RU2095752C1 - Interference device for measuring the angular movement of object - Google Patents
Interference device for measuring the angular movement of object Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
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
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 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
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
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
Количество дискретов (n) укладывающихся в диапазоне перемещения каретки L = πD 78,54 мм (для принятого диаметра вала D 25 мм), равно
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
То есть устройство позволяет измерять угловые поворота объекта в диапазоне 0 360o с секундной точностью.
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
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
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)
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)
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) |
-
1993
- 1993-08-03 RU RU93039712A patent/RU2095752C1/en active
Non-Patent Citations (1)
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)
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 | |
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 | |
SU1113671A1 (en) | Device for measuring angular displacements | |
SU1567870A1 (en) | Interferometer for measuring linear values | |
JPS62163919A (en) | Rotary encoder | |
SU352479A1 (en) | ||
Hercher et al. | Precision Angle Measurement with a 2-Frequency HeNe Laser |