RU2095752C1 - Interference device for measuring the angular movement of object - Google Patents

Interference device for measuring the angular movement of object Download PDF

Info

Publication number
RU2095752C1
RU2095752C1 RU93039712A RU93039712A RU2095752C1 RU 2095752 C1 RU2095752 C1 RU 2095752C1 RU 93039712 A RU93039712 A RU 93039712A RU 93039712 A RU93039712 A RU 93039712A RU 2095752 C1 RU2095752 C1 RU 2095752C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mirror
shaft
comb
carriage
guide
Prior art date
Application number
RU93039712A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93039712A (en
Inventor
Е.Н. Солоухина
И.А. Марков
Н.Д. Солоухин
Original Assignee
Научно-производственное объединение "Астрофизика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное объединение "Астрофизика" filed Critical Научно-производственное объединение "Астрофизика"
Priority to RU93039712A priority Critical patent/RU2095752C1/en
Publication of RU93039712A publication Critical patent/RU93039712A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2095752C1 publication Critical patent/RU2095752C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has coherent radiation source 1, light beam splitting mirror 4, two end reflectors made as wedge 7 with mirror coating 8 on side surfaces, two-beam interferometer, prism BP-180 deg., shaft 15 designed for coupling to object, flat band consisting of two parts 16 and 17. Each part has the form of comb. Projections of one comb enter recesses of the other. Device is provided with photoreceiver 11. EFFECT: higher results of measurement. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточных измерений угловых поворотов объекта в геодезическом приборостроении, станкостроении и машиностроении. The invention relates to measuring equipment and can be used for high-precision measurements of angular rotations of the object in geodetic instrument engineering, machine tool and mechanical engineering.

Известно устройство для измерения углового поворота объекта, содержащее источник когерентного излучения, двухлучевой интерферометр, состоящий из оптически связанных светоделительного элемента и отражающего элемента, двух двугранных зеркал, предназначенных для установки их на объекте, зеркала и фотоприемника [1]
Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон измерения углового поворота объекта, вызванный необходимостью скрепления двугранных зеркал с контролируемым объектом, в результате чего при развороте пучки интерферометра не попадают на угловые зеркала, и, как следствие, на фотоприемнике отсутствует результирующее интерференционное поле, вносимое угловым перемещением объекта.A device for measuring the angular rotation of an object, containing a source of coherent radiation, a two-beam interferometer, consisting of optically coupled beam splitting element and a reflecting element, two dihedral mirrors designed to be installed on the object, a mirror and a photodetector [1]
A disadvantage of the known device is the limited measurement range of the angular rotation of the object, caused by the need to fasten dihedral mirrors with a controlled object, as a result of which when turning the beams of the interferometer do not fall on the corner mirrors, and, as a result, the resulting interference field due to the angular displacement of the object is absent on the photodetector.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является интерференционное устройство для измерения углового поворота объекта, содержащее последовательно расположенные источник когерентного излучения, двухлучевой интерферометр, состоящий из светоделительного и отражающего элемента, два угловых зеркала, образующие интерферометр, направляющую, барабан, предназначенный для скрепления с объектом, плоскую ленту, охватывающую барабан и скрепленную с ним, щелевую диафрагму, установленную в обратном ходе от угловых зеркал, объектов и фотоприемник [2]
Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон измеряемых углов, связанный с тем, что в известном устройстве угловые зеркала кинематически связаны с объектом контроля, расположенным под острым углом к оси поворота объекта, в результате чего при его повороте угловые зеркала смещаются по отношению к падающему на них пучку интерферометра и, как следствие, этого, при значительных угловых поворотах объекта (20 30o) угловые зеркала выходят из поля зрения интерферометра, что ограничивает диапазон измеряемых углов.The closest in technical essence and the achieved technical result is an interference device for measuring the angular rotation of the object, containing a sequentially located source of coherent radiation, a two-beam interferometer, consisting of a beam-splitting and reflecting element, two angular mirrors forming an interferometer, a guide, a drum, designed for fastening with object, a flat tape covering the drum and fastened with it, a slotted diaphragm mounted in reverse t angular mirror, and a photodetector objects [2]
A disadvantage of the known device is the limited range of measured angles due to the fact that in the known device, the corner mirrors are kinematically connected with the control object located at an acute angle to the axis of rotation of the object, as a result of which when it is rotated, the corner mirrors are displaced with respect to the incident beam interferometer and, as a consequence, this, with significant angular rotation of the object (20 30 o ), the corner mirrors leave the field of view of the interferometer, which limits the range of measured angles.

Достигаемым техническим результатом изобретения является расширение диапазона измеряемых углов. Achievable technical result of the invention is to expand the range of measured angles.

Для достижения этого результата в известном устройстве, содержащем источник когерентного излучения, коллиматор, светоделительное зеркало и два концевых отражателя, образующих двухлучевой интерферометр, направляющую, вал (барабан в терминологии прототипа), предназначенный для скрепления с объектом, плоскую ленту, охватывающую вал, и скрепленную с ним, щелевую диафрагму, установленную в обратном ходе от угловых зеркал, объектив и фотоприемник, введено дополнительное зеркало, установленное параллельно светоделительному зеркалу и образующее с ним зеркальный ромб, призма типа БР-180o, установленная по направлению излучения между светоделительным зеркалом и одним из концевых отражателей, и оптический клин, установленный на подвижной части направляющей для прямолинейного движения и ориентированный ребром вершины параллельно щелевой диафрагме, концевые зеркальные элементы нанесены на боковые поверхности оптического клина, плоская лента выполнена из двух частей, каждая из которых имеет форму гребенки, обе части установлены с натяжением, при этом выступы одной гребенки вводят в пазы другой гребенки на валу и все концы скреплены с ним, а их основания расположены на противоположных краях подвижной части направляющей и скреплены с ней.To achieve this result, in a known device containing a coherent radiation source, a collimator, a beam splitter and two end reflectors forming a two-beam interferometer, a guide, a shaft (a drum in prototype terminology), intended for fastening with an object, a flat tape covering the shaft, and fastened with it, a slit diaphragm mounted in the reverse direction from the corner mirrors, a lens and a photodetector, an additional mirror is introduced, mounted parallel to the beam splitting mirror and the image The present him mirror rhombus prism BR-180 o, established by the direction of radiation between the beamsplitter mirror and one of the end reflector and an optical wedge is mounted on the movable part of the guide for rectilinear movement and oriented rib apex parallel slit diaphragm, terminal mirror elements applied on the side surfaces of the optical wedge, a flat tape is made of two parts, each of which has the shape of a comb, both parts are mounted with tension, while the protrusions of one comb They are grooved in the grooves of the other comb on the shaft and all ends are bonded with it, and their bases are located on opposite edges of the movable part of the guide and are bonded to it.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема интерференционного устройства; на фиг. 2 вид сверху на устройство, на фиг. 3 вариант выполнения двух частей плоской ленты и их взаимное ориентирование. In FIG. 1 shows a schematic diagram of an interference device; in FIG. 2 is a top view of the device, in FIG. 3 embodiment of two parts of a flat tape and their relative orientation.

Устройство содержит источник когерентного излучения 1, диафрагму 2, объектив 3 коллиматора, светоделительное зеркало 4 и зеркало 5, образующие зеркальный ромб 6, формирующий два параллельных, информационных, коллимированных пучка, призму типа БР- 180o, оптический клин 7, обе плоские поверхности которого с нанесенными на них зеркальными покрытиями 8 являются концевыми отражателями, второй объектив 9, щелевую диафрагму 10, фотоприемник 11 с блоком обработки, индикатор 12 угла поворота объекта, направляющую 13 с силовым замыканием, например с трением скольжения, подвижную часть направляющей (каретку) 14, вал 15, предназначенный для соединения с контролируемым объектом (не показан), ленту, выполненную из двух частей 16, 17, каждая из которых имеет форму гребенки, элементы крепления 18 ленты к барабану, например, штифты, приспособление 19 установки направляющей в корпусе 20 устройства.The device contains a coherent radiation source 1, aperture 2, a collimator lens 3, a beam splitter mirror 4 and a mirror 5 forming a mirror rhombus 6 forming two parallel, informational, collimated beams, a prism of the BR-180 o type , an optical wedge 7, both of which are flat surfaces of which with mirror coatings 8 applied to them, are end reflectors, a second lens 9, a slit aperture 10, a photodetector 11 with a processing unit, an indicator of the angle of rotation of the object, a guide 13 with a force circuit, for example with friction sliding, the movable part of the guide (carriage) 14, the shaft 15, designed to connect with a controlled object (not shown), a tape made of two parts 16, 17, each of which has the shape of a comb, fastening elements 18 of the tape to the drum, for example, pins, fixture 19 for installing the guide in the housing 20 of the device.

На фиг. 3 показаны отверстия 21 под крепление ленты к барабану и каретке. Каждая часть ленты установлена с натяжением вокруг вала и вдоль поверхности каретки с помощью приспособления (не показаны). Каретка 14 имеет возможность перемещаться между приспособлениями установки направляющей 19. Длина каждой части ленты между элементами ее крепления, равна длине окружности наружной части вала. Каретка имеет возможность перемещения в каждую сторону от среднего положения на расстояние

Figure 00000002
Оптический клин 7 установлен на каретке 14 и ориентирован ребром при вершине параллельно щелевой диафрагме 10. Угол оптического клина приблизительно 2 10 угл. мин. Части плоской ленты 16 и 17 и вал 15 изготовлены из материала с одинаковым коэффициентом линейного расширения. Призма БР-180o установлена неподвижно.In FIG. 3 shows the holes 21 for attaching the tape to the drum and the carriage. Each part of the tape is installed with tension around the shaft and along the surface of the carriage with a device (not shown). The carriage 14 has the ability to move between the mounting devices of the guide 19. The length of each part of the tape between the elements of its fastening is equal to the circumference of the outer part of the shaft. The carriage has the ability to move in each direction from the middle position to a distance
Figure 00000002
The optical wedge 7 is mounted on the carriage 14 and is oriented with an edge at the apex parallel to the slit diaphragm 10. The angle of the optical wedge is approximately 2 × 10 angles. min Parts of the flat tape 16 and 17 and the shaft 15 are made of a material with the same coefficient of linear expansion. Prism BR-180 o is fixed.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Подсвечивают источником 1 когерентного излучения диафрагму 2, установленную в фокальной плоскости объектива 3, который формирует коллимированный пучок лучей. Пространственно делят этот пучок на два полупрозрачным зеркалом 4, прошедшую его часть поворачивают зеркалом 5 параллельно другой (отраженной) части пучка от зеркала 4 и направляют его на плоскую поверхность оптического клина 7, а вторую часть пучка, отраженную от зеркала 4 с помощью призмы БР-180o, направляют на другую плоскую поверхность клина 7. Отраженные от зеркальных поверхностей 8 оптического клина 7 пучки, прошедшие в обратном направлении, пространственно складывают на полупрозрачном зеркале 4, формируя полосы равной толщины. Объектив 9 строит изображение результирующего поля в фокальной плоскости, где расположена щелевая диафрагма 10, которая вырезает часть результирующего поля, например, одну из полос (световые интерференционные полосы ориентированы параллельно краям щелевой диафрагмы). Световой поток, прошедший щелевую диафрагму, 10 фотоприемником 11 преобразуется в электрический сигнал, усиливается и обрабатывается. Результаты обработки выводят на индикатор 12, показывающий угловое положение контролируемого объекта. При угловом повороте объекта контроля, например по часовой стрелке вместе с ним поворачивается вал 15 (фиг. 1), который при повороте закручивает вокруг окружности часть ленты 17. Так как лента установлена с натяжением, то при закручивании она перемещает каретку 14 влево, и вместе с ней и оптический клин 7.The diaphragm 2, mounted in the focal plane of the lens 3, which forms a collimated beam of rays, is highlighted by the coherent radiation source 1. This beam is spatially divided into two by a translucent mirror 4, its transmitted part is turned by a mirror 5 parallel to the other (reflected) part of the beam from mirror 4 and directed to the flat surface of the optical wedge 7, and the second part of the beam reflected from mirror 4 using the prism BR 180 o , sent to another flat surface of the wedge 7. Reflected from the mirror surfaces 8 of the optical wedge 7, the beams passing in the opposite direction are spatially folded on the translucent mirror 4, forming strips of equal thickness. The lens 9 constructs an image of the resulting field in the focal plane where the slit aperture 10 is located, which cuts out part of the resultant field, for example, one of the bands (light interference fringes are oriented parallel to the edges of the slit aperture). The luminous flux passing through the slotted aperture 10 by the photodetector 11 is converted into an electrical signal, amplified and processed. The processing results are displayed on indicator 12, showing the angular position of the controlled object. When the control object is angled, for example, clockwise, the shaft 15 rotates along with it (Fig. 1), which rotates a part of the tape 17 around the circle. Since the tape is installed with tension, it moves the carriage 14 to the left when twisting, and together with it and the optical wedge 7.

В результате перемещения оптического клина длина оптического пути одного из пучков, отраженных от зеркальных его граней, увеличивается, а другого - уменьшается на одно и то же значение. При этом интерференционная картина перемещается вдоль линии, перпендикулярной краю щели 10. Фотоприемник 11 регистрирует изменение интенсивности светового сигнала на его входе и пересчитывает число интерференционных полос, прошедших диафрагму 10 в угловое отклонение объекта. При угловом повороте объекта в другую сторону (против часовой стрелки) вал 15 через часть ленты 16 перемещает каретку вправо и вместе с ней клин 7, изменяя длину оптического пути наоборот в обоих интерференционных пучках. И как следствие этого, интерференционная картина на диафрагме 10 "бежит" в другую сторону. В устройстве угловые повороты объекта преобразуются в линейные перемещения каретки с оптическим клином 7, отражающие поверхности которого являются концевыми отражателями интерферометра без кинематических погрешностей с помощью предварительно натянутых частей ленты. Устройство позволяет проводить измерения в широком диапазоне углов от 0 до 360o с прецизионной точностью. Так, например, при диаметре вала 25 мм длина окружности вала охватываемой частями ленты равна 78,54 мм. Одна интерференционная полоса равна λ/2 и при λ 0,5 мкм соответствует изменению оптического пути в плечах интерферометра Dоп= 0,25 мкм. Так как изменение оптического пути в устройстве происходит одновременно в обоих плечах на одно и тоже значение, но в разные стороны, то перемещение каретки для смещения результирующего поля в плоскости щели на одну полосу равно половине необходимого изменения разности оптического пути, т.е.As a result of the movement of the optical wedge, the optical path length of one of the beams reflected from its mirror faces increases and the other decreases by the same value. In this case, the interference pattern moves along a line perpendicular to the edge of the slit 10. Photodetector 11 detects a change in the intensity of the light signal at its input and recounts the number of interference bands that have passed through the diaphragm 10 into the angular deviation of the object. When the object is rotated in the opposite direction (counterclockwise), the shaft 15 moves the carriage to the right through the portion of the tape 16 and, together with it, the wedge 7, changing the length of the optical path vice versa in both interference beams. And as a consequence of this, the interference pattern on the diaphragm 10 "runs" in the opposite direction. In the device, the angular turns of the object are converted into linear movements of the carriage with an optical wedge 7, the reflective surfaces of which are the end reflectors of the interferometer without kinematic errors using pre-stretched parts of the tape. The device allows measurements in a wide range of angles from 0 to 360 o with precision accuracy. So, for example, with a shaft diameter of 25 mm, the circumference of the shaft covered by the parts of the tape is 78.54 mm. One interference band is equal to λ / 2 and at λ 0.5 μm corresponds to a change in the optical path in the arms of the interferometer D op = 0.25 μm. Since the change in the optical path in the device occurs simultaneously in both arms by the same value, but in different directions, the movement of the carriage to shift the resulting field in the slit plane by one band is equal to half the necessary change in the difference of the optical path, i.e.

Figure 00000003

Количество дискретов (n) укладывающихся в диапазоне перемещения каретки L = πD 78,54 мм (для принятого диаметра вала D 25 мм), равно
Figure 00000004

Так как в одном радиане содержится ρ 206264,8 угл. сек. а в одном обороте 2π радиан, то одному дискрету перемещения (одна полоса) соответствует угловой поворот объекта на
Figure 00000005

То есть устройство позволяет измерять угловые поворота объекта в диапазоне 0 360o с секундной точностью.
Figure 00000003

The number of discrete (n) fit in the range of movement of the carriage L = πD 78.54 mm (for the adopted shaft diameter D 25 mm) is
Figure 00000004

Since one radian contains ρ 206264.8 angles. sec and in one revolution 2π radians, then one movement discrete (one lane) corresponds to the angular rotation of the object by
Figure 00000005

That is, the device allows you to measure the angular rotation of the object in the range of 0 360 o with second accuracy.

Claims (1)

Интерференционное устройство для измерения угловых перемещений, содержащее последовательно расположенные источник когерентного излучения, коллиматор и светоделительное зеркало, оптически сопряженное с отражающим зеркалом, а также два концевых отражателя, образующие двухлучевой интерферометр, вал, предназначенный для скрепления с объектом, плоскую ленту, охватывающую вал, объектив и щелевую диафрагму, расположенные между светоделительным зеркалом и фотоприемником, и направляющую, отличающееся тем, что оно снабжено призмой БР-180o, оптически сопряженной соответственно со светоделительным зеркалом и одним из концевых отражателей, и оптическим клином, расположенным на каретке, установленной с возможностью прямолинейного перемещения по направляющей, и ориентированным ребром параллельно щелевой диафрагмы, причем концевые зеркальные отражатели выполнены в виде боковых поверхностей клина, а плоская лента состоит из двух частей, каждая из которых выполнена в виде гребенки с основанием и установлена с натяжением, при этом выступы одной гребенки расположены в пазах другой гребенки на валу и все концы выступов скреплены с ним, а основания гребенок расположены на противоположных концах каретки и скреплены с ней.An interference device for measuring angular displacements, containing a sequentially located coherent radiation source, a collimator and a beam splitter mirror optically coupled to a reflecting mirror, as well as two end reflectors forming a two-beam interferometer, a shaft designed for fastening with an object, a flat tape covering the shaft, the lens and a slit diaphragm located between the beam splitting mirror and the photodetector, and a guide, characterized in that it is equipped with a prism BR-180 o , op coupled, respectively, with a beam splitting mirror and one of the end reflectors, and an optical wedge located on a carriage mounted with the possibility of rectilinear movement along the guide, and an oriented edge parallel to the slit diaphragm, and the end mirror reflectors are made in the form of side surfaces of the wedge, and the flat tape consists of two parts, each of which is made in the form of a comb with a base and installed with tension, while the protrusions of one comb are located in grooves of another th combs on the shaft and all ends of the protrusions are bonded to it, and the bases of the combs are located at opposite ends of the carriage and bonded to it.
RU93039712A 1993-08-03 1993-08-03 Interference device for measuring the angular movement of object RU2095752C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93039712A RU2095752C1 (en) 1993-08-03 1993-08-03 Interference device for measuring the angular movement of object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93039712A RU2095752C1 (en) 1993-08-03 1993-08-03 Interference device for measuring the angular movement of object

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93039712A RU93039712A (en) 1995-12-20
RU2095752C1 true RU2095752C1 (en) 1997-11-10

Family

ID=20146137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93039712A RU2095752C1 (en) 1993-08-03 1993-08-03 Interference device for measuring the angular movement of object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2095752C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2667335C1 (en) * 2017-11-29 2018-09-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Two-beam interferometer (variants)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1037066, кл. G 01 B 11/26, 1993. 2. Авторское свидетельство СССР N 1677512, кл. G 01 B 11/26, 1991. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2667335C1 (en) * 2017-11-29 2018-09-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Two-beam interferometer (variants)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4652130A (en) Method of and arrangement for an interferometer
US5847828A (en) Michelson interferometer using matched wedge-shaped beam splitter and compensator
GB2369452A (en) Optical beam splitting blocks
US5305088A (en) Laser interferometric measuring machine
EP0244275A2 (en) Angle measuring interferometer
US3955083A (en) Interferometric device for encoding shaft angles
JPS6089712A (en) Optical encoder
US6611379B2 (en) Beam splitter and method for generating equal optical path length beams
RU2095752C1 (en) Interference device for measuring the angular movement of object
US4395123A (en) Interferometric angle monitor
US5028137A (en) Angular displacement measuring interferometer
RU2150090C1 (en) Fourier transform interferometer and spectrometer
US4115008A (en) Displacement measuring apparatus
RU93039712A (en) INTERFERENTIAL DEVICE FOR MEASURING ANGULAR DISPLACEMENTS OF AN OBJECT
US4451148A (en) Optical angular interval marker
CA1141946A (en) Viewing and measuring apparatus
US6842252B1 (en) Laser wavelength meter
JPS59164926A (en) Interference spectrometer
RU2094755C1 (en) Method and device measuring angle of turn of object
SU1245878A1 (en) Interference protractor
JPS62204126A (en) Encoder
JPH0285717A (en) Encoder
SU1113671A1 (en) Device for measuring angular displacements
SU1567870A1 (en) Interferometer for measuring linear values
JPS62163919A (en) Rotary encoder