оптическое устройство для измерения перемещений

Классы МПК:G01B9/02 интерферометры 
G01B11/02 для измерения длины, ширины или толщины
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-01-20
публикация патента:

Устройство содержит оптически связанные источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель, жестко закрепленный на поверхности объекта контроля, и фотоприемное устройство. Устройство также содержит опорную плиту с центральным отверстием, скрепленную с основанием при помощи устройства для регулировки и фиксации ее положения. На внутренней поверхности плиты, обращенной к поверхности объекта контроля, жестко закреплено фотоприемное устройство, в котором выполнено отверстие, соосное отверстию в плите, а также с возможностью регулировки и фиксации положения через фланец большого основания закреплен конический корпус. При этом на фланце малого основания конического корпуса жестко закреплены светоделитель и одним концом эластичная светонепроницаемая мембрана, выполненная в виде кольца и опирающаяся противоположным концом на поверхность объекта контроля. На наружной поверхности плиты с возможностью регулировки и фиксации положения установлен цилиндрический корпус с размещенными в его полости источником когерентного оптического излучения и оптической системой. Техническим результатом устройства является снижение трудоемкости подготовки к проведению измерений и повышение точности результатов измерений. 1 ил. оптическое устройство для измерения перемещений, патент № 2407988

оптическое устройство для измерения перемещений, патент № 2407988

Формула изобретения

Оптическое устройство для измерения перемещений, содержащее оптически связанные источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель, жестко закрепленный на поверхности объекта контроля, и фотоприемное устройство, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит опорную плиту с центральным отверстием, скрепленную с основанием при помощи устройства для регулировки и фиксации ее положения, на внутренней поверхности плиты, обращенной к поверхности объекта контроля, жестко закреплено фотоприемное устройство, в котором выполнено отверстие, соосное отверстию в плите, и с возможностью регулировки и фиксации положения через фланец большого основания закреплен конический корпус, при этом на фланце малого основания конического корпуса жестко закреплены светоделитель и одним концом эластичная светонепроницаемая мембрана, выполненная в виде кольца и опирающаяся противоположным концом на поверхность объекта контроля, а на наружной поверхности плиты с возможностью регулировки и фиксации положения установлен цилиндрический корпус с размещенными в его полости источником когерентного оптического излучения и оптической системой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к оптическим устройствам для измерения малых линейных и угловых перемещений поверхностей объектов контроля, основанным на применении оптических интерференционных методов.

Известны оптические устройства для измерения малых линейных перемещений поверхностей объектов контроля, основанные на применении интерференционных методов (Патент РФ № 2169348 по заявке № 99120531/28 от 28.09.1999 г., G01В 9/021, G01С 22/00, опубл. 20.06.2001 г. Бюл. № 17) [1], (Попов А.В. Оценка опасности дефектов конструкций по данным бесконтактного акустико-эмиссионного неразрушающего контроля // Автометрия. 2001. № 1. С.84-87) [2] и др., содержащие оптически связанные и последовательно размещенные источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель, жестко закрепленный на поверхности объекта контроля и экран с установленными на нем фотоприемными устройствами. При этом полученная совмещением опорного и объектного пучков интерференционная картина, представляющая собой совокупность колец различной интенсивности, проецируется на экран, а фотоприемные устройства, установленные в кольцах интерференционной картины, регистрируют изменения интенсивности оптического поля, которые однозначно связаны с перемещениями поверхности объекта контроля.

Существенными недостатками данных устройств являются высокая трудоемкость подготовки к проведению измерений и низкая точность результатов измерений. Высокая трудоемкость подготовки к проведению измерений обусловлена тем, что перед началом проведения любого отдельного вида испытаний, а соответственно и измерений необходимо произвести индивидуальные установку (закрепление) и настройку (регулировку и фиксацию положения) каждого из оптических элементов отмеченных устройств для достижения совмещения опорного и объектного пучков и получения интерференционной картины в области размещения экрана, что значительно увеличивает трудоемкость подготовки к проведению испытаний. Низкая точность результатов измерений обусловлена тем, что на оптические элементы устройств и фотоприемное устройство в процессе проведения измерений воздействуют внешние источники оптического излучения (естественное освещение, осветительные приборы и т.п.), при этом интенсивности этих излучений и их изменения во времени носят случайный характер, что вносит случайные погрешности в результаты измерений, снижая их точность.

По совокупности признаков наиболее близким аналогом предлагаемого устройства, принимаемым за прототип, является устройство для измерения линейных перемещений оптическим датчиком (Паринов И.А., Попов А.В., Рожков Е.В., Прыгунов А.Г. Калибровка акустических преобразователей методом голографической интерферометрии // Дефектоскопия. 2000. № 1. С.66-71) [3], содержащие оптически связанные и последовательно размещенные источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель, жестко закрепленный на поверхности объекта контроля и экран с установленными на нем фотоприемными устройствами. При этом полученная совмещением опорного и объектного пучков интерференционная картина, представляющая собой совокупность колец различной интенсивности, проецируется на экран, а фотоприемные устройства, установленные в кольцах интерференционной картины, регистрируют изменения интенсивности оптического поля, которые однозначно связаны с перемещениями поверхности объекта контроля.

Существенными недостатками данного устройства являются высокая трудоемкость подготовки к проведению измерений и низкая точность результатов измерений. Высокая трудоемкость подготовки к проведению измерений обусловлена тем, что перед началом проведения любого отдельного вида испытаний, а соответственно и измерений необходимо произвести индивидуальные установку (закрепление) и настройку (регулировку и фиксацию положения) каждого из оптических элементов описанного устройства для достижения совмещения опорного и объектного пучков и получения интерференционной картины в области размещения экрана, что значительно увеличивает трудоемкость подготовки к проведению испытаний. Низкая точность результатов измерений обусловлена тем, что на оптические элементы устройств и фотоприемное устройство в процессе проведения измерений воздействуют внешние источники оптического излучения (естественное освещение, осветительные приборы и т.п.), при этом интенсивности этих излучений и их изменения во времени носят случайный характер, что вносит случайные погрешности в результаты измерений, снижая их точность.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является снижение трудоемкости подготовки к проведению измерений и повышение точности результатов измерений.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что оптическое устройство для измерения перемещений содержит оптически связанные источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель, жестко закрепленный на поверхности объекта контроля, и фотоприемное устройство. Согласно изобретению устройство дополнительно содержит опорную плиту с центральным отверстием, скрепленную с основанием при помощи устройства для регулировки и фиксации ее положения, на внутренней поверхности плиты, обращенной к поверхности объекта контроля, жестко закреплено фотоприемное устройство, в котором выполнено отверстие, соосное отверстию в плите, и с возможностью регулировки и фиксации положения установлен цилиндрический корпус с размещенными в его полости источником когерентного оптического излучения и оптической системой, а на наружной поверхности плиты с возможностью регулировки и фиксации положения через фланец большого основания закреплен конический корпус, при этом на фланце малого основания конического корпуса жестко закреплены светоделитель и одним концом эластичная светонепроницаемая мембрана, выполненная в виде кольца и опирающаяся противоположным концом на поверхность объекта контроля.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображено предлагаемое устройство для измерения перемещений.

Предлагаемое оптическое устройство для измерения перемещений содержит основание 1, опорную плиту 2 с центральным отверстием 3, скрепленную с основанием 1 при помощи устройства 4 для регулировки и фиксации ее положения, цилиндрический корпус 5, в полости 6 которого размещены источник 7 когерентного оптического излучения и оптическая система 8, фотоприемное устройство 9, выполненное в виде прямоугольной матрицы фотоприемников с центральным отверстием 10, соосным центральному отверстию 3 плиты 2, конический корпус 11 с фланцами 12 и 13 жестко скрепленными соответственно с большим и малым основаниями конуса, светоделитель 14, жестко закрепленный на фланце 13, отражатель 15, жестко закрепленный на поверхности 16 объекта контроля 17.

Плита 2 имеет наружную 18 и внутреннюю 19 поверхности, при этом последняя обращена к поверхности 16 объекта контроля 17.

Фотоприемное устройство 9 жестко закреплено на внутренней поверхности 19 плиты 2.

Цилиндрический корпус 5 размещен на наружной поверхности 18 плиты 2 соосно отверстию 3 плиты 2 и отверстию 10 устройства 9 при помощи крепежных элементов 20, обеспечивающих регулировку и фиксацию его положения.

Конический корпус 11 установлен на внутренней поверхности 19 соосно цилиндрическому корпусу 5, отверстию 3 плиты 2 и отверстию 10 фотоприемного устройства 9 при помощи крепежных элементов 21, обеспечивающих регулировку и фиксацию его положения.

На фланце 13 конического корпуса 11 одним концом жестко закреплена эластичная светонепроницаемая мембрана 22, выполненная в виде кольца и опирающаяся противоположным концом на поверхность 16 объекта контроля 17.

Устройство работает следующим образом

Излучение источника 7 когерентного оптического излучения после прохождения оптической системы 8 преобразуется в расходящийся пучок, проходит через отверстия 3 плиты 2 и 10 фотоприемного устройства 9 и попадает на светоделитель 14, где происходит его разделение - одна часть отражается от поверхности светоделителя 14 (опорный пучок), а вторая часть - от отражателя 15 (объектный пучок), жестко закрепленного на поверхности 16 объекта контроля 17.

Полученная при совмещении опорного и объектного пучков интерференционная картина, представляющая собой совокупность колец различной интенсивности, проецируется на фотоприемное устройство 9.

Фотоприемное устройство 9 при перемещении поверхности 16 объекта контроля 17 регистрирует изменение интенсивности оптического поля интерференционной картины, которое соответствует величине данного перемещения.

Результаты измерений от фотоприемного устройства 9 передаются в устройство для регистрации и отображения результатов измерений (на чертеже не показано).

Техническим результатом предлагаемого устройства для измерения перемещений является снижение трудоемкости подготовки к проведению измерений и повышение точности результатов измерений.

Проведенный сравнительный анализ выявил, что в отличие от устройств-аналогов и устройства-прототипа предлагаемое устройство характеризуется новыми признаками, а именно - новыми конструктивными элементами, имеющими новые форму и расположение в предлагаемом устройстве, позволяющими снизить трудоемкость подготовки к проведению измерений и повысить точность результатов измерений.

Предлагаемое устройство, сохраняя положительные качества приведенных в описании аналогов и прототипа, отличается по сравнению с ними снижением трудоемкости подготовки к проведению измерений и повышением точности результатов измерений и может быть применено в процессе высокоточных измерений малых линейных и угловых перемещений поверхностей объектов контроля при проведении экспериментальных исследований перспективных конструкций, оценке их технического состояния и диагностике, при исследовании акустико-эмиссионных процессов в твердых телах, исследовании процессов дефектообразования в ленточных высокотемпературных сверхпроводниках, исследовании волновых процессов в слоистых конструкциях и конструкциях, выполненных из анизотропных конструкционных материалов, в машиностроении, судостроении, авиастроении и т.п.

Источники информации

1. Паринов И.А., Прыгунов А.Г., Рожков Е.В. и др. Измеритель перемещений с объемной голограммой // Патент РФ на изобретение № 2169348 по заявке № 99120531/28 от 28.09.1999 г., G01В 9/021, G01С 22/00, опубл. 20.06.2001 г. Бюл. № 17.

2. Попов А.В. Оценка опасности дефектов конструкций по данным бесконтактного акустико-эмиссионного неразрушающего контроля // Автометрия. 2001. № 1. С.84-87.

3. Паринов И.А., Попов А.В., Рожков Е.В., Прыгунов А.Г. Калибровка акустических преобразователей методом голографической интерферометрии // Дефектоскопия. 2000. № 1. С.66-71 - прототип.

Класс G01B9/02 интерферометры 

волоконно-оптическая измерительная система (варианты) -  патент 2520963 (27.06.2014)
интерферометр для контроля телескопических систем и объективов -  патент 2518844 (10.06.2014)
сканирующее интерференционное устройство в виде двухзеркального интерферометра фабри-перо -  патент 2518366 (10.06.2014)
перестраиваемый интерферометр фабри-перо -  патент 2517801 (27.05.2014)
интерференционный многолучевой светофильтр (варианты) -  патент 2515134 (10.05.2014)
оптическое интерференционное устройство для измерения перемещений поверхностей объектов контроля -  патент 2512697 (10.04.2014)
устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра фабри-перо с волоконным вводом излучения -  патент 2511606 (10.04.2014)
акустооптический интерферометр -  патент 2504731 (20.01.2014)
устройство формирования изображения и способ формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии -  патент 2503949 (10.01.2014)
изображающий микроэллипсометр -  патент 2503922 (10.01.2014)

Класс G01B11/02 для измерения длины, ширины или толщины

способ измерения объектов малых размеров с неровными краями и интерферограмм на базе фотоэлектрических приемников излучения -  патент 2505783 (27.01.2014)
волоконно-оптический датчик перемещений -  патент 2489679 (10.08.2013)
оптико-телевизионное устройство для дистанционного визуального контроля и измерения линейных размеров -  патент 2480799 (27.04.2013)
способ анализа вяжущего материала на основе альфа-оксида алюминия (экспресс-метод) -  патент 2477452 (10.03.2013)
устройство для измерения физических параметров прозрачных объектов -  патент 2475701 (20.02.2013)
дальномер -  патент 2463553 (10.10.2012)
устройство контроля закрытой конструкции, система и способ контроля состояния лифтовой шахты -  патент 2461513 (20.09.2012)
способ измерения линейного смещения объекта и устройство для его осуществления -  патент 2456542 (20.07.2012)
устройство для измерения износа контактного провода путем обработки изображения -  патент 2430331 (27.09.2011)
устройство для измерения износа контактного провода -  патент 2416068 (10.04.2011)
Наверх