Przedmiotem niniejszego wynalazku jest przyrzad do dokladnego pomiaru dlugosci oraz uklad pomia¬ rowy zlozony z przyrzadów do dokladnego pomiaru dlugosci.Z opisu patentowego polskiego nr 105 392, Stanów Zjednoczonych nr 4112295, RFN nr 2557136, szwaj¬ carskiego nr 602981 oraz francuskiego nr 2296836, znane jest urzadzenie do bezposredniego cyfrowego pomiaru przemieszczen liniowych i katowych, zlo¬ zone z generatora impulsów swietlnych wyposazo¬ nego w podzialke holograficzna o gestosci rzedu kil¬ ku tysiecy prazków na mm oraz w mikroskopowy uklad optyczny wykorzystujacy wylacznie zerowy rzad dyfrakcji i wytwarzajacy powiekszony obraz podzialki, jak równiez w przeslone prazkowa stano¬ wiaca zarejestrowany fotograficznie powiekszony obraz zerowych prazków dyfrakcji tejze podzialki.Przesuniecie podzialki zwiazanej z urzadzeniem pomiarowym powoduje przeslanianie przez prazki, wytworzonego przez uklad optyczny jej powiekszo¬ nego obrazu, przestrzeni miedzyprazkowych prze¬ slony prazkowe, a tym samym wytworzenie impul¬ sów swietlnych, których liczba jest wprost propor¬ cjonalna do wielkosci mierzonego przemieszczenia Impulsy te sa nastepnie przetwarzane w znany spo¬ sób za pomoca detektora fotoelektrycznego na impul¬ sy elektryczne, zliczane za pomoca znanego licznika.Nalezy tu podkreslic, ze zastosowanie mikroskopo¬ wego ukladu optycznego w generatorze impulsów wymienionego urzadzenia, ma na celu nie tylko wy- 10 15 2C 25 30 tworzenie powiekszonego obrazu podzialki, ale rów¬ niez wyeliminowanie niekorzystnego zjawiska dy¬ frakcji, bedacego wynikiem ugiecia fali swietlnej na podzialce holograficznej, o tak duzej gestosci.Jednakze wlasciwosci ukladu 'mikroskopowego powoduja, ze w miare wzrostu gestosci podzialki, a wiec zwiazanego z tym koniecznego wzrostu po¬ wiekszenia ukladu optycznego, nastepuje zmniejsze¬ nie pola widzenia, jak równiez zmniejszenie tole¬ rancji glebi ostrosci. Zjawiska te powoduja ograni¬ czenie gestosci podzialek do 1000 prazków na mm, natomiast próby usuniecia ich niekorzystnego wply¬ wu na drodze optycznej, mimo uzyskania pozytyw¬ nych rezultatów, zwiekszaja koszty generatora, unie¬ mozliwiajac szersze wykorzystanie urzadzenia we¬ dlug wynalazku, na przyklad do pomiarów warszta¬ towych.Badania, które doprowadzily do wynalazku wyka¬ zaly, ze mozliwe jest zwiekszenie rozdzielczosci po¬ miaru przez calkowite wyeliminowanie ukladu op¬ tycznego, wytwarzajacego powiekszony obraz po¬ dzialki, jak równiez samej podzialki i zastapienie jej wytworzonym w przestrzeni polem interferen¬ cyjnym o malej gestosci prazków uzyskanym w wy¬ niku interferencji dwóch wiazek swiatla laserowe¬ go. Zbudowany zgodnie z tym zalozeniem przyrzad do pomiaru dlugosci charakteryzuje sie bardzo wy¬ soka rozdzielczoscia i oparty jest na nowej zasadzie dzialania, w porównaniu do opisanego wyzej urza¬ dzenia. 124 778124 778 3 4 W..pxz#Xiadzie^wedlug wynalazku wiazka swiatla j 4as£h)Mzfe£o? zSsJfcjfe rodzielona przez element swia- j tlodzielacy na dwje wiazki wzajemnie ze soba inter- I ferujacej wytwarzajace w okreslonym obszarze pole ! Jrlferflr^ncyjne.;,Jedna z wiazek skladowych zostaje 5 *^pf&y^ty4jft-^sk*eBo»^ina na czujnik odbijajacy równo¬ legle, polaczony z urzadzeniem pomiarowym. Prze¬ mieszczanie sie tego urzadzenia powoduje przesuwa¬ nie sie-prazków wytworzonego pola interferencyjne¬ go i generowanie sygnalów swietlnych przy uzyciu io umieszczonej w tym polu przeslony prazkowej. Syg¬ naly te zostaja nastepnie zamienione na impulsy elektryczne za pomoca znanego detektora fotoelek- trycznego i zliczane za pomoca licznika,, przy czym ich liczba jest wprost proporcjonalna do wielkosci 15 przemieszczenia urzadzenia pomiarowego.Wynalazek wykorzystuje wiec podobna, jak na przyklad w patencie USA nr 4112295, zasade wy¬ twarzania impulsów swietlnych, przez przeslanianie przestrzeni miedzyprazkowych przeslony prazkowej, 20 jednakze eliminuje koniecznosc wytwarzania obrazu podzialki holograficznej, a tym samym stosowania ukladu mikroskopowego, ograniczajacego rozdziel¬ czosc pomiarowa przyrzadu, która w tym przypadku jest ograniczona wylacznie dlugoscia fali promie- 25 nia laserowego.Ponadto okazalo sie nieoczekiwanie, ze zastoso¬ wanie przyrzadów pomiarowych wedlug wynalazku, umieszczonych na wielu stanowiskach pomiarowych, na przyklad na poszczególnych obrabiarkach linii 30 obróbczych i doprowadzenie do nich czesci rozdzie¬ lonej wiazki swiatla laserowego z tego samego zró¬ dla umozliwia uzyskanie systemu pomiarowego, w którym wszystkie przyrzady oparte sa na scisle jednakowej skalipomiarowej. 35 Nalezy specjalnie podkreslic, ze zasada dzialania przyrzadu do pomiaru dlugosci wedlug wynalazku takze w zasadniczy sposób rózni sie od zasady dzia¬ lania interferometru optycznego majacego zastoso¬ wanie do dokladnych pomiarów dlugosci. O ile bo- 40 wiem w interferometrach wykorzystuje sie równo¬ legle wiazki promieniowania, wytwarzajace plasz¬ czyzny o okreslonej charakterystyce fazowej,, o tyle w przyrzadzie wedlug wynalazku interferujace pro¬ mienie laserowe sluza do wytwarzania obszaru pola 45 interferencyjnego, wspólpracujacego z przeslona prazkowa o scisle takiej samej stalej. Dzieki temu w przyrzadzie wedlug wynalazku nie jest konie¬ czne stosowanie rygorystycznych warunków doty¬ czacych równoleglosci wiazek interferujacych, któ- 50 ra to równoleglosc stanowi podstawowy waru¬ nek prawidlowego dzialania interferometru op¬ tycznego.Wynalazek zostanie wyjasniony na przykladzie wykonania przedstawionym na rysunku, na którym 55 fig. 1 przedstawia schemat dzialania przyrzadu do dokladnego pomiaru dlugosci, fig. 2 — przeslone prazkowa przyrzadu wraz z prazkami wspólpracu¬ jacego z nia pola interferencyjnego, fig 3 — impulsy swietlne powstajace W wyniku wspóldzialania praz- 60 ków przeslony i prazków pola interferencyjnego, a fig. 4 — uklad pomiarowy zlozony z kilku przy¬ rzadów wedlug wynalazku umieszczonych na róz¬ nych stanowiskach pomiarowych i zasilanych jed¬ nymlaserem. z65 Przyrzad do dokladnego pomiaru dlugosci, którego schemat przedstawiony jest ma fig. 1 sklada sie z la¬ sera 1 wytwarzajacego wiazke 2 swiatla laserowego, która po dojsciu do elementu swiatlodzielacego 4 zostaje przepuszczona jako wiazka 6 j odbita jako wiazka 5* Nastepnie wiazka 5 jest kierowana na lustro 9, od którego odbija sie jako wiazka 5' i do¬ chodzi do osadzonego na urzadzeniu pomiarowym 8 czujnika 7. W czujniku 7 promienie wiazki 5 od¬ bijaja sie równolegle jako promienie 10 tak, aby in- terferowaly z wiazka 6 pod katem a.W obszarze 11 wytworzonego pola interferencyj¬ nego 12 umieszczona jest przeslona prazkowa 13, której stala q jest scisle równa stalej wytworzonego pola interferencyjnego 12. Z przeslona prazkowa 13 jest polaczony detektor fotoelektryczny 14, prze¬ ksztalcajacy wytwarzane sygnaly swietlne na im¬ pulsy elektryczne, zliczane za pomoca polaczonego z nim elektrycznie licznika 15.Przeslona prazkowa 13 przedstawiona, oddzielnie w powiekszeniu, na fig. 2 stanowi plytke przezro¬ czysta z naniesionymi prazkami 16 i 17, przesunie¬ tymi wzgledem siebie o dlugosci stalej q. Odleglosc miedzyprazkowa, czyli stala q przeslony prazkowej 13, jest scisle okreslona i równa stalej wytworzone¬ go pola interferencyjnego 12 w obszarze 11 i w plasz¬ czyznie, w której jest umieszczona przeslona praz¬ kowa 13. Zastosowanie przeslony prazkowej z dwo¬ ma wzajemnie wzgledem siebie przesunietymi ukla- . darni prazków 16 i 17 sluzy do wyróznienia kierunku przemieszczenia urzadzenia pomiarowego 8, jak rów¬ niez do zwiekszenia rozdzielczosci pomiarowej.Laser 1 emituje wiazke 2 swiatla laserowego, któ¬ ra po przepuszczeniu przez przeslone 3, spelniajaca role maskownicy, zostaje podzielona za pomoca ele¬ mentu swiatlodzielacego 4 na dwie, wiazke odniesie¬ nia 6 oraz wiazke odbita 5. Wiazka odbita 5 zostaje skierowana przez lustro 9 w postaci wiazki 5' na czujnik 7 odbijajacy równolegle i poruszajacy sie razem z urzadzeniem pomiarowym 8. Po odbiciu od czujnika 7 wiazka zostaje wprowadzona jako wiazka pomiarowa 10 w obszar 11.W obszarze 11 nastepuje interferencja przesunie¬ tych fazowo i nakladajacych sie pod katem a wia¬ zek odniesienia 6 i pomiarowej 10, w wyniku czego wytworzone zostaje pole interferencyjne 12. Odle¬ glosc prazków pola interferencyjnego 12 w obszarze 11 i w plaszczyznie, w której umieszczona jest prze¬ slona prazkowa 13 równa jest scisle odleglosci q prazków 16 lub 17 przeslony prazkowej.Przesuniecie urzadzenia pomiarowego 8, bedace wlasciwym przedmiotem pomiaru,, powoduje ruch zwiazanego z tym urzadzeniem czujnika 7 odbijaja¬ cego równolegle, a tym samym zmiane dlugosci dro¬ gi optycznej wiazki pomiarowej 10. W wyniku tego nastepuje odpowiednia zmiana charakterystyki fa¬ zowej tej wiazki, w stosunku do interferujacej z nia wiazki odniesienia 6, a tym samym odpowiednie przesuniecie prazków pola interferujacego 12 w sto¬ sunku do prazków 16 i 17 przeslony prazkowej 13.W wyniku przesuniecia prazków za przeslona praz¬ kowa 13, powstaja sygnaly swietlne, które zostaja nastepnie przeksztalcone na impulsy elektryczne za pomoca detektora fotoelektrycznego 14 i zliczone przy uzyciu licznika 15. Liczba uzyskanych sygna-124 778 5 6 lów jest przy tym scisle wprost proporcjonalna do wielkosci przesuniecia urzadzenia pomiarowego 8.Charakterystyka powstajacych sygnalów swietl¬ nych jest przedstawiona na fig. 3 w postaci wykresu zaleznosci strumienia swietlnego F w funkcji prze¬ mieszczenia urzadzenia pomiarowego 8, przy czym sygnaly Ft otrzymuje sie w górnej czesci przeslony 13 czyli po stronie prazków 16, zas sygnaly F2 otrzy¬ muje sie w dolnej czesci tej przeslony czyli po stro¬ nie prazków 17. Sygnaly swietlne Fi i F2 zostaja przeksztalcone za pomoca detektora fotoelektrycz- nego 14 na dwa szeregi odpowiednich impulsów elektrycznych umozliwiajacych w znany sposób wy¬ róznienie kierunku ruchu urzadzenia pomiarowego 8. Jak wynika z wykresu na fig. 3 zastosowanie prze¬ miennych prazków 16 i 17 w przeslonie 13 powoduje ponadto czterokrotne zwiekszenie rozdzielczosci przyrzadu pomiarowego.Uklad pomiarowy, którego schemat jest przedsta¬ wiony na fig. 4 sklada sie z lasera 1 emitujacego wiazke 2 swiatla laserowego oraz przykladowo z pieciu przyrzadów pomiarowych 18, których sche¬ mat jest przedstawiony na fig. 1, rozmieszczonych na róznych stanowiskach pomiarowych, do których odpowiednie czesci wiazki laserowej sa kierowane za pomoca elementów swiatlodzielacych 19, umiesz¬ czonych na drodze tej wiazki.Stanowiska pomiarowe moga byc przykladowo umieszczone na obrabiarkach linii obróbczej, przy czym cecha charakterystyczna tego ukladu pomiaro¬ wego jest fakt,, ze dzieki doprowadzeniu do przyrza¬ dów 18 odpowiednich czesci rozdzielonej wiazki — wszystkie one dzialaja w scisle tej samej skali po¬ miarowej, bedacej wynikiem wspólnego wzorca, a mianowicie dlugosci fali swiatla laserowego po¬ chodzacego z jednego zródla 1. Fakt ten ma zasad¬ nicze znaczenie dla koordynacji obróbki. 5 Zastrzezenia patentowe 1. Przyrzad do dokladnego pomiaru dlugosci dzia¬ lajacy na zasadzie interferencji dwóch wiazek swia¬ tla laserowego i wyposazony w przeslone prazkowa 10 oraz w detektor fotoelektryczny przeksztalcajacy sygnaly swietlne na sygnaly elektryczne i w licznik do zliczania tych sygnalów, znamienny tym, ze jest wyposazony w zwiazany z urzadzeniem pomiaro¬ wym (8) czujnik (7) odbijajacy równolegle wiazke 15 (10) zas umieszczona na drodze tej wiazki (10) prze¬ slona (13) sklada sie z prazków (16 i 17), których stala q jest scisle równa stalej prazków pola inter¬ ferencyjnego (12) wytworzonego w wyniku interfe¬ rencji wiazki pomiarowej (10) i wiazki odniesienia 20 (6) w plaszczyznie, w której umieszczona jest prze¬ slona (13) lub tez wielokrotnosc tej stalej. 2. Przyrzad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jego przeslona (13) jest wyposazona w jednej ze swych czesci w jeden zespól prazków (16) a w dru- 25 giej czesci w drugi zespól prazków (17), przy czym obydwa zespoly prazków sa przesuniete wzgledem siebie o dlugosc stalej q/4. 3. Uklad pomiarowy zlozony z przyrzadów do do¬ kladnego pomiaru dlugosci, znamienny tym, ze na 30 drodze wiazki laserowej 2 sa umieszczone kolejno elementy swiatlodzielace 19, z których kazdy dopro¬ wadza do podporzadkowanego przyrzadu 18 czesc wiazki laserowej 2.124 778 EA/WW w/w ft$.J ZGK 2032/1110/84 — 80 egz.Cena zl 100 PL