SU1620828A2

SU1620828A2 - Device for measuring angular displacements of objects

Info

Publication number: SU1620828A2
Application number: SU884494107A
Authority: SU
Inventors: Вениамин Николаевич Аноховский
Original assignee: Предприятие П/Я В-8062
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1991-01-15

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени угла поворота объекта Целью изобретени вл етс повышение точности измерени за счет уменьшени нелинейности изменени разности длин оптических путей в плечах интерферометра. Пучок лу чей от когерентного источника 1 раздел етс светоделителем 2 на два пучка, каждый из которых проходит через оптический блок. скрепленный с объектом, попадает на концевой отражатель 4 (или 5), отражаетс з обратном направлении и образует на выходе светоделител 2 интерференционную картину. При вращении оптического блока 3 длина пути лучей в одном плече интерферометра увеличиваетс , а в другом плече уменьшаетс , при этом интерференционные полосы перемещаютс , пересека фотоприемник приемного блока 6 и образу на его выходе последовательность электрических импульсов. Подсчет числа импульсов пропорционального углу поворота обьекта осуществл етс с выхода одной из площадок фотоприемника При пересечении части пучка лучей, вырезаемой апертурой фотоприемника , гранью призмы оптического блока 3 подключаетс друга площадка фотоприемника , апертура которой сдвинута относительно первой по окружности в направлении вращени оптического блока 3. При смещении пучка с грани призмы вновь подключаетс перва площадка фотоприемника Управление переключением каналов приемного блока 6 осуществл етс с помощью фотоприемников 7 и 8, расположенных в плечах интерферометра таким образом что при пересечении пучков лучей гран ми призм оптического блока лучи, отраженные от зеркальных фасок, попадают на один из фотоприемников. Скрепление ромбических призм оптического блока под углом к оси вращени так, чтобы биссектрисы углов рабочих входных граней были перпендикул рны оси вращени , обеспечивает минимальную нелинейность изменени разности длин оптических путей в плечах интерферометра. 4 ил fe Os fO о 00 ю 00The invention relates to measurement technology and can be used to measure the angle of rotation of an object. The aim of the invention is to improve measurement accuracy by reducing the nonlinearity of changes in the difference of the lengths of optical paths in the arms of an interferometer. The beam of the beam from the coherent source 1 is divided by the beam splitter 2 into two beams, each of which passes through the optical unit. bonded to the object, falls on the end reflector 4 (or 5), is reflected from the opposite direction and forms an interference pattern at the output of the splitter 2. When the optical unit 3 rotates, the path length of the rays in one arm of the interferometer increases and decreases in the other arm, while the interference bands move, crossing the photoreceiver of the receiving unit 6 and forming at its output a sequence of electrical pulses. The counting of the number of pulses proportional to the angle of rotation of the object is made from the exit of one of the photodetector sites. shifting the beam from the prism face again connects the first pad of the photodetector. Switching the channels of the receiving unit 6 is controlled by Strongly photodetectors 7 and 8 located at a shoulder of the interferometer so that at the intersection of ray beams faces of the prisms of the optical block rays reflected from the mirror facets, fall into one of the photodetectors. Fastening the rhombic prisms of an optical unit at an angle to the axis of rotation, so that the bisectors of the angles of the working input faces are perpendicular to the axis of rotation, ensures minimal non-linearity of variation in the difference of the lengths of the optical paths in the arms of the interferometer. 4 or fe Os fO o 00 y 00

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени угла поворота объектаThe invention relates to measurement technology and can be used to measure the angle of rotation of an object.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени за счет умуньше- ни нелинейности изменени разности длин оптических путей в плечах интерферометра .The aim of the invention is to improve the measurement accuracy by reducing the nonlinearity of changes in the length of the optical paths in the arms of the interferometer.

На фиг. 1 представлена функциональна схема предложенного устройства; на фиг 2 - апертуры фотоприемников и взаимное расположение вырезаемых частей светового пучка; на фиг 3 - структурна схема приемного блока, на фиг. 4 - зависимость изменени разности хода в плечах интерферометра от угла поворота оптического блокаFIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device; Fig 2 shows the apertures of the photodetectors and the relative position of the cut parts of the light beam; FIG. 3 is a block diagram of the receiving unit; FIG. 4 - dependence of the change in the path difference in the arms of the interferometer on the angle of rotation of the optical unit

Устройство содержит (фиг. 1) источник 1 света, двухлучевой интерферометр, содержащий светоделитель 2, оптический кольцевой блок 3, выполненный из набора нечетного числа призм, расположенных радиально, с зеркальными фасками, соединенных так, что поверхности призм расположены наклонно к оси вращени , параллельной оси симметрии интерферометра , концевые отражатели А и 5, приемный блок 6, два фотоприемника 7 и 8, дл переключени каналов в приемном блоке, выходы которых соединены со входом приемного блока.The device contains (Fig. 1) a light source 1, a two-beam interferometer containing a beam splitter 2, an optical ring unit 3 made of a set of an odd number of prisms radially arranged with specular chamfers connected so that the prism surfaces are inclined to the axis of rotation parallel to symmetry axis of the interferometer, end reflectors A and 5, receiving unit 6, two photodetectors 7 and 8, for switching channels in the receiving unit, the outputs of which are connected to the input of the receiving unit.

Приемный блок (фиг, 3) состоит из двух- площадочного 9 и 10 фотоприемника, выходы которого соединены со входами усилителей 11 и 12, выходы которых соединены с входами формирователей 13 и 14, выходы которых соединены со входами счетчиков 15 и 16, а выходы счетчиков соединены со входом сумматора 17.The receiving unit (Fig, 3) consists of two-padded 9 and 10 photodetectors, the outputs of which are connected to the inputs of amplifiers 11 and 12, the outputs of which are connected to the inputs of drivers 14 and 14, the outputs of which are connected to the inputs of counters 15 and 16, and the outputs of counters connected to the input of the adder 17.

Выходы фотоприемников 7 и 8 соединены с входом усилител 18, выход которого соединен с входом формировател 19 управл ющих сигналов, выход которого соединен с входом счетчика 16 второго канала и через инвертор 20 - с вторым входом счетчика 15 первого канала, второй выход которого с m-го разр да соединен с вторым входом счетчика 16 и через инвертор 20 - с вторым входом счетчика 15, выход сумматора 17 соединен с входом дешифратора 21, выход последнего соединен с входом блока 22 индикации.The outputs of photodetectors 7 and 8 are connected to the input of amplifier 18, the output of which is connected to the input of control signal generator 19, the output of which is connected to the input of counter 16 of the second channel and through the inverter 20 to the second input of counter 15 of the first channel, the second output of which m- th bit is connected to the second input of the counter 16 and through the inverter 20 to the second input of the counter 15, the output of the adder 17 is connected to the input of the decoder 21, the output of the last is connected to the input of the display unit 22.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Свет от источника 1 (фиг. 1) падает на светоделитель 2 и раздел етс на два пучка , каждый из которых падает на оптический блок 3, проходит через него и падает на концевой отражатель 4 (или 5), установленный перпендикул рно лучам, отражаетс от него и возвращаетс по тому же пути до светоделител 2, после чего пучки совмещаютс , образу интерференционную картину на фоточувствительных площадках фотоприемника приемного блока 6. При вращении кольцедого оптического блока 3, закрепленного на объекте, интерференционна картина перемещаетс и считываетс апертурой фотоприемника (фиг. 3) 11 канала . Апертуры фотоприемников (фиг. 2) расположены симметрично относительно оси светового пучка, где III - часть пучка, попадающа в апертуры фотоприемников 7 и 8, а I и II - части пучка, попадающие в апертуры фотоприемников 9, 10 приемного блока 6. Части пучка I и II каналов могут находитьс на разных поверхност х, а средн частьThe light from source 1 (Fig. 1) falls on the beam splitter 2 and is divided into two beams, each of which falls on the optical unit 3, passes through it and falls on the end reflector 4 (or 5), mounted perpendicular to the rays, reflected from it returns along the same path to the beam splitter 2, after which the beams are combined to form an interference pattern on the photosensitive areas of the photoreceiver of the receiving unit 6. When the annular optical unit 3 mounted on the object rotates, the interference pattern moves and reads a photodetector aperture (FIG. 3) 11 channel. The apertures of the photoreceivers (Fig. 2) are arranged symmetrically with respect to the axis of the light beam, where III is part of the beam that falls into the apertures of the photoreceivers 7 and 8, and I and II are parts of the beam that fall into the apertures of the photoreceivers 9, 10 of the receiving unit 6. Parts of the beam I and channels II can be on different surfaces, and the middle part

пучка III - на поверхности зеркальной фаски . Отраженна часть пучка III от фаски попадает на фотоприемник 7, который переключает каналы в приемном блоке, отключает второй канал II и включает первый I, после отсчета заданного числа полос приемным блоком б каналом 1, соответствующих углу поворота оптического блока, при котором весь световой диаметр луча находилс beam III - on the surface of the mirror chamfer. The reflected part of the beam III from the chamfer falls on the photodetector 7, which switches the channels in the receiving unit, turns off the second channel II and turns on the first I, after counting a specified number of bands with the receiving unit b channel 1 corresponding to the angle of rotation of the optical unit at which the entire light beam diameter was

0 на одной поверхности. Затем каналы переключаютс обратно. В случае перехода луча с поверхности одной призмы на поверхность другой призмы соответственно сигнал переключени поступает с противополож5 ного фотоприемника 10, на который попадает часть отраженного луча от другой зеркальной фаски, операци переключени каналов повтор етс . Сигналы с фотоприемника 9 и 10 поступают в усилители 11 и 12,0 on one surface. Then the channels are switched back. In the case of a beam transitioning from the surface of one prism to the surface of another prism, respectively, the switching signal is supplied from the opposite photodetector 10, which receives part of the reflected beam from the other specular facet, the channel switching operation is repeated. The signals from the photodetector 9 and 10 are fed to the amplifiers 11 and 12,

0 в формирователи 13 и 14, в счетчики 15 и 16, при этим работают сначала второй канал, т.е счетчик 16 отключен, а счетчик 15 включен. При попадении света части III пучка от зеркальной фаски на одном из фотоприемников0 in the formers 13 and 14, in the counters 15 and 16, with this, the second channel works first, that is, the counter 16 is turned off, and the counter 15 is turned on. When the light of part III of the beam from the mirror chamfer on one of the photodetectors

5 7 или 8 по вл етс сигнал, который усиливаетс усилителем 18, поступает в формирователь 19, который формирует сигнал управлени счетчиками, поступающий на реверсивный вход счетчика 16, и отключает5 7 or 8, a signal appears that is amplified by amplifier 18, enters shaper 19, which generates a counter control signal, fed to the reversing input of counter 16, and turns off

0 его, в этот момент сигнал поступает также через инвертор 20 на реверсивный вход счетчика 15 и включает его. При отсвете заданного числа интерференционных полос вт-ом разр де в счетчике 15 по вл етс 1,0 it, at this moment the signal also enters through the inverter 20 to the reversing input of the counter 15 and turns it on. When the specified number of interference fringes in the second discharge appears in the counter 15, 1 appears,

5 т.е. сигнал, который отключает через инвертор 20 этот же счетчик 15 и включаетс счетчик 16 и так при переходе пучков с одних поверхностей на другие, операци повтор етс . Информаци со счетчиков 15 и 165 i.e. A signal that turns off the same counter 15 through the inverter 20 and turns on the counter 16 and so when switching beams from one surface to another, the operation is repeated. Information from counters 15 and 16

0 поступает в сумматор 17, который осуществл ет операцию сложени , затем поступает в дешифратор 21, из которого поступает в блок индикации 22.0 enters the adder 17, which performs the addition operation, then enters the decoder 21, from which enters the display unit 22.

На фиг. 4 представлена зависимость из5 менени разности хода в плечах интерферометра от угла поворота оптического блока, крива А - дл случа , когда биссектриса угла рабочих входных граней при оси вращени перпендикул рна этой оси (дл п тиFIG. Figure 4 shows the dependence of the change in the path difference in the interferometer arms on the angle of rotation of the optical unit; curve A is for the case when the bisector of the angle of the working input faces at the axis of rotation is perpendicular to this axis (for five

0 ромбических призм), крива Б - дл случа , когда биссектриса угла рабочих входных граней при оси вращени расположена под произвольным углом к этой оси (дл п ти ромбических призм), крива В -дл случа .0 rhombic prisms), curve B - for the case when the bisector of the angle of the working input faces at the axis of rotation is at an arbitrary angle to this axis (for five rhombic prisms), the curve B is the case.

5 когда вместо ромбических призм используетс плоскопараллельна пластина, установленна под углом к оси вращени , причем разность хода измен етс по закону косинуса. Предложенное устройство (крива А) имеет меньшую нелинейность по5 when, instead of rhombic prisms, a plane-parallel plate is used that is set at an angle to the axis of rotation, and the path difference varies according to the cosine law. The proposed device (curve A) has a lower non-linearity in

сравнению с прототипом (крива Б), так как крива А находитс на более линейной зоне косинусоиды В, что приводит к повышению точности контрол .compared with the prototype (curve B), since curve A is located in the more linear zone of the cosinusoid B, which leads to an increase in the accuracy of control.

Claims

The invention The device for measuring angular is different in that. in order to increase the measurement accuracy, the rhombic prisms of the optical unit are set at an angle to the axis of rotation so that the bisectors of the angles of the working input faces at the axis of rotation are perpendicular

object movements by auth. No. 1416864, this axis.

FIG. 2

fig

W CO 30

20

yoo o

-YU

-20

-thirty

-W-50

/

Have

TT

v v v A

l

cJ (epad)

l