SU1427174A1 - Устройство дл воспроизведени углов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в качестве образцового средства дл  аттестации высокоточных автоколлимационных угломерных прибог ров. Цель изобретени  - повышение . точности измерений. Параллельный пучок лучей лазера 2 раздел етс  светоделителем 3 на два пучка, которые после отражени  от зеркал 4, 5 и зеркала модул тора 6 оптической разности хода попадают на концевые отражатели 10, 11, 12, 13, размещенные на поворотной пластине 7 и дополнительной неподвижной пластине 8. Пучки лучей, отраженные от отражателей 10, 11, образуют за светоделителем 3 основную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 14. Величина углового смещени  поворотной пластины 7 определ етс  числом интерференционных полос, прошедших через фотоприемник 14, св занный с блоком 16 управлени . Воспроизведение угла поворота осуществл етс  с помощью блока 16 управлени , св занного с исполни1А (Л

Description

N9

vl

4

тельным устройством 9, лучей, отраженные от концевых отражателей 12, 13, образуют дополнительную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 15. Сигнал с вы- xoflja фотоприемника 15 преобразуетс 

синхронным детектором 18 и поступает через сумматор 19 на модул тор 6 оптической разности хода, на который также через сумматор 19 подаетс  синусоидальный сигнал от источника 17 модулирующего напр жени . 2 ил.

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в качестве образцового средства дл  аттестации высокоточных автокол- лимационньк угломерных приборов..

Цель изобретени  - повышение точности восгфоиэведени  углов.

На фиг. 1 изображена структурна 

схема предлагаемого устройства дл 

воспроизведени  углов; на фиг. 2 - один из вариантов структурной схемы блока упра влени .

Устройство содержит инерционное основание 1 с размещенным на нем интерферометром Майкельсона, вклю чающим лазер 2, светоделитель 3 и зеркала 4 и 5 интерферометра, модул тор .6 оптической разности хода, выполненный , например, в виде зеркала, закрепленного на пьезоэлектрическом зле- менте, поворотную пластину 7, дополнительную пластину & и привод 9 разворота пластины 8, Плоскость дополнительной пластины размещена под задан- ным углом (90°-р)) к плоскости вращени  поворотной, пластины (ось вращени  обозначена 0-0 ). Два концевых отражател  10 и 11 интерферометра разме- щены на поворотной пластине 7, другие два концевых отражател  12 и 13 - на дополнительной пластине 8. На выходе интерферометра расположены основной 14 и дополнительный 15 фотоприемники , снабженные щелевыми диафрагма ми, причем основной фотоприемник 14 расположен по ходу лучей, отраженных от концевых отражателей 10 и 11 пластины 7, а дополнительньм фотоприем- ник. 15 расположен по ходу лучей, от- раженных от концевых отражателей 12 н 13 пластины 8. Устройство содержит также блок 16 управлени , источник 17 модулирующего напр жени , синхронный детектор 18 и сумматор 19.

0

г . 5 5

0

Сигнальный вход блока 16 управлени  соединен с основным фотоприемником 14, вход синхронизации - с выходом источника 17 модулирующего напр жени , а выход - с дополнительным повот ротным устройством 9. Сигнальный вход синхронного детектора 18 соединен с дополнительным фотоприемником 15, вход синхронизации - с источником 17 модулирующего напр жени , вькод - с первым входом сумматора 19, второй вход которого соединен с источником 17 модулирующего напр жени , а выход - с модул тором 6 оптической разности хода. Аттестуемьй автоколлима- дионный прибор устанавливаетс  перед отражающей поверхностью поворотной пластины 7 на основании 1 (позици  А на фиг, 1). Блок 16 управлени  (фиг. 2) содержит счетчик 20 интерференционных полос, -подключенный к одному из входов цифровой схемы 21 сравнени , на другой вход которой подаетс  цифровой код угла Q, который необходимо воспроизвести. Выход схемы 21 сравнени  соединен с первым входом сумматора 22, второй вход которого подключен к выходу синхронного детектора 23, при этом сигналь- ньм вход блока 16 управлени  подключен к входу счетчика 20 интерференционных полос и синхронного детектора 23, а вход синхронизации - к одноименному входу детектора 23. В р де . случаев счетчик 20 дл  повьпиени  помехоустойчивости может иметь вход синхронизации, соединенный с одноименным входом блока 16 управлени .

Устройство дл  воспроизведени  углов работает следующем образом.

Угловое перемещение поворотной пластинь 7 контролируетс  с помощ.ь1о интерферометра Майкельсона путем подсчета числа интерференгр онных полос.

прошедших через щель основного фото- приемника 14. Принцип работы интерферометра заключаетс  в том, что па- раллельньй пучок лучей лазера 2 раздел етс  светоделителем 3 на два пуч ка, которые после отражени  от зеркал 4 и 5 и зеркала модул тора 6 попадают на концевые отражатели 10-13, размещенные на поворотной пластине 7 и дополнительной пластине 8. Пучки , отраженные от концевых отражателей 10 и 11, возвраща сь по тому же пути, образуют за светоделителем 3 основную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 14. Пр повороте пластины 7 измен етс  разность хода лучей в ветв х интерферометра , происходит перемещение основной интерференционной картины и из- менение сигнала на выходе фотоприемника 14. Величина углового смещени  пластины 7 определ етс  числом интерференционных полос, прошедших через фотоприемник 14. Дл  определени  направлени  перемещени  и числа прошедших полос в интерферометре осуществл етс  модул ци  оптической разности хода пучков модул тором 6 по синусоидальному закону.

Воспроизведение угла поворотной пластиной 7 осуществл етс  под управлением блока 16 управлени  следующим образом; в блоке 16 управлени набираетс  код заданного числа интерференционных полос Q, соответствую- щий желаемому углу воспроизведени  с учетом знака; исполнительное устройство 9 перемещает поворотную пластину 7, одновременно в блоке 16 подсчитываетс  число интерференционных полос, перемещаюш ихс  в поле зрени  фотоприемника сравниваетс  с заданным значением Q; после совпадени  подсчитанного числа полос с заданным система переходит в след щий режим, исполнительное устройство 9 поддерживает положение пластины 7, соответствующее совмещение центра заданной интерференционной полосы с центром щели фотоприемника 14,

Дискретность воспроизведени  угла соответствует перемещению на одну интерференционную полосу (реально 0,1-0,5 угловых секунд). На перемещение интерференционной картины вли ют и дестабилизирующие факторы; нестабильность положени  зеркал 4 и 5, св занна  с температурами, ос-,

таточными и другими деформаци ми оправ и основани  1; дрейф посто нно составл ющей модул тора 6 оптической разности хода; изменение показателей преломлени  рабочего пространства. Дл  исключени  вли ни  этих факторов на точность воспроизведени  углов в устройство введен дополнительный канал стабилизации. Его работа заключаетс  в следующем. Часть пучков интерферометра , отраженна  от концевых отражателей 12 и 13 дополнительной пластины 8, образует дополнительную интерференционную картину, регистрируемую фотоприемником 15. Расположен дополнительной пластины 8 под заданным углом к пластине 7 обеспечивает пространственное разнесение основной и дополнительной интерференционных картин. Поскольку дополнительна  пластина 8 жестко св зана с основанием 1, то перемещение дополнительной интерференционной картины св зано не с поворотом пластины 7, а только с вли нием дестабилизирующих факторов. Синхронный детектор 18 измер ет фазу перемещени  дополнительной интерференционной картины. Напр жение на выходе детектора 18 равно нулю при совпадении центра интерференционной полосы, к которой ос тцествл етс  прив зка , с центром щели фотоприемника 15 (отсутствие первой гармонигда при симметричном модулирующем сигнале источника 17) и имеет соответствующую величину и знак при их смещении. Напр жение с выхода детектора 18 суммируетс  о Модулирующим напр жением на сзт маторе 19 и поступает на моду- .л тор 6 оптической разности хода, стабилизиру  центр интерференционной полосы относительно щели дополнительного фотоприемника 15. Учитьша , что дестабилизирущие факторы действуют практически одинаково на обе интерференционные картины, в устройстве достигаетс  исключение вли ни  этих факторов на основную интерференционную картину, смещение которой в данном устройстве св зано только с угловым перемещением поворотной пластины 7, и тем самым достигаетс  высока  точность воспроизведени  углов.

Блок 16 управлени  (фиг. 2) работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на счетчик 20 интерференционных полос. С выхода счетчика 20 цифровой код чи

514

ела интерференционнь0с полос, прОшед- ших через щель фотоприемника 14, поступает на вход схемы 21 сравнени  На другой вход схемы 21 сравнени  оператором или автоматически подаетс  код заданного числа интерференционных полос Q, соответствующий требуемому углу воспроизведени , На вы- соде схемы 2Г сравнени  формируетс  Посто нный сигнал, знак которого соответствует разности входных кодов, С выхода схемы 21 сравнени  сигнал поступает на сумматор 22, на другой .вход сумматора 22 поступает сигнал р выхода синхронного детектора 23, принцип действи  которого аналогичен детектору 18, Сумматор 22 имеет чув- :ствительность по первому входу значительно вьше, чем по второму, поэ- тому при несовпадении заданного и ;пройденного числа полос выходной сиг- :нал сумматора 22 определ етс  выход- :ным сигналом схемы 21 сравнени  и осуществл ет через исполнительное устройство 9 поворот пластины 7. При совпадении числа полос сигнал с выхода схемы 21 сравнени  равен нулю и сигнал с выхода сумматора 22 определ етс  выходным сигналом детектора 23, осуществл   через исполнительное поворотное устройство 9 стабилизацию местоположени  поворотной пластины 7.

В предлагаемом устройстве дл  вое- произведени  углов в качестве инерционного основани  может быть использована чугунна  плита, поворотна  и опорна  пластины выполнены из кварца , а концевые отражатели получены путем зеркального покрыти  пластин. В качестве модул тора оптической разности хода может быть использован, например, пьезоэлектр ический злемент с закрепленным на нем зеркалом. Ис- полнительное поворотное устройство может быть вьшолнено в виде электродвигател  посто нного тока с редуктором с дифференциальным винтом. Дл  повьшени  точности позиционировани  на конце дифференциального винта может быть закреплен управл емый

5

1

п п 5

0

746

пьезоэлектрический элемент. В качестве фотоприемников могут быть использованы фотодиоды, а источник модулирующего напр жени  выполнен в виде генератора синусоидального напр жени .

Форму лаизобретени 

Устройство дл  воспроизведени  углов, содержащее основание, установленный на нем интерферометр Май- кельсона, установленную с возможностью разворота вокруг оси, параллельной ее плоскост м, плоскопараллельную пластину, имеющую два зеркально отражающих участка поверхности , которые  вл ютс  концевыми отражател ми интерферометра и размещены в его соответствующих плечах, модул тор , оптической разности хода лучей , установленный в одном из плеч интерферометра, источник модулирующего напр жени , св занный с модул тором , фотоприемник, расположенный на выходе излучени  из интерферометра , и блок управлени , сигнальный вход которого соединен с фотоприемником , вход синхронизации соединен с источником модулирующего напр жени , а выход соединен с приводом разворота

пластины.

отличающеес 

тем, что, с целью повышени  точности воспроизведени  углов, оно снабжено жестко закрепленной на основании второй плоскопараллельной пластиной с двум  аналогичными концевыми отражател ми , расположенными в соответствующих плечах интерферометра, вторым фотоприемником, установленным на выходе интерферометра по ходу лучей, отраженных от третьего и четвертого кольцевых отражателей, синхронным детектором и сумматором, сигнальный вход синхронного детектора соединен с вторым фотоприемником, вход синхронизации соединен с источником модулирующего напр жени , а выход через сумматор соединен с модул тором оптической разности хода, с которым также через сумматор соединен источник модулирующего напр жени .

Вход синхро- мизации

Г

16

Фиг. Z

Claims (1)

1. Форму ла йзобретения

   Устройство для воспроизведения углов, содержащее основание, установленный на нем интерферометр Майкельсона, установленную с возможностью разворота вокруг оси, параллельной ее плоскостям, плоскопараллельную пластину, имеющую два зеркально отражающих участка поверхности, которые являются концевыми отражателями интерферометра и размещены в его соответствующих плечах, модулятор· оптической разности хода лучей, установленный в одном из плеч интерферометра, источник модулирующего напряжения, связанный с модулятором, фотоприемник, расположенный на выходе излучения из интерферометра, и блок управления, сигнальный вход которого соединен с фотоприемником, вход синхронизации соединен с источником модулирующего напряжения, а выход соединен с приводом разворота пластины, отличающееся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения углов, оно снабжено жестко закрепленной на основании второй плоскопараллельной пластиной с двумя аналогичными концевыми отражателями, расположенными в соответствующих плечах интерферометра, вторым фотоприемником, установленным на выходе интерферометра по ходу лучей, отраженных от третьего и четвертого кольцевых отражателей, синхронным детектором и сумматором, сигнальный вход синхронного детектора соединен с вторым фотоприемником, вход синхронизации соединен с источником модулирующего напряжения, а выход через сумматор соединен с модулятором оптической разности хода, с которым также через сумматор соединен источник модулирующего напряжения.