Муаровый интерферометр
Cтраница 1
Муаровый интерферометр с решетками описанного типа широко применяется в автоматических устройствах, связанных с точными измерениями линейных и угловых перемещений. На этой основе созданы делительные машины с интерференционным управлением для изготовления дифракционных решеток, универсальные измерительные микроскопы с цифровым отсчетом, компараторы, длиномеры, генераторы изображения и фотоповторители для изготовления фотошаблонов микроэлектронных схем, стереокомпараторы для измерения координат, приборы для гамма-резонансного анализа и ряд других точных измерительных устройств. Часть этих приборов выпускается серийно. [1]
В муаровом интерферометре полосы наблюдаются в некотором интервале длин волн сплошного спектра. Цена интерференционной полосы не связана прямо с длиной волны, а определяется величинами постоянных применяемой пары решеток. Это дает возможность использовать в качестве источника излучения лампу накаливания и тем самым облегчает создание измерительных устройств. Вместе с тем, поскольку интерферирующие пучки проходят в пространстве между решетками по очень близким путям, их оптическая разность хода во много раз меньше, чем в интерферометре Майкельсона, и не зависит от перемещения решеток. По указанным причинам муаровый интерферометр совершенно нечувствителен к изменению давления и менее чувствителен к температурным изменениям и механическим колебаниям. Контрастность полос в принципе постоянна во всем интервале перемещения. Высокая точность измерения с помощью муарового интерферометра достигается за счет усреднения местных и периодических ошибок деления измерительных решеток. В этом отношении данный метод сходен с методом измерения при помощи винта, где ошибки резьбы устраняются благодаря применению относительно длинной гайки. В отличие от винта усреднение проводится по очень большому числу штрихов решетки при отсутствии механического воздействия на измерительную систему. [2]
 |
Интерферограмма фронта дифрагированной волны опытной дифракционной решетки 200 штр / мм в восьмом порядке. [3] |
Управляющие устройства с муаровым интерферометром применяются во всех отечественных делительных машинах. Этот размер ограничивается конструкцией делительной машины, а не возможностями метода управления. По точности деления дифракционные решетки, изготовленные с применением управляющих устройств, построенных как на основе интерферометра Майкельсона, так и муарового интерферометра, примерно эквивалентны. [4]
Управляющая система, кроме муарового интерферометра, включает в себя фотоприемник с блоком обработки сигнала, счетчик полос и электромагнитную муфту, которая является элементом кинематической цепи между винтом и главным валом машины. Периодические изменения светового потока, возникающие при перемещении муаровых полос, преобразуются в электронном блоке в элект-трические импульсы, которые подсчитываются счетчиком. После прохождения заданного числа полос счетчик выключает электромагнитную муфту, прерывая тем самым движение каретки подачи. Далее алмазный резец наносит очередной штрих решетки на неподвижную заготовку. В конце этого процесса фотоэлектрическое устройство, связанное с главным валом машины, включает электромагнитную муфту и тем самым дает начало следующему циклу работы машины. [5]
Спектральный диапазон работы прозрачных решеток ограничен областью пропускания материала подложки. Они применяются главным образом в виде копий лишь в очень специальных приборах, например для исследования звезд, в спектрографах с очень малым уровнем рассеянного света, для учебных целей, а также в муаровых интерферометрах для измерения линейных перемещений. Прозрачные решетки имеют обычно от 100 до 600 штр / мм. [6]
За рубежом машины такого типа строятся на основе интерферометра Майкельсона. В Советском Союзе та же задача решена с применением муарового интерферометра с дифракционными решетками. К настоящему времени делительные машины с интерференционным управлением практически полностью вытеснили чисто механические. [7]
 |
Интерферограмма фронта дифрагированной волны опытной дифракционной решетки 200 штр / мм в восьмом порядке. [8] |
Отсутствие колебаний полосы в правой части интерферог-раммы говорит о том, что следящая система полностью устранила периодическую ошибку. Величина постоянной на двух частях решетки различна, о чем свидетельствует различие наклонов полос. Это объясняется различием величин постоянных, задаваемых винтом и муаровым интерферометром. [9]
 |
Интерферограмма фронта дифрагированной волны опытной дифракционной решетки 200 штр / мм в восьмом порядке. [10] |
Управляющие устройства с муаровым интерферометром применяются во всех отечественных делительных машинах. Этот размер ограничивается конструкцией делительной машины, а не возможностями метода управления. По точности деления дифракционные решетки, изготовленные с применением управляющих устройств, построенных как на основе интерферометра Майкельсона, так и муарового интерферометра, примерно эквивалентны. [11]
В муаровом интерферометре полосы наблюдаются в некотором интервале длин волн сплошного спектра. Цена интерференционной полосы не связана прямо с длиной волны, а определяется величинами постоянных применяемой пары решеток. Это дает возможность использовать в качестве источника излучения лампу накаливания и тем самым облегчает создание измерительных устройств. Вместе с тем, поскольку интерферирующие пучки проходят в пространстве между решетками по очень близким путям, их оптическая разность хода во много раз меньше, чем в интерферометре Майкельсона, и не зависит от перемещения решеток. По указанным причинам муаровый интерферометр совершенно нечувствителен к изменению давления и менее чувствителен к температурным изменениям и механическим колебаниям. Контрастность полос в принципе постоянна во всем интервале перемещения. Высокая точность измерения с помощью муарового интерферометра достигается за счет усреднения местных и периодических ошибок деления измерительных решеток. В этом отношении данный метод сходен с методом измерения при помощи винта, где ошибки резьбы устраняются благодаря применению относительно длинной гайки. В отличие от винта усреднение проводится по очень большому числу штрихов решетки при отсутствии механического воздействия на измерительную систему. [12]
Тепловое расширение деталей машины при колебаниях их температуры может вызвать ошибки постоянной решетки и соответственно дефекты спектральных линий. Возникновение такой нестабильности необходимо предупреждать как при создании машины, так и в процессе ее эксплуатации. С этой точки зрения при конструировании машины очень важен выбор схемы расположения отсчетных элементов управляющей системы с тем, чтобы по возможности уменьшить расстояние между точкой отсчета перемещения заготовки и резцом. Необходимо также, чтобы ветви отсчетной цепи от точки отсчета до резца и от той же точки до наносимого штриха были выполнены из однородных материалов, а конструкция обеспечивала правильное базирование деталей. В машинах с интерференционным управлением подвижное зеркало интерферометра Майкельсона или решетка-индекс муарового интерферометра по необходимости расположены на значительном расстоянии от места нанесения штриха, достигающем в больших машинах 700 мм. Машины этого типа более чувствительны к изменению температуры, чем чисто механические. [13]
В этом смысле он эквивалентен схеме управления, представленной на рис. 21, но существенно отличается от нее по техническому выполнению. В трехканальном регистрирующем устройстве сигналы от полос преобразуются в электрические, эквивалентные по параметрам напряжениям трехфазного сельсина, и подаются на сельсин-приемник. Последний связан с главным валом машины и служит элементом сравнения контролируемых перемещений. Угол поворота главного вала определяет положение алмазного резца в каждом цикле работы машины. Сигнал, возникающий при нарушении синхронизма, используется для управления работой мотора-корректора, который изменяет скорость движения каретки подачи и приводит систему в согласованное положение. Следовательно, в данной схеме муаровый интерферометр совместно с электронным блоком выполняет такую же функцию, как сельсин-датчик в распространенных следящих системах с сельсинами. [14]
В муаровом интерферометре полосы наблюдаются в некотором интервале длин волн сплошного спектра. Цена интерференционной полосы не связана прямо с длиной волны, а определяется величинами постоянных применяемой пары решеток. Это дает возможность использовать в качестве источника излучения лампу накаливания и тем самым облегчает создание измерительных устройств. Вместе с тем, поскольку интерферирующие пучки проходят в пространстве между решетками по очень близким путям, их оптическая разность хода во много раз меньше, чем в интерферометре Майкельсона, и не зависит от перемещения решеток. По указанным причинам муаровый интерферометр совершенно нечувствителен к изменению давления и менее чувствителен к температурным изменениям и механическим колебаниям. Контрастность полос в принципе постоянна во всем интервале перемещения. Высокая точность измерения с помощью муарового интерферометра достигается за счет усреднения местных и периодических ошибок деления измерительных решеток. В этом отношении данный метод сходен с методом измерения при помощи винта, где ошибки резьбы устраняются благодаря применению относительно длинной гайки. В отличие от винта усреднение проводится по очень большому числу штрихов решетки при отсутствии механического воздействия на измерительную систему. [15]
Страницы: 1