SU1270560A1

SU1270560A1 - Device for measuring angular deviation of object

Info

Publication number: SU1270560A1
Application number: SU853929570A
Authority: SU
Inventors: Эрнст Дмитриевич Панков; Геннадий Васильевич Бреенков
Original assignee: Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Точной Механики И Оптики
Priority date: 1985-07-12
Filing date: 1985-07-12
Publication date: 1986-11-15

Abstract

Устройство предназначено дл измерени угловых разворотов объекта вокруг одной из коллимационных осей. Целью изобретени вл етс повьшение надежности измерени за счет устранени вли ни нестабильности ркости информационного пучка на измер емый параметр. Источником излучени , имеющим непрерывный спектр изл чени по одной из координат, освещают квадратную марку коллиматора, сформированный коллиматором пучок направл ют в оптическую систему, скрепленную с контролируемым объектом. Объективом приемной оптической системы фокусируют пучок излучени . Б фокальной .плоскости располагают щелевую диаграмму , котора выдел ет из непрерывного спектра излучени узкий спектральный участок л Л . Коллимируют излучение , прошедшее щелевую диафрагму, и направл ют его в двулучевой интерферометр Майкельсона, перемещают одно из его концевых зеркал с посто нной скоростью, обеспечива равномерное перемещение J нтepфepeнциoннoй картины на входе фотоприемника, проебразуют перемещающуюс интерференционную картину в электрический сигнал синусоидальной формы, усиливают его и с помощью частотомера определ ют (Л частоту электрического сигнала, по которой суд т о величине углового С разворота объекта вокруг ощЯэй из координат . В устройстве информаци об угловом перемещении объекта св зана с изменением спектра на входе в двулучевой интерферометр Майкельсона и преобразованием переменной картины на выходе интерферометра в электрический сигнал переменной частоты. 1 ил.The device is designed to measure angular turns of an object around one of the collimation axes. The aim of the invention is to increase the reliability of the measurement by eliminating the influence of the instability of the information beam on the measured parameter. A radiation source having a continuous radiation spectrum along one of the coordinates illuminates the square mark of the collimator, the beam formed by the collimator is directed to the optical system, fastened to the object being monitored. The lens of the receiving optical system focuses the beam of radiation. The focal plane has a slit diagram that separates a narrow spectral region from the continuous spectrum of radiation. The radiation passing through the slit diaphragm is collimated and sent to the Michelson two-beam interferometer, one of its end mirrors is moved at a constant speed, ensuring a uniform displacement of the J-pattern at the input of the photodetector, projecting the moving interference pattern into the electrical signal of the core of the syringe and the sensor, moving the interconnected pattern. using a frequency meter, it is determined (L) the frequency of the electrical signal, by which the angular C rotation of the object around the surface is judged from the coordinates. Information on the angular displacement of an object is associated with a change in the spectrum at the input to a two-beam Michelson interferometer and the conversion of a variable pattern at the output of the interferometer into an electrical signal of variable frequency. 1 Il.

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для измерения угловых отклонений объекта в машиностроении ’й судостроении.The invention relates to instrumentation and can be used to measure the angular deviations of an object in mechanical engineering’s shipbuilding.

Цель изобретения - повышение надежности измерения путем устранения влияния пространственной нестабильности яркости информационного пучка на величину измеряемого угла.The purpose of the invention is to increase the reliability of measurement by eliminating the influence of spatial instability of the brightness of the information beam on the value of the measured angle.

На чертеже показана схема устройства.The drawing shows a diagram of the device.

Устройство содержит источник излучения (не показан), коллиматор 1, включающий марку 2 и объектив 3, объектив 4, щелевую диафрагму 5, второй объектив 6, двулучевой интерферометр Майкельсона, включающий светоделительный элемент 7 и два концевых зеркала 8 и 9, конденсор 10, фотоприемник 11, усилитель 12, частотомер 13 и основание (не показано). Коллиматор установлен на оснований, а объектив 4,'щелевая диафрагма 5, второй объектив 6, интерферометр Майкельсона, конденсатор 10 и фотоприемник 11 расположены на объекте контроля (не показан) и конструктивно связаны с ним. Спектр излучения источника пространственно изменяется вдоль одной из координат, параллельно которой расположены две стороны прямо- ’ угольной марки .2. Щелевая диафрагма 5 установлена в фокальной плоскости объективов 4 и 6 и ориентирована щелью перпендикулярно направлению спектра источника излучения.The device contains a radiation source (not shown), a collimator 1, including a brand 2 and a lens 3, a lens 4, a slit diaphragm 5, a second lens 6, a two-beam Michelson interferometer, including a beam splitter 7 and two end mirrors 8 and 9, a condenser 10, a photodetector 11, amplifier 12, frequency counter 13, and base (not shown). The collimator is mounted on the bases, and the lens 4, the slit diaphragm 5, the second lens 6, the Michelson interferometer, the capacitor 10 and the photodetector 11 are located on the control object (not shown) and are structurally connected with it. The radiation spectrum of the source varies spatially along one of the coordinates, parallel to which there are two sides of a rectangular mark .2. Slit aperture 5 is installed in the focal plane of the lenses 4 and 6 and is oriented with a slit perpendicular to the direction of the spectrum of the radiation source.

.Одно из зеркал интерферометра Майкельсона имеет возможность, возвратно-поступательного перемещения..One of the mirrors of the Michelson interferometer has the possibility of reciprocating movement.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Источник излучения излучает световой пучок с пространственно изменяющимся спектром излучения вдоль одной из координат, например вдоль оси X. Световой пучок, пройдя марку 2 и объектив 3, выходит из него сформированным в параллельный пучок. Сформированный пучок направляют в объектив 4, скрепленный с объектом контроля (не показан).A radiation source emits a light beam with a spatially varying spectrum of radiation along one of the coordinates, for example along the X axis. A light beam, passing mark 2 and lens 3, leaves it formed into a parallel beam. The formed beam is sent to the lens 4, fastened to the control object (not shown).

Объектив 4 фокусирует излучение на щелевой диафрагме 5, вырезающей из пространственно изменяющегося спектра, сфокусированного: на ней узкую спектральную линию bft₍. Часть излучения, прошедшая щелевую диафрагмуLens 4 focuses the radiation on the slit diaphragm 5, which is cut out from a spatially changing spectrum, focused: on it a narrow spectral line bft ₍ . The part of the radiation transmitted through the slit diaphragm

5, вторым объективом 6 вновь коллимируют и направляют в интерферометр Майкельсона.5, the second lens 6 is again collimated and sent to a Michelson interferometer.

Одно из зеркал интерферометра, на5 пример зеркало 9, перемещается вдоль направления потока излучения с постоянной скоростью относительно нулевого положения. В результате этого на выходе интерферометра интерференционЮ ная картина перемещается относительно оптической оси устройства. Результирующий пучок излучения, вышедший из интерферометра, фокусируют конденсатором 10 на фотоприемнике 11, кото-. 15 рый осуществляет преобразование монохроматической яркости [ift результирующего пучка в электрический сигнал синусоидальной формы на его выходе. Выходной электрический сигнал усили20 вают в усилителе 12 и частоту его (f) измеряют с помощью частотомераOne of the mirrors of the interferometer, for example, mirror 9, moves along the direction of the radiation flux at a constant speed relative to the zero position. As a result of this, at the output of the interferometer, the interference pattern moves relative to the optical axis of the device. The resulting radiation beam emerging from the interferometer is focused by a capacitor 10 on a photodetector 11, which is. The 15th transforms the monochromatic brightness [ift of the resulting beam into an sinusoidal electric signal at its output. The output electrical signal is amplified in the amplifier 12 and its frequency (f) is measured using a frequency meter

13. При угловых разворотах контролируемого объекта, например, вокруг 'вертикальной оси (У), происходит на— 25 клон оптической системы, расположенной на контролируемом объекте, по отношению к пучку, сформированному коллиматором Г, пространственное положение которого остается неизменным.13. At angular turns of the controlled object, for example, around the vertical axis (Y), a 25 clone of the optical system located on the controlled object occurs with respect to the beam formed by collimator G, the spatial position of which remains unchanged.

При наклоне объектива 4 спектр от источника излучения (не показан) перемещается в его фокальной плоскости, в результате чего через отверстие щелевой диафрагмы 5 при наклоне объекта проходят различные спектральные участки. .When the lens 4 is tilted, the spectrum from the radiation source (not shown) moves in its focal plane, as a result of which various spectral sections pass through the opening of the slotted diaphragm 5 when the object is tilted. .

При изменении углового положения на величину, равную спектр излучения после щелевого диафрагмы 5 изменяется на величину, равную aft .When changing the angular position by an amount equal to the radiation spectrum after the slit diaphragm 5 changes by an amount equal to aft.

Изменение длины волны излучения на входе интерферометра приводит к изменению периода прохождения интерференционной картины оси устройства на входе фотоприемника 11 при перемещении концевого зеркала 9 с постоянной скоростью и, как следствие с этого, на выходе фотоприемника 11 происходит изменение частоты электричёского сигнала (f). Частота сигнала изменяется пропорционально произведению скорости перемещения (V) концевого зеркала 9 интерферометра на длину волны aft,,прошедшую щелевую диафраг55 му 5. Изменение частоты электрического сигнала контролируют частотомером 13. По изменению частоты сигнала судят об угловом развороте объекта.A change in the radiation wavelength at the input of the interferometer leads to a change in the period of passage of the interference pattern of the axis of the device at the input of the photodetector 11 when the end mirror 9 is moved at a constant speed and, as a result, the frequency of the electric signal (f) changes at the output of the photodetector 11. The signal frequency changes in proportion to the product of the moving speed (V) of the end mirror 9 of the interferometer by the wavelength aft, which has passed the slot diaphragm55 mu 5. The change in the frequency of the electrical signal is controlled by a frequency meter 13. The angle of the object is judged by the change in the frequency of the signal.

1270560 41270560 4

Диапазон измеряемых углов в устройстве определяется линейными разме рами марки 2 и фокусным расстоянием коллиматора 1, его чувствительность к угловым разворотам связана с шири- 5 ной спектра излучения и выделяется щелевой диафрагмой 5.The range of measured angles in the device is determined by the linear dimensions of grade 2 and the focal length of collimator 1, its sensitivity to angular turns is related to the width of the radiation spectrum 5 and is distinguished by a slit diaphragm 5.

Изменение интенсивности информационного пучка, обусловленное различными факторами, не приводит к появле-10 нию погрешности в определение углового разворота объекта, что способствует повышению надежности измерения.A change in the intensity of the information beam due to various factors does not lead to the appearance of an error in determining the angular rotation of the object, which helps to increase the reliability of measurement.

Claims

1 The invention relates to instrumentation engineering and can be used to measure the angular deviations of an object in mechanical engineering and shipbuilding. The purpose of the invention is to improve the measurement reliability by eliminating the influence of the spatial instability of the brightness of the information beam on the magnitude of the measured angle. The drawing shows a diagram of the device. The device contains a radiation source (not shown), collimator I, including mark 2 and lens 3, lens 4, slit diaphragm 5, second lens 6, two-beam Michelson interferometer, including light emitting element 7 and two end mirrors 8 and 9, the condenser 10, the receiver 11, the amplifier 12, the frequency meter 13 and the base (not shown). The collimator is mounted on the bases, and the lens 4, the slit diaphragm 5, the second lens 6, the Mike Kelson interferometer, the capacitor 10 and the photodetector I1 are located on the control object (not shown) and are structurally associated with it. The radiation spectrum of the source varies spatially along one of the coordinates, parallel to which there are two sides of the rectangular mark.

2. The slit aperture 5 is installed in the focal plane of the lenses 4 and 6 and is oriented with a slit perpendicular to the direction of the spectrum of the radiation source. .One of the mirrors of the Michelson interferometer has the ability to reciprocate it. The device works as follows. The radiation source emits a light beam with a spatially varying radiation spectrum along one of the coordinates, for example: 8 the X-axis. The light beam, having passed mark 2 and objective 3, leaves it to form a parallel beam. The formed beam is directed to the objective 4, attached to a control object (not shown). Lens 4 focuses radiation on a slit diaphragm 5, cutting out of a spatially changing spectrum, focused: on it is a narrow spectral line and ,. A portion of the radiation, which is generous to the slit diaphragm 02 5, by the second lens 6 is again collimated and directed to the Michelson interferometer. One of the interferometer mirrors, for example a mirror 9, moves along the direction of the radiation flux at a constant velocity relative to the zero position. As a result, the interference pattern at the output of the interferometer moves relative to the optical axis of the device. The resulting radiation beam, which is out of the interferometer, is focused by a capacitor 10 on a photodetector 11, which converts the monochromatic brightness / Jfl of the resulting beam into an electrical signal of sinusoidal form at its output. The output electrical signal is amplified in amplifier 12 and its frequency (f) is measured using a frequency meter 13. At angular turns of the object being monitored, for example, around the vertical axis (U), occurs; a clone of the optical system located on a controlled object with respect to the beam formed by the collimator G, the spatial position of which remains unchanged. When the lens 4 is tilted, the spectrum from the radiation source (not shown) moves in its focal plane, with the result that different spectral portions pass through the opening of the slit diaphragm 5 when the object is tilted. When the angular position changes by an amount equal to fl {the emission spectrum after the slit diaphragm 5 changes by an amount equal to u7. A change in the radiation wavelength at the input of the interferometer leads to a change in the transmission period of the —interference pattern of the device axis at the input of the photoreceiver I1 when the end mirror 9 moves at a constant speed and, as a result, the frequency of the electrical signal (f) changes at the output of the photoreceiver 11. The frequency of the signal changes in proportion to the product of the speed of movement (V) of the end mirror 9 of the interferometer by the wavelength U, the past slit diaphragm 5. The change in the frequency of the electrical signal is monitored by frequency meter 13. The signal is turned about the angular rotation of the object by changing the frequency of the signal. The range of measured angles in the device is determined by the linear dimensions of the mark 2 and the focal length of the collimator 1, its sensitivity to angular spreads is related to the width of the emission spectrum and is distinguished by a slit diaphragm 5. The change in the intensity of the information beam due to various factors leads to an error in the determination of the angular reversal of the object, which contributes to improving the reliability of the measurement. The invention The device for measuring the angular, deflection of an object containing a radiation source, a collimator made of a mark and lens, a lens and a photoreceiver intended for bonding with the object, and the base on which the collimator is installed, the mark is located in the focal plane: the bone of the collimator lens, It is due to the fact that, with the aim of ensuring the reliability of measurement, it is equipped with a slit diaphragm of the object installed in the focal plane of the object, the second objective, the double-beam in-; Michelson's terferometer, which includes two end mirrors with a condenser and a frequency meter, the brand is square, and the radiation source is spatially variable, the second lens, the double-beam interferometer and the condenser are arranged in series in the direction of radiation between the slit diaphragm and the photoreceiver; emnik, one of the end mirrors of the Michelson interferometer is installed with the possibility of reciprocating; moving along the radiation flux, the second lens is positioned in such a way that its focal plane is aligned with a slit diaphragm, oriented with its slit perpendicular to the direction of change of the spectrum of the radiation source.