Микролинзовая измерительная решетка

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт электроники Академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт электроники Академии наук Беларуси(57) Микролинзовая измерительная решетка, выполненная в виде гибкой ленты, состоящей из цилиндрических светопроводящих элементов, контактирующих друг с другом цилиндрическими поверхностями и скрепленных полосками из гибкого материала, при этом на указанные элементы нанесено отражающее покрытие, отличающаяся тем, что в элементах вдоль образующей выполнены сквозные каналы, заполненные электропроводящим материалом.(56) 1. Преснухин Л.Н., Шангин В.Ф., Шаталов Ю.А. Муаровые растровые датчики положения и их применение. - М. Машиностроение, 1969. - С. 5-7. 2. А.с. СССР 1610253, МПК 6 01 В 11/00, 1990 (прототип). 3. Садов . ., Шестаков К. М., Романов А. В. Линейный бесконтактный двигатель постоянного тока с ферромагнитным якорем / Электронная техника, Сер.7. ТОПО. Вып. 6(133), 1985. - С. 66, 67. Изобретение относится к оптике и контрольно-измерительной технике, в частности к растрам, решеткам,дифракционным решеткам, применяемым в качестве мер для воспроизведения единиц измерения, их кратных и дробных значений. 2906 1 Известна измерительная дифракционная решетка 1, представляющая собой совокупность параллельных непрозрачных штрихов, нанесенных на поверхность прозрачного материала с шагом, сравнимым с длиной волны света. Частота изменения пропускания дифракционной решетки зависит от шага решетки и используемых спектральных порядков и может быть получена в (216) раз больше, чем частота решетки. Дифракционная решетка не обеспечивает требуемой точности измерения перемещений из-за наличия погрешностей шага решетки, искажающих волновой фронт. Кроме того, дополнительные погрешности возникают при угловых перекосах решетки в процессе движения (погрешность Аббе). Наиболее близким техническим решением является растровая решетка 2, выполненная в виде гибкой ленты, состоящей из одинаковых цилиндрических светопроводящих элементов (цилиндрических микролинз), контактирующих друг с другом цилиндрическими поверхностями и скрепленных полосками из гибкого материала. Данная растровая решетка также не обеспечивает высокой точности измерения из-за того, что в измерительных машинах с растровыми преобразователями линейных перемещений имеет место некомпенсируемая ошибка Аббе, возникающая при несовпадении линии измерения, проходящей через растр, с линией , совпадающей с направлением движения объекта. Эта ошибка зависит от расстояния Н между этими линиями,где- угол наклона измеряемого объекта из-за непрямолинейности направляющих, по которым он перемещается. Техническая задача, которую позволяет решать предлагаемое изобретение, - повышение точности измерения за счет исключения ошибки Аббе с одновременным расширением функциональных возможностей решетки за счет обеспечения возможности работы в отраженных пучках и в качестве подвижной части (якоря) линейного электродвигателя. Поставленная техническая задача достигается тем, что в известной микролинзовой измерительной решетке, выполненной в виде гибкой ленты, состоящей из цилиндрических светопроводящих элементов, контактирующих друг с другом цилиндрическими поверхностями и скрепленных полосками из гибкого материала, при этом на указанные элементы нанесено отражающее покрытие, дополнительно в элементах вдоль образующей выполнены сквозные каналы, заполненные электропроводящим материалом. Выполнение решетки из светопроводящих цилиндрических элементов со сквозными каналами (капилляров) позволяет ввести в них электропроводящий материал, например медный проводник, что придает ей новые свойства по проводнику может быть пропущен электрический ток, который, взаимодействуя, например,с полем постоянного магнита, вызовет линейное перемещение микролинзовой измерительной решетки. В этом случае решетка выполняет две функции измерительную и движительную, а направление движения и линия измерения сливаются в одну линию, что приводит к исключению погрешности Аббе. Следовательно, предложенная решетка может использоваться как измерительный элемент для построения преобразователей перемещения, работающих в отраженном свете и одновременно как подвижный элемент линейного двигателя, перемещающий сам себя, что является расширением функциональных возможностей. Сущность изобретения поясняется фигурой, где изображена микролинзовая измерительная решетка а) с электропроводящей обмоткой б) в составе первичного преобразователя перемещений на фигуре обозначено 1 - измерительная решетка из капилляров, 2 - электропроводящий материал (медный провод ), 3 - отражающее покрытие (ОП), 4 - магнит, 5 - лазер, 6 - светоделитель, 7 - двухщелевая диафрагма, 8 и 9- первый и второй фотоприемники- лазерный пучок, 1 и 2 - коллимированые пучки после светоделителя, пересекающиеся под углом ,- цена интерференционных полос, 0 - интерференционные полосы в плоскости считывания, п - направление электрического тока в проводнике. Микролинзовая измерительная решетка 1 набрана из светопроводящих элементов - капилляров, скрепленных с каркасом (на фигуре не показан) и друг с другом цилиндрическими поверхностями. В каналы капилляров введен электропроводящий материал 2, а на одной из сторон решетки 1 на всю ее длину выполнено отражающее покрытие 3 в виде дорожки шириной, равной ширине рабочей поверхности решетки. В случае работы решетки с отраженными пучками освещающие пучки направляют на отражающее покрытие 3. При пропускании тока через электропроводящий материал 2 образуется магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита 4, что приводит к линейному перемещению решетки 1 3, связанной с объектом (на фигуре не показан), перемещение которого измеряется. В предложенном техническом решении схема освещения и фотоприемники располагают с одной стороны решетки. Схема освещения включает в себя лазер 5, последовательно за которым размещен светоделитель 6. В конусе интерферирующих пучков 1 и 2 размещена двухщелевая диафрагма 7, центры щелей которой смещены друг относительно друга приблизительно на 0,5 диаметра капилляра. Ширина щелей не превышает 2 2906 1 диаметра одного элемента. В этом случае в плоскости изображения, где размещены фотоприемники 8 и 9 ,формируются две независимые интерференционные картины от двух соседних капилляров. Линейные измерения с помощью предложенной решетки осуществляют следующим образом. Решетка 1 устанавливается на подвижной каретке (на фигуре не показано) измерительной машины и освещается двумя сходящимися пучками 1 и 2, сформированных осветительной системой, включающей лазер 5, светоделитель 6 и двухщелевую диафрагму 7. Пучки взаимодействуют друг с другом в плоскости решетки с образованием интерференционных полос с пространственным шагом/2(/2),где- длина волны излучения,- угол между сходящимися пучками. Так как в данном исполнении решетка эквивалентна коллективу периодически расположенных цилиндрических зеркал, то в плоскости анализа, где размещены фотоприемники 8 и 9, формируется увеличенное изображение интерференционных полос с шагом Н,где- коэффициент увеличения цилиндрического зеркала. По электропроводящему материалу 2 пропускается электрический ток п, который, взаимодействуя с полем постоянного магнита, приводит в движение решетку 1. При ее движении в направлениипроисходит смещение интерференционных полос относительно неподвижных фотоприемников 8 и 9 и их фотоэлектрический счет. Обработка фотоэлектрических токов может осуществляться хорошо известными средствами. Величина перемещения как и в обычном интерферометре будет равна произведению цены полосы (в нашем случае ) на числозарегистрированных полос. Для построения микролинзового измерительного растра использовались капиллярные световоды с внешним диаметром 730 мкм и внутренним диаметром 500 мкм с предварительно нанесенным на одну сторону зеркальным покрытием (А). После этого световоды укладывались на каркас и скреплялись с ним с помощью клея (компауд кремнийорганический КЛТ-30). Затем медным проводом диаметром п 0,3 мм выполнялась электрообмотка по вышеуказанной схеме, в которую подавался широтно-модулированный ток напряжением 30 В. Растр монтировался на подвижной однокоординатной каретке, имеющей аэростатическую подвеску, и контроль величины перемещения по линейному интерферометру 3. В качестве источника света применялся малогабаритный лазер ЛГН-207 А, коллиматор с коэффициентом увеличения 5 х. При перемещении каретки одновременно велся счет импульсов 1 с интерферометра (дискретность отсчета /8 ) и импульсов 2 с преобразователя на предложенной решетке. По достижении 110 перемещение прекращалось, фиксировалось 2 и вычислялось действительное значение д. Макетирование показало эффективность предложенной решетки, ее конкурентоспособность с известными растрами, решетками и интерферометрами. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3