на выходе датчика ДНО формируетс импульсный сигнал Uo, которые поступают на соответствующие входы блока обработки сигналов БОС. БОС осуществл ет преобразование сигналов Н - U с интерферометров и управл ющих сигналов с датчиков и обеспечивает на выходе текущее значение измер емого угла поворота контролируемого объекта согласно зависимостиInterferometers operate alternately sequentially in accordance with the sequence diagram shown in FIG. 3. The process of measuring the angle of rotation of the controlled object around the 0-0 axis begins when the wedge 10 passes one of the four reference positions, taken as the initial (zero) angular position of the controlled object. At this moment, one of the four control signals Uk is generated at the output of the DPK sensor, and a pulse signal Uo is generated at the output of the DND sensor, which are fed to the corresponding inputs of the biofeedback signal processing unit. The biofeedback carries out the conversion of H - U signals from interferometers and control signals from sensors and provides the current value of the measured angle of rotation of the controlled object according to the dependence
+ at 45°-arc Sin - d щ ) ++ at 45 ° -arc sin - d u) +
+90° р,(2)+ 90 ° r, (2)
где NI - текущее значение измерительного сигнала в цифровом виде, формируемого в БОС из выходных сигналов соответствующего интерферометра;where NI is the current value of the measuring signal in digital form generated in the biofeedback from the output signals of the corresponding interferometer;
N45 - посто нное число, равное числу пор дков интерференции в соответствующем интерферометре при повороте клина на угол 45 от начала отсчета;N45 is a constant number equal to the number of interference orders in the corresponding interferometer when the wedge is rotated through an angle of 45 from the reference point;
р - 0,1,2,3 - номер опорного углового положени клина, причем, 0- номер начального положени клина, при котором угол поворота прин т за 0°.p - 0,1,2,3 is the number of the reference angular position of the wedge, and 0 is the number of the initial position of the wedge at which the rotation angle is taken as 0 °.
При последовательной обработке сигналов с каждого из двух интерферометров в устройстве обеспечиваетс однозначность и повышение точности измерени угловых перемещений оптического клина и св занного с ним контролируемого объекта.By sequentially processing signals from each of the two interferometers in the device, the uniqueness and increase in the accuracy of measuring the angular displacements of the optical wedge and the associated controlled object are ensured.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904818507A RU1770741C (en) | 1990-03-21 | 1990-03-21 | Interference device for measuring angular displacements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904818507A RU1770741C (en) | 1990-03-21 | 1990-03-21 | Interference device for measuring angular displacements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1770741C true RU1770741C (en) | 1992-10-23 |
Family
ID=21510600
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904818507A RU1770741C (en) | 1990-03-21 | 1990-03-21 | Interference device for measuring angular displacements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1770741C (en) |
-
1990
- 1990-03-21 RU SU904818507A patent/RU1770741C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 702239, кл. G 01 В 9/00, 1979. Авторское свидетельство СССР № 1060938,кл. G 01 В 9/02,1982. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0469718B1 (en) | Laser interferometry length measuring apparatus | |
GB2256476A (en) | Surface/texture/profile measurement | |
JPH0285715A (en) | Encoder | |
US5305088A (en) | Laser interferometric measuring machine | |
US4815856A (en) | Method and apparatus for measuring the absolute thickness of dust defocus layers | |
US5000542A (en) | Optical type encoder | |
US3955083A (en) | Interferometric device for encoding shaft angles | |
JPH0652170B2 (en) | Optical imaging type non-contact position measuring device | |
US5541729A (en) | Measuring apparatus utilizing diffraction of reflected and transmitted light | |
JPH048724B2 (en) | ||
RU1770741C (en) | Interference device for measuring angular displacements | |
CA2019950C (en) | Optical system for measuring linear or angular displacements | |
JPS62200225A (en) | Rotary encoder | |
JPH0462004B2 (en) | ||
JPH0462003B2 (en) | ||
US3820902A (en) | Measuring method and apparatus which compensate for abbe s error | |
JPH0211084B2 (en) | ||
JPH045142B2 (en) | ||
JPS61178613A (en) | Linear encoder | |
SU1427174A1 (en) | Device for reproducing angles | |
SU868340A1 (en) | Linear displacement transducer | |
SU781563A1 (en) | Object displacement photosensor | |
JPS62163921A (en) | Rotary encoder | |
SU1060938A1 (en) | Device for measuring object turn angle | |
SU1756757A1 (en) | Interferometer for measuring angles |