SU517782A1 - Device for measuring angular and linear movements - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к об ;асти контрольно-измерительной техники, а именно к конструкции устройств дл  измерени  угловых и линейных перемен:1ений.The invention relates to the field of instrumentation technology, in particular to the design of devices for measuring angular and linear changes: 1.

Известно устройство дл  измерени  угловых и линейных перемещений, содержащее осветитель , задающий лимб с нанесенной на нем радиальной рещеткой н св занный с системой грубого отсчета, аналогичную комиенсационную решетку, закрепленную на  коре электромагнитного вибратора, фотоэлемент и блок преобразовани  сигналов 1.A device for measuring angular and linear displacements, comprising an illuminator, defining a limb with a radial grating applied to it and associated with a coarse reference system, is similar to a compensation grating attached to the cortex of an electromagnetic vibrator, a photocell and a signal conversion unit 1.

Основным недостатком зтого устройства  вл етс  нестабильность положени  центра сканировани  вибратора с укрепленной на нем решеткой и, как следствие этого, невысока  точность измерений.The main disadvantage of this device is the instability of the position of the center of scanning of the vibrator with the grid fixed on it and, as a result, the accuracy of the measurements is low.

Известно также устройство аналогичного назначени , содержащее осветитель, св занную с контролируемым объектом н системой грубого отсчета задающую решетку и св занную с системой точного отсчета компенсационную рещетку. Ренеткн наложены друг на друга с помощью проекционной (оптнческой) системы 2. В качестве задающей решетки используют лимб с двум  р дами радиальных щтрихов, сдвинутых относительно Д;эуг друга, а в качестве комнеисацнонной - второй лимб со спиральными штрихами.It is also known to have a device of a similar purpose, containing an illuminator, a reference grid connected to a controlled object on a coarse reference system and a compensation grid connected to a precision reference system. Renetkn are superimposed on each other using a projection (optic) system 2. A limb with two rows of radial axes shifted relative to E; aug a friend is used as a defining lattice, and a second limb with spiral strokes is used as a reference grating.

Это устройство  вл етс  наиболее близкимThis device is the closest

из известных устроисгв к описываемому устройству .From the known authors to the described device.

Недостаток известного устройства заключаетс  в том, что изменение световых потоков в ветв5;х проекционной системы, например, за счет неравномерности освещени , либо за счет погрешностей лимба с компенсационной рещеткой , приводит к значительным погрешност м измерений угловых или линейных перемещений .A disadvantage of the known device is that a change in the luminous flux in the branches of the 5 x projection system, for example, due to uneven illumination, or due to limb errors with a compensation grid, leads to significant errors in measuring angular or linear displacements.

В предложенном устройстве компенсационна  решетка выполнена пол ризационно-интерференционной , содержащей последозательно установленные неподвижный пол ризатор, составл ющий угол 45° с плоскостью пропускани  пол ризатора двулучепреломл ющий элемент с анизотропией, переменной в направлении движени  задающей решетки, модул тор , составл  ощую угол 45° с оптическими ос ми двулучепреломл ющего элемента четвертьволнозую пластинку и вращающийс  пол .ризатор. Така  конструкци  позвол ет повысить точность измерени  линейных и угловых перемещений.In the proposed device, the compensation grating is made of polarization-interference, containing a fixed polarizer that is subsequently installed and has an angle of 45 ° with the transmission plane of the polarizer, a birefringent element with anisotropy that is variable in the direction of movement of the master grating, the modulator that makes an angle of 45 ° the optical axes of the birefringent element, the quarter-wave plate and the rotating floor. This design allows for improved accuracy in measuring linear and angular movements.

На фиг. I изображена структурна  схема устройства дл  угловых перемещений; на фиг. 2 - схема устройства дл  измерени  линейных перемещений.FIG. I shows a block diagram of a device for angular movements; in fig. 2 is a schematic of a device for measuring linear displacements.

Claims (1)

Устройство содержит осветитель, состо щий нз источника 1 света, конденсора 2, диафрагМЫ 3, объектива 4 и интерференционного фильтра 5, задающую решетку 6, выполненную , например, в виде радиальных непрозрачных штрихов, нанесенных на прозрачный лимб, и компенсационную пол ризационно-интерференционную решетку. Компенсационна  решетка содержит последовательно установленные неподвижный пол ризатор 7, двулучепреломл юш,ий элемент 8 с анизотронией, переменной в направлении движени  задающей решетки 6, модул тор 9 состо ни  пол ризации, четвертьволновую пластину 10 и вращающийс  пол ризатор И. Двулученреломл ющий элемент 8 ориентирован так, что его оптические оси составл ют углы 45° с плоскостью пропускани  пол ризатора 7. Модул тор 9 подключен к генератору 12 переменного напр л енн . Наведенные электрическим нолем оси модул тора 9 совпадают с ос ми двулучеиреломл ЕОщего элемента 8. Элемент 8 находитс  в фональной плоскости проекционной системы iS, с помощью которой изображение компенсационно-интерференционной решетки переноситс  в плоскость задающей решетки 6 таким образом, что шаги штрихов задающей и компенсационной решетки равна между собой (уменьшение). Элементами след щей системы устройства  вл ютс  фотоприемник 14, избирательный усилитель 15, настроенный на частоту генератора 12, фазовый детектор 16, электронный модул тор 17, усилитель мощности 18 и реверсивиый двигатель 19. Задающа  решетка 6 св зана с контролируемым объектом и системой 20 грубого отсчета, а вращающийс  пол ризатор И св зан с системой 21 точного отсчета . Дл  устранени  вли ни  эксцентриситета лимба задающей решетки на точность измерени  угловых перемещений компенсационна  рещетка одновременно проектируетс  на два диаметрально противоиоложных участка штрихов решетки 6, дл  чего на пути пучка установлен делитель 22 света и призмы 23-27. Устройство работает следующим образом. Сформированный осветителем параллельный монохроматический пучок света направл етс  на вращающийс  пол ризатор 11 и на его выходе становитс  плоскопол ризованньш с переменным азимутом нлоскости пол ризации . После прохождени  четвертьволновой пластины 10 состо ние пол ризации пучка света изменитс . При этом азимут преимущественной пол ризации будет совпадать с направлением «быстрой оси () и не будет зависеть от угла иоворота в пол ризатора И, а разиость фаз Д между обыкновенными и необыкновенными лучами будет находитьс  в линейной зависимости от угла новорота пол ризатора 11 (). После прохождеии  пучка света с такой пол ризацией через двулучепреломл ющий элемент 8 и неподвижный пол ризатор 7 в плоскости элемента 8 образуютс , например, вертикальные интерференционные полосы, местоположение которых линейно завислт от угла поворота иол pH i .iTopa 11. Модул тор 9, возбужда сь генератором 12, создает дополнительный небольшой сдвиг фаз (пор дка 0,05.2л; радиан), что приводит к дополнительному небольшому смещению интенференционных полос компенсационной иол ризационно-интерференционной решетки с частотой изменени  напр жени  генератора 12. Созданна  таким образом пол ризационно-интерференционна  решетка проектируетс  на лимб решетки 6 в двух диаметрально противоноло}кных местах. После решетки 6 оба пучка с помощью призм 24, 25, 26 одновременно воспринимаютс  фотонриемником 14. В согласованном положении, когда интерференционные темные нолосы наход тс  между штрихами решсткн 6 в цепи фотоприемника 14 нротекает миннмальный ток, который не усиливаетс  усилителем 15 и двигатель 19 не вращаетс . При неремещении решеток 6 согласованное положение решеток нарушаетс , в цепи фотоприемника 14 но вл етс  сигнал, величина и фаза которого завис т от величины и направлени  рассогласовани  в пределах шага решетки . Этот сигнал через блоки след щей системы поступает на двигатель 19, который доворачивает пол ризатор 11 в согласованное положение. Системы отсчета позвол ют с большой точностью зафиксировать угол поворота пол ризатора. Благодар  тому, что между двулучепреломл ющим элемеитом и задающей рещеткой нет никаких механически подвижных элементов, а также из-за того, что в устройстве использован высокоэффективный модул ционный метод при нахождении согласованного положени  решеток, точностные характеристики данного устройства значительно выше, чем у аналогичных известных устройств. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  угловых и линейных перемещений, содержащее осветитель, св занную с контролнруемым объектом и системой грубого отсчета задающую и св занную с системой тонкого отсчета комиенсационную решетки, наложенные друг на друга с помощью оптической системы, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  линейных и угловых перемещений, компенсационна  решетка выполнена пол риационно-ннтерференционной , содержашей поледовательно установленные неподвил.иый ол ризатор, составл ющий угол 45° с плокостью пропускани  пол ризатора двулучереломл ющий элемент с анизотропией, переменной в направлении движени  задающей реетки , модул тор, составл ющую угол 45° с птическими ос ми двулучепреломл ющего .чемелта четвертьволиовую пластинку и враающийс  пол ризатор.The device contains an illuminator consisting of the source 1 of light, condenser 2, diaphragm 3, lens 4 and interference filter 5, defining a grid 6, made, for example, in the form of radial opaque strokes applied to a transparent limb, and a compensation polarization-interference grid . The compensation grating contains successively installed stationary polarizer 7, birefringent element 8 with anisotronium, variable in the direction of movement of the reference lattice 6, modulator 9 of the polarization state, quarter-wave plate 10 and rotating polarizer I. The two-element directional element 8 is oriented so that its optical axes are 45 ° with the transmission plane of the polarizer 7. The modulator 9 is connected to the alternator 12 of the alternator. The axes of the modulator 9, electrically zeroed, coincide with the axes of the two-beam segments of the EDGE element 8. Element 8 is located in the phonal plane of the projection system iS, by means of which the image of the compensation-interference grating is transferred to the plane of the master grid 6 in such a way that the strokes of the reference and compensation grid equal to each other (decrease). The elements of the tracking system of the device are a photodetector 14, a selective amplifier 15 tuned to the generator frequency 12, a phase detector 16, an electronic modulator 17, a power amplifier 18 and a reversible motor 19. The reference grid 6 is connected to the object being monitored and the coarse reference system 20 and a rotating polarizer is associated with an accurate reference system 21. To eliminate the influence of the limb eccentricity of the master lattice on the accuracy of measuring the angular displacements, the compensation lattice is simultaneously projected onto two diametrically opposed portions of the strokes of the lattice 6, for which a divider 22 of the light and the prism 23-27 is installed in the beam path. The device works as follows. The parallel monochromatic beam of light formed by the illuminator is directed to the rotating polarizer 11 and at its output becomes flat polarized with a variable azimuth of the polarization plane. After the passage of the quarter-wave plate 10, the polarization state of the light beam will change. In this case, the azimuth of the primary polarization will coincide with the direction of the fast axis () and will not depend on the angle and rotation in the polarizer, and the phase difference D between ordinary and extraordinary rays will be in a linear dependence on the angle of rotation of the polarizer 11 (). After passing a beam of light with such a polarization through the birefringent element 8 and the stationary polarizer 7 in the plane of the element 8, for example, vertical interference fringes form, the location of which linearly depends on the angle of rotation iol pH i .iTopa 11. The modulator 9 excites generator 12, creates an additional small phase shift (on the order of 0.05.2 l; radians), which leads to an additional small displacement of the interference bands of the compensation and polarization-interference grating with the frequency of change tim generator 12 thus creating a polarization interference grating on the grating proektiruets limb 6 at two diametrically protivonolo} knyh locations. After lattice 6, both beams using prisms 24, 25, 26 are simultaneously perceived by the photono receiver 14. In the coordinated position, when the interference dark noses are between the strokes of lattice 6 in the circuit of the photodetector 14, a minimum current flows which is not amplified by the amplifier 15 and the engine 19 does not rotate . When the gratings 6 do not move, the coordinated position of the grids is disturbed, but in the photodetector circuit 14 there is a signal whose magnitude and phase depend on the magnitude and direction of the error within the grid step. This signal, via blocks of the tracking system, enters the motor 19, which turns the polarizer 11 to the coordinated position. The reference systems make it possible to fix the angle of rotation of the polarizer with high accuracy. Due to the fact that there are no mechanically moving elements between the birefringent element and the setting grid, and also because the device uses a highly efficient modulation method when finding a consistent position of the gratings, the accuracy characteristics of this device are much higher than those of similar known devices . Apparatus of the Invention A device for measuring angular and linear displacements, comprising an illuminator associated with a counter object and a coarse reference system that specifies a compensation lattice that is associated with a fine reference system and is superimposed on each other by an optical system, the accuracy of measuring linear and angular displacements; the compensation grating is made of polarization-interference, containing successively installed base polarizer constituting 45 ° with the polarization permeability of a birefringent element with anisotropy, variable in the direction of movement of the master rake, a modulator constituting an angle of 45 ° with the bird's axes of the birefringent quarterfold plate and rotating polarizer. /J 23/ J 23 1818 ГУGU 19 8 10 119 8 10 1