SU1756757A1

SU1756757A1 - Interferometer for measuring angles

Info

Publication number: SU1756757A1
Application number: SU904826256A
Authority: SU
Inventors: Виктор Вадимович Копытов; Виктор Дмитриевич Лизунов; Виктор Михайлович Весельев; Татьяна Васильевна Набока
Original assignee: Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1992-08-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени углоа поворота объектов Цель изобретени - повышение точности измерений При повороте, платформы триппель- призма 13 смещаетс по двум взаимно перпендикул рным ос м. Смещение трип- пель- призмы 13 вдоль оптической оси измерител 2 перемещений вызывает смещение отраженного от не пучка лучей. Этот пучок лучей попадает H;I фошприемник 8. по сигналу которого блок 9 управлени формирует сигналы, подаваемые на ггрйвод 10 каретки $ 8 6 7 ЛL/. %1 сл о $ VI The invention relates to a measurement technique and can be used to measure the angle of rotation of objects. The purpose of the invention is to improve measurement accuracy. When rotated, the triple-prism platform 13 is displaced along two mutually perpendicular axes. The triple-prism displacement 13 along the optical axis of the displacement meter 2 causes a shift of the reflected beam from a non-beam. This beam of rays hits the H; I fosseriem 8. by a signal from which the control unit 9 generates signals to the carriage circuit 10 $ 8 6 7 LL /. % 1 cl on $ VI

Description

5. Последн перемещает полупрозрачное зеркало 6 в положение, при котором пучок лучей после отражени попадет в центр фотоприемника 8. Дл компенсации непр молинейности перемещени каретки 5 служит фотоприемник 7 Смещение триппель-приз- мы 13 вдоль оси, перпендикул рной оси измерител 2 перемещений, приводит к по в лению разности хода между пачками лучей отраженных от триппель-призм 12, 13 котора фиксируетс измерителем 2 перемещений . Это смещение пропорционально углу поворота платформы 11 2 ил5. The latter moves the semitransparent mirror 6 to a position in which the beam after reflection enters the center of the photoreceiver 8. To compensate for the irregularity of movement of the carriage 5 serves as the photodetector 7 Offset triple prism 13 along an axis perpendicular to the axis of the displacement meter 2, causes In view of the difference in travel between the bundles of rays reflected from the triple prisms 12, 13, which is recorded by the gauge 2 displacements. This offset is proportional to the angle of rotation of the platform 11 2 or

Изобретение отйоситс к Измерительной технике и может быть использовано дл измерени углов поворота объектов.The invention relates to the Measuring Equipment and can be used to measure the angles of rotation of objects.

Известны интерферометры с диапазоном измерени больше 90°, содержащие 2 триппель-призмы куб и устройство слежени за лучом. Interferometers with a measurement range greater than 90 ° are known, containing 2 triple prisms a cube and a beam tracking device.

Однако диапазон измерени такого интерферометра не превышает 95°However, the measurement range of such an interferometer does not exceed 95 °.

Известен интерферометр дл измерени углов поворота объектов, содержащий основание, последовательно установленные на основании измеритель перемещений , компенсирующее устройство в виде каретки, установленной с возможностью перемещени вдоль двух взаимно перпендикул рных осей, одна из которых параллельна оптической оби измерител перемещений, последовательно установленных на каретке отражател с отражающим и пропускающим покрытием и двух фотоприемников, размещенных на так, что один из них расположен на оптической оси измерител перемещений/а второй - на оси. перпендикул рной оптической оси и проход щей через точку ее пер есе- чени с отражателем, блока управлени , входы которого подключены к фотогТри ем- никэм, и привода каретки, входы которого подключены к выходам блока управлени , светоделитель, входна гра нь которого оптически сопр жена с отражателем, пентап- ризму, входна грань которой огтгичвск сопр жена со светоделительной гшэско- стью светоделител , платформу, установленную с возможностью поворота ti две триппель-призмы. установленные на платформе так, что их входные грани оптически сопр жены соответственно с выходной гранью светоделител и выходной гранью пентапризмы, три шкива, один из которых установлен на основании так, что его ось симметрии совпадает с осью поворота платформы , а второй и третий установлены на платформе с возможностью поворота вокруг осей, параллельных оси поворота плат- Формы и св заны с первым шкивом с помощью гибких кольцевых лент, оси всех шкивов лежат на одной пр мой а триппельпризмы размещены соответственно на втором и третьем шкивах так, что их вершины совмещены с ос ми поворота шкивовA known interferometer for measuring the angles of rotation of objects, comprising a base, successively installed on the basis of a displacement meter, a compensating device in the form of a carriage mounted for movement along two mutually perpendicular axes, one of which is parallel to the optical axis displacement meter sequentially mounted on the reflector carriage reflective and transmissive coating and two photodetectors placed on so that one of them is located on the optical axis of the meter Displacements / and the second - on the axis. a perpendicular optical axis and a control unit passing through its point with a reflector, a control unit whose inputs are connected to a photogromine, and a carriage drive whose inputs are connected to the outputs of a control unit, a beam splitter whose input face is optically coupled with a reflector, pentaprism, the entrance face of which is ogtichivsk, is associated with the beam splitter beam splitter, a platform installed with the possibility of turning ti two triple prisms. installed on the platform so that their input faces are optically mated respectively with the output edge of the beam splitter and the output edge of the pentaprism, three pulleys, one of which is mounted on the base so that its axis of symmetry coincides with the axis of rotation of the platform, and the second and third are installed on the platform rotatably around axes parallel to the axis of rotation of the platform and connected to the first pulley by means of flexible ring belts, the axes of all the pulleys lie on the same straight line and the triple prisms are located respectively on the second and third pulleys so that their tops are aligned with the axis of rotation of the pulleys

Однако диапазон измерений устройства ограничен и не превышает 120°However, the measurement range of the device is limited and does not exceed 120 °

Цель изобретени - повышение точно- сти измеренийThe purpose of the invention is to increase the measurement accuracy.

Дл этого интеоферометр дл измерени углов, содержащий основание, установленные на основании измеритель перемещений, оптически св занный с ним светоделитель, и компенсирующее устройство , каретку, установленную с возможностью перемещени вдоль оси параллельноFor this, an inter-angleometer for measuring angles, comprising a base, a displacement meter mounted on the base, an optically coupled beam splitter and a compensating device, a carriage mounted for movement along an axis in parallel

оптической оси измерител перемещений компенсирующее устройство, выполненное в виде установленных на каретке полупрозрачного зеркала и двух фотоприемников расположенных в двух взаимно-перпендикул рных плоскост х, и блока управлени , входы которого подключены к выходам фо- топрмемников, привода каретки, вход кото- рйго подключен к выходу блока управлени , платформу, установленную с возможностьюthe optical axis of the displacement meter, a compensating device made in the form of a translucent mirror mounted on the carriage and two photodetectors located in two mutually perpendicular planes, and a control unit whose inputs are connected to the outputs of the photogenerators of the carriage drive, the input of which is connected to the output of the control unit, the platform installed with the possibility

поворота, два шкива, один из которых установлен на основании так, что его ось симметрии совпадает с осью поворота платформы, второй - установлен на плат- Форме с возможностью поворота вокругrotation, two pulleys, one of which is mounted on the base so that its axis of symmetry coincides with the axis of rotation of the platform, the second is mounted on the platform with the possibility of rotation around

оси, параллельной оси поворота платформы и св зан с первым гибкой кольцевой лентой, две триппель-призмы, одна из которых оптически св зана с полупрозрачным зеркалом и установлена на одном из шкивов такan axis parallel to the axis of rotation of the platform and associated with the first flexible annular tape, two triple prisms, one of which is optically connected to a translucent mirror and mounted on one of the pulleys

что ее веримма совмещена с осью поворота шкива, снабжен вторым измерителем перемещений , установленным параллельно первому, третьей и четвертой триппель- призмами, и вторым светоделителем, причем втора триппель-призма установлена между первым измерителем перемещений и компенсирующим устройством и оптически св зана с полупрозрачным зеркало - что- рой светоделитель и треть триппепь-призма установлены между компенсирующим устройством и вторым измерителем перемещений и оптически св заны с последним и четвертой триппель-призмой установленной на каретке.that its belief is aligned with the axis of rotation of the pulley, provided with a second displacement gauge, installed parallel to the first, third and fourth triple-prisms, and a second beam splitter, with the second triple-prism installed between the first displacement gauge and a compensating device and optically connected to the semi-transparent mirror - the second splitter and a third trippie prism are installed between the compensating device and the second displacement meter and are optically connected to the last and fourth triple prism set ovlennoe on the carriage.

На фиг 1 представлена функциональна схема интерферометра; на фиг.2 - положение шкивов на платформеFig 1 shows the functional diagram of the interferometer; figure 2 - the position of the pulleys on the platform

Интерферометр содержит основание 1. последовательно установленные на основа- нии 1 измеритель 2 перемещений, светоделитель 3, компенсирующее устройство 4 в виде каретки 5, установленной с возможностью перемещени вдоль оси, параллёл ь- ной оптической оси измерител 2 перемещений, последовательно установ-- ленные на каретке 5 полупрозрачное зеркало 6 и два фотоприемника 7 и 8. фотоприемник 7 расположен на оптический оси измерител 2 перемещений, фотопри- емник 8 - на оси, перпендикул рной оптической оси измерител 2 перемещений и проход щей через точку ее пересечени с полупрозрачным зеркалом б, блок управлени 9, входы которого подключены к фото- приемникам 7 и 8, и привод 10 каретки, входы которого подключены к выходам блока 9 управлени , платформу 11, установленную с возможностью поворота, и две триппель-призмы 12 и 13, два шкива 14 и t5, шкив 14 установлен на основании 1 так, что его ось симметрии совпадает с осью пово- рота платформы 11, шкив 15 установлен на платформе 11 с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота плат- формы 11 vs св занный со шкивом 14 с помощью гибкой кольцевой ленты 16The interferometer contains a base 1. A displacement meter 2 in series mounted on the base 1, a beam splitter 3, a carriage 5 in the form of a carriage 5 installed with the possibility of displacement along the axis parallel to the optical axis of the displacement meter 2, sequentially mounted on the carriage 5 is a translucent mirror 6 and two photodetectors 7 and 8. The photodetector 7 is located on the optical axis of the displacement meter 2, the photodetector 8 is on the axis perpendicular to the optical axis of the displacement meter 2 and passing through its intersection point with the semi-transparent mirror b, the control unit 9, the inputs of which are connected to photo receivers 7 and 8, and the actuator 10 of the carriage, the inputs of which are connected to the outputs of the control unit 9, the platform 11 installed with the possibility of rotation, and two triples prisms 12 and 13, two pulleys 14 and t5, pulley 14 is mounted on base 1 so that its axis of symmetry coincides with the axis of rotation of platform 11, pulley 15 is installed on platform 11 that can be rotated around an axis parallel to the axis of rotation of the platform 11 vs associated with pulley 14 with flexible rings oh tape 16

Триппель призма 12 установлена за светоделителем и образует с ним интерференционный блок 20, триппель-призма 13 оптически св зана с полупрозрачным зеркалом 6 и установлена на шкиве 15 так, что ее вершина совмещена с осью поворота шкива. Кроме того, на основайии 1 установлен второй измеритель 17 перемещений, интерференционный блок 18, оптически св занные с триппель-призмой 19, установленной на каретке 5A triple prism 12 is installed behind the beam splitter and forms an interference unit 20 with it, a triple prism 13 is optically coupled to a translucent mirror 6 and mounted on a pulley 15 so that its top is aligned with the axis of rotation of the pulley. In addition, on the baseline 1, a second displacement gauge 17, an interference unit 18, is optically coupled to a triple prism 19 mounted on a carriage 5.

Интерферометр работает следующим образомThe interferometer works as follows.

При повороте платформы 11 триппель- призма 13 смещаетс параллельно на некоторое рассто ние, так как она установлена на шкиве 15, который при повороте платформы на угол «поворачиваетс в противо- положную сторону на такой же угол. Триппель-призма 13 смещаетс по двум взаимно перпендикул рным ос м: по оси, параллельной оптической оси измерител 2 перемещений, и перпендикул рной ей. Смещение триппель-призмы 13 вдоль оптической оси измерител 2 перемещений, вызывает смещение отраженного от нее пучка лучей. Этот пучок лучей попадает на коорди- натно-чувствительный фотоприемник 8, поWhen the platform 11 is rotated, the triple-prism 13 is displaced in parallel by a certain distance, as it is mounted on the pulley 15, which, when the platform is rotated by an angle ", rotates to the opposite side by the same angle. The triple prism 13 is displaced along two mutually perpendicular axes: along the axis parallel to the optical axis of the measuring device 2 displacements, and perpendicular to it. The displacement of the triple prism 13 along the optical axis of the measuring instrument 2 displacements, causes a shift of the beam of rays reflected from it. This beam of rays hits the coordinate-sensitive photodetector 8,

сигналу которого блок 9 управлени формирует управл ющие сигналы на привод 10 каретки, котора переместит полупрозрачное зеркало 6 в положение, при котором пучок лучей после отражени от триппель- призмы 13 попадет в центр координатно- чувствительного фотоприемника 8.the signal of which control unit 9 generates control signals to the carriage drive 10, which will move the semi-transparent mirror 6 to a position in which the beam after reflection from the triple prism 13 falls into the center of the coordinate-sensitive photodetector 8.

Дл компенсации непр молинейности перемещени каретки 5 служит фотоприемник 7, сигнал с которого поступает на блок 9 управлени , перемещающий каретку 5 в направлении оси. перпендикул рной оптической оси измерител 2 перемещений дл компенсации непр молинейности.To compensate for the non-linearity of the movement of the carriage 5, a photodetector 7 serves, the signal from which is fed to the control unit 9, which moves the carriage 5 in the direction of the axis. perpendicular to the optical axis of the meter 2 displacement to compensate for linearity.

Смещение триппель-призмы 13 вдоль оси, перпендикул рной оптической оси измерител 2 перемещений, приводит к по влению разности хода между пучками лучей, отраженными от триппе ь-призм 12 и 13, котора фиксируетс измерителем 2 перемещений . Это смещение пропорционально углу поворота платформы 11. Таким образом , сигнал на выходе измерител 2 перемещений пропорционален углу поворота платформы 11 - аThe displacement of the triple prism 13 along an axis perpendicular to the optical axis of the displacement meter 2 leads to the appearance of a path difference between the beams of rays reflected from the tripn-prisms 12 and 13, which is fixed by the displacement meter 2. This offset is proportional to the angle of rotation of the platform 11. Thus, the signal at the output of the meter 2 movements is proportional to the angle of rotation of the platform 11 - a

a- arcsln a- arcsln

где г - рассто ние между ос ми шкивов (база интерферометра), мм;where r is the distance between the axis of the pulleys (base of the interferometer), mm;

у z - х дл четверти;y z - x for quarter;

у х - z дл II четверти;y x - z for II quarter;

у -z - х дл ill четверти;y -z - x for ill quarters;

у z + х дл IV четверти, где у,х - координаты положени триппель-призмы 13, мм; х rcos а, у rsln «;y z + x for IV quarter, where y, x are the coordinates of the position of the triple prism 13, mm; x rcos a, y rsln ";

г - показание измерител 2 перемещений , мм.g - meter reading 2 movements, mm.

Кроме того, координату х можно определ ть как перемещение триппель-призмы 19, установленной на каретке 5, которое фиксируетс измерителем 17 перемещений. Максимальное перемещение соответствует двойной базе интерферометра, т.е. хтах 2г.In addition, the x coordinate can be defined as the movement of the triple prism 19 mounted on the carriage 5, which is recorded by the displacement meter 17. The maximum displacement corresponds to the double base of the interferometer, i.e. htah 2g.

Предлагаема св зь шкива 14 с основанием 1 и установка триппель-призмы 12 за светоделителем 3 позвол ет увеличить диапазон измер емых углов до 360° по сравнению с известной, у которого он состарп ет 120°.The proposed connection of the pulley 14 to the base 1 and the installation of a triple prism 12 behind the beam splitter 3 makes it possible to increase the range of measured angles up to 360 ° in comparison with the known angle, in which it coes 120 °.

Кроме того, введение второго измерител 17 перемещений, интерференционного блока 18, триппель-призмы 19 позвол ет упростить обработку результатов и определ ть базу интерферометра с высокой точностью.In addition, the introduction of the second displacement meter 17, the interference unit 18, the triple prism 19 makes it possible to simplify the processing of the results and determine the base of the interferometer with high accuracy.

Claims

Invention Formula

An interferometer for measuring angles containing a base mounted on the base of a displacement meter, an optically coupled beam splitter, and a compensating device, a carriage mounted for movement along an axis parallel to the optical axis of the displacement meter, a compensating device made in the form of translucent mirrors and two photodetectors located in two mutually perpendicular planes, and a control unit, the inputs of which are connected to the outputs of the photoreceiver The carriage drive, the input of which is connected to the output of the control unit, a platform mounted for rotation, two pulleys, one of which is mounted on the base so that its axis of symmetry coincides with the axis of rotation of the platform, the second is mounted on the platform rotation around an axis parallel to the axis of rotation of the platform and associated with the first flexible ring

Figo

Editor M. Blanan

Tehred M. Morgenthal

Order 3082 Circulation: Subscription

VNIIPI State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk emb. 4/5

tape, two triple prisms, one of which is optically connected with a translucent mirror and mounted on one of the pulleys so that its top is aligned with the axis of rotation of the pulley, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, it is equipped with a second displacement meter, parallel to the first, third and fourth triple prisms, and a second beam splitter, the second triple prism installed between the first displacement gauge and the compensating device and optically connected to the translucent mirror, A beam splitter and a third triple prism are installed between the compensating device and the second displacement meter and are optically coupled to the last and fourth triple prism mounted on the carriage.

/ b

/ h

Proofreader M. Tkach