устройство для измерения малых перемещений объекта

Формула изобретения

Устройство для измерения малых перемещений объекта, содержащее лазер, три светоделительные призмы и фоторегистрирующий блок, отличающееся тем, что светоделительный блок представляет собой три совмещенные своими гранями светоделительные призмы, установленные на объекте таким образом, что направления трех отраженных лазерных пучков перпендикулярны первоначальному направлению лазерного пучка, причем два из них направлены в противоположные стороны и скрещиваются под прямым углом с третьим, а в качестве фоторегистрирующего блока используются три неподвижных двухкоординатных фотоприемника с высоким разрешением, расположенных на пути распространения отраженных лазерных пучков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуд вибраций, величины и скорости малых линейных и угловых перемещений объекта, а также его деформаций.

Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее лазер, два светоделителя, два интерферометра Фабри-Перо, две системы плоских зеркал и фотоприемник [А.с. №1256505 A1, G01В 9/02, публ. 1993].

Известен интерферометр для измерения углов поворота объекта, содержащий последовательно расположенные лазер и светоделитель излучения на два потока с расположенными в каждом из них уголковым отражателем, каждый из которых предназначен для скрепления с объектом, и фоторегистрирующий блок [А.с. №1290061 A1, G01В 9/02, публ. 1987].

Известен интерферометр для измерения линейных и угловых перемещений объекта, содержащий последовательно расположенный источник монохроматического излучения, светоделительный блок, оптически связанные с ним два уголковых отражателя и фотоэлектрический приемник [А.с. №1260674 A1, G01В 9/02, публ. 1986].

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является интерферометр для измерения перемещений объекта, содержащий последовательно установленный лазер и светоделитель, делящий пучок на два, в одном из которых установлены фазовая пластина и уголковый отражатель, а в другом пучке установлены вторая фазовая пластина и уголковый отражатель, предназначенный для установки на объекте, и установленные на выходах интерферометра системы регистрации, каждая из которых выполнена в виде светоделителя и двух фотоприемников [А.с. №1779913 A1, G01В 11/16, публ. 1992].

Известные устройства отличаются сложностью и отсутствием возможности определения величины перемещений объекта одновременно по шести координатам.

Задача изобретения - упрощение конструкции устройства за счет упрощения светоделительного и фоторегистрирующего блока и их расположения, а также расширение измерительных возможностей устройства за счет увеличения числа измеряемых координат (до шести).

Поставленная задача достигается устройством для измерения малых перемещений объекта, содержащим лазер, три светоделительные призмы и фоторегистрирующий блок, в котором, в отличие от прототипа, светоделительный блок представляет собой три совмещенные своими гранями светоделительные призмы, установленные на объекте таким образом, что направления трех отраженных лазерных пучков перпендикулярны первоначальному направлению лазерного пучка, причем два из них направлены в противоположные стороны и скрещиваются под прямым углом с третьим, а в качестве фоторегистрирующего блока используются три неподвижных двухкоординатных фотоприемника с высоким разрешением, расположенных на пути распространения отраженных лазерных пучков.

Предложенное расположение элементов конструкции обеспечивает большую компактность путем сосредоточения всех светоделительных призм на объекте.

Двухкоординатные фотоприемники с высоким разрешением, которые позволяют измерять смещение оси лазерного пучка по двум координатам с высокой точностью, описаны в указанных источниках [Лазерные технологии контроля макрогеометрии // Промышленное оборудование. - 2004. - №5; Акимов В.М., Болтарь К.О., Лисейкин В.П. и др. Охлаждаемые МОП-мультиплексоры для ИК-матриц "смотрящего" типа // Прикладная физика. - 1999. - №3].

Использование в предлагаемом устройстве двухкоординатных фотоприемников позволит упростить конструкцию за счет сокращения числа элементов, а также обеспечит возможность снимать показания об отклонении лазерного пучка по двум координатам. Данные об отклонениях трех отраженных пучков (шесть координат) позволят однозначно определить положение системы призм в пространстве.

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид расположения элементов описываемого устройства.

Устройство для измерения малых перемещений объекта содержит последовательно установленные неподвижный лазер 1 и три светоделительные призмы 2, 3, 4, установленные на объекте таким образом, что направления трех отраженных лазерных пучков перпендикулярны первоначальному направлению лазерного пучка, причем два из них направлены в противоположные стороны и скрещиваются под прямым углом с третьим, а также три неподвижных двухкоординатных фотоприемника 5, 6, 7 с высоким пространственным разрешением, размещенных на пути распространения отраженных лазерных пучков.

Измерение перемещений объекта с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Система светоделительных призм устанавливается на объекте. С помощью неподвижного лазера создается тонкий пучок излучения, который подается на систему светоделительных призм, установленных на объекте. Каждая из призм делит пучок на два. Отраженные лазерные пучки попадают на матрицы соответствующих неподвижных двухкоординатных фотоприемников, которые измеряют отклонение каждого лазерного пучка по двум координатам: Y₅, Z₅ - для фотоприемника 5, Y₆, Z₆ - для фотоприемника 6 и Х₇, Z₇ - для фотоприемника 7. По этим координатам можно определить перемещения (X, Y, Z - линейные вдоль соответствующих осей и а, b, с - повороты вокруг этих осей) системы светоделительных призм и связанного с ними объекта.

В случае отсутствия поворотов объекта формулы для определения смещений принимают простой вид:

Х=(Z ₅-Z₆)/2

Y=(Z ₅+Z₆)/2-Z₇

Z=(Z₅+Z₆)/2

Итак, предлагаемое устройство отличается большей простотой конструкции по сравнению с аналогами и позволяет измерять малые перемещения объекта одновременно по шести координатам.