SU382917A1 - Компаратор для линейного измерения концевых - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к линейным измерени м и может быть использовано дл  абсолютных измерений концевых мер длины методом совпадени  дробных долей пор дка интерференции , а также дл  компарировани  концевых мер между собой тем же методом.

Известен компаратор дл  линейного измерени  концевых мер длины, содержащий интерферометр Кёстерса. Интерферометр содержит эталонный источник света, имеющий несколько спектральных линий; осветитель, поочередно выдел ющий каждую линию и дающий пучок параллельных линий; расщепитель светового пучка - призму Кёстерса; плоскую пластину, притираемую к повер емой концевой мере; относительное зеркало; -выходной объектив интерферометра; отсчетную сетку и окул р. В известном компараторе в поле зрени  наблюдательной системы одновременно видны две интерференционные картины. Одна образована пучками, отраженными от середины зеркала и от конца меры, а друга  - пучками , отраженными кра ми зеркала и пластиной . Отсчитав смещение одной картины по отношению к другой в дол х интерференционной полосы дл  нескольких известных длин волн света, по номограммам определить точный размер концевой меры, если он был известен приблизительно (с погрешностью ± 2 мкм). Однако при визуальном отсчете дробных долей пор дка интерферендии погрещность измерени  пор дка интерференции составл ет ±0,05 полосы (наилучша  точность ) и  вл етс  определ ющей при аттестации меры. Кроме того, из-за падени  контраста интерференционной картины, при использовании лампы с изотопом криптона КгВб на интерферометре Кёстерса может быть аттестована мера длиной не более 250 мм (без перемещени  относительного зеркала), что ограничивает пределы измерени .

Предлагаемый компаратор отличаетс  от известного тем, что, с целью повышени  точности и расширени  пределов измерени , он снабжен диафрагмой дл  раздельного наблюдени  интерференционных картин в поле зрени  наблюдательной системы интерферометра , выполненной в виде установленного в

плоскости изображени  выходного объектива интерферометра непрозрачного экрана с располол енными в шахматном пор дке окнами, и интерпол тором долей пор дка интерференции , установленным на выходе интерферометра и выполненным в виде шели, расположенной в плоскости изображени  объектива интерферометра , и установленных за щелью электрически св занных между собой фотоэлектрического преобразовател , избирательных усилителей, синхронных детекторов, отсчетного устройства, генератора, умножител  частоты и интерференционного модул тора.

На чертеже изображена принципиальна  схема предлагаемого компаратора.

Предлагаемый компаратор содерл ит ийтерферометр Кёстерса, состо ш,ий из источника / эталонного излучени , который излучает свет, содержащий несколько спектральных линий (например, лампа с изотопом Кг86); осветител  2; светоделительной призмы Кёстерса 5; плоской пластины 4, притираемой к одному из концов повер емой меры 5, (мера 5 и пластина 4 служат основным зеркалом интерферометра); относительного зеркала 6, установленного на интерференционном модул торе 7, и выходного объектива 8 интерферометра . В плоскости изображени  объектива 8 установлена раздел юида  диафрагма 9. Компаратор содержит интерпол тор долей пор дка интерференции в виде щели 10, расположенной в плоскости объектива 8; фотоэлектрического преобразовател  11, установленного за щелью 10; двух избирательных усилителей 12 и 13, настроенных соответственно на первую и вторую гармонику модулирующей частоты; синхронных детекторов 14 и 15, сигнальные входы которых соединены соответственно с выходами усилителей 12 и 13, а входы опорных напр жений св заны, соответственно с выходами генератора 16 модулирующего напр жени  и умножител  17 частоты . Выходы синхронных детекторов 14 и 15 соединены со входами отсчетного устройства 18, в качестве которого может быть использован осциллограф с двум  идентичными каналами отклонени  по ос м X н Y или аналогоцифровой преобразователь. В интерпол тор входит также интерференционный модул тор 7.

Свет от эталонной лампы через конденсор, монохроматор и коллиматор осветител  2 поступает в виде параллельного пучка на светоделительную призму Кёстерса 3. Разделенные пучки падают на концевую меру 5 с притертой пластиной 4 и на относительное зеркало, отражаютс  и, возвративщись в призму 3, интерферируют. В плоскости изображени  объектива 5 получаетс  интерференционна  картина. При одном положении диафрагмы 9 через щель 10 проходит свет только от центральной части интерференционной картины, образованной пучками, отраженными от конца меры 5 и средней части зеркала 6, а при другом положении диафрагмы 9 проходит свет от краев интерференционной картины, образованной пучками, отраженными кра ми зеркала 6 и пластиной 4. Световой поток, содержащий информацию о дробной части пор дка интерференции на соответствующем участке пол  зрени  падает на фотоэлектрический преобразователь // (ФЭП) и преобразуетс  в электрическое напр жение. При работе интерференционного модул тора 7, представл ющего собой пьезокерамику, смещающую зеркало 6 параллельно самому себе в

направлении падени  луча, на выходе фотоэлектрического преобразовател  по вл етс  переменное напр л ение, содержащее первую и вторую гармоники мод лирующей частоты вида

1 I -- и j-sin .x-sin oj, (1)

U : :V -lJ-a}-C.OS -X-COS2w(. (2)

где Ui и C/2- мгновенные значени  I и II гармоники сигнала;

Urn - амплитуда напр жени  на выходе ФЭП;

.)-()

- функци  Бессел ;

А - длина волны света;

X - дробна  часть пор дка интерференции;

а - амплитуда модул ции;

03 - частота сканировани .

Как видно из выражений (1) и (2) амплитуды гармоник пропорциональны соответственно

. 4714sin - X и cos - X

лА

После детектировани  синхронным детектором получаютс  сигналы вида

Е,Е,,

47:

E,

(3)

X,

При подаче таких напр жений на входы х и у осциллографа п тно на его экране перемещаетс  по окружности, если измен етс  разность хода в интерферометре, и соверщает полный оборот при изменении разности, хода на длину волны К (перемещение зеркала на К/2). Разделив окружность, описываемую п тном на экране осциллографа, на п частей (например , на 100), можно уверенно отсчитывать дробные части пор дка интерференции с по- (т. е. 0,005 полосы). После

грещностью

установки повер емой меры 5 с пластиной 4 оператор подбирает необходимый угол клина в одной из длин волн, излучаемых лампой 1, поворотом зеркала. Затем подаетс  на модул тор 7 напр жение от генератора 16 с амплитудой , соответствующей оптимальным соотнощени м содержани  первой и второй гармоник в сигнале с ФЭП. Дл  каждой длины волны эти амплитуды могут быть определены однократно. Разделительную диафрагму 9 устанавливают так, чтобы свет попадал в щель 10 ФЭП через среднее окно диафрагмы и по осциллографу отсчитывают дробную часть пор дка интерференции. Затем смещают диафрагму 9 так, чтобы в щель 10 попадал свет через крайние (нижние) окна диафрагмы Я снова отсчитывают дробную часть пор дка интерференции. Эту операцию повтор ют во