eng
Выпуск #5/2023
Б.Г.Турухано, Н.Турухано, С.Н.Ханов, В.В.Добырн, Ю.М.Лавров, О.Г.Ермоленко
НАНОГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ДЛИНОМЕРЫ И ЛИНЕЙНЫЕ ДАТЧИКИ
НАНОГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ДЛИНОМЕРЫ И ЛИНЕЙНЫЕ ДАТЧИКИ
Просмотры: 583
DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.5.310.318
В этой статье авторы освещают современное состояние измерительной техники, при измерении линейных размеров объектов наногоризонтальными голографическими датчиками (ЛДГ) и нановертикальными длиномерами голографическими (НДГ) на базе линейных голографических дифракционных решеток (ЛГДР).
В этой статье авторы освещают современное состояние измерительной техники, при измерении линейных размеров объектов наногоризонтальными голографическими датчиками (ЛДГ) и нановертикальными длиномерами голографическими (НДГ) на базе линейных голографических дифракционных решеток (ЛГДР).
Теги: horizontal nano-holographic encoders linear holographic diffraction grating vertical nano-holographic length encoders вертикальный нанодлиномер голографический горизонтальный нано голографический датчик линейная голографическая дифракционная решетка
НАНОГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ДЛИНОМЕРЫ И ЛИНЕЙНЫЕ ДАТЧИКИ
Б.Г.Турухано1, заведующий ЛГИИС, заслуженный изобретатель РФ, ORCID: 0000-0002-6441-4259 / turukhano_bg@pnpi.nrcki.ru
Н.Турухано1, вед. науч. сотр., ORCID: 0000-0001-6983-5725
С.Н.Ханов1, вед. инженер-электронщик, ORCID: 0000-0001-5237-1725
В.В.Добырн1, ст. науч. сотр., ORCID: 0009-0004-4894-4112
Ю.М.Лавров1, науч. сотр., ORCID: 0000-0001-8890-9929
О.Г.Ермоленко1, вед. инженер-технолог, ORCID: 0000-0002-0460-0746
Аннотация. В этой статье авторы освещают современное состояние измерительной техники, при измерении линейных размеров объектов наногоризонтальными голографическими датчиками (ЛДГ) и нановертикальными длиномерами голографическими (НДГ) на базе линейных голографических дифракционных решеток (ЛГДР).
Ключевые слова: линейная голографическая дифракционная решетка, горизонтальный НАНО голографический датчик, вертикальный нанодлиномер голографический
Для цитирования: Б.Г. Турухано, Н. Турухано, С.Н. Ханов, В.В. Добырн, Ю.М. Лавров, О.Г. Ермоленко. Наноголографические длиномеры и линейные датчики. НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 5. С. 310–318. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.5.310.318
Received: 1.07.2023 | Accepted: 7.07.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.5.310.318
Original paper
NANOHOLOGRAPHIC LENGTH METERS AND LINEAR ENCODERS
B.G.Turukhano1, Head of LHIMS, Honored Inventor of RF, ORCID: 0000-0002-6441-4259 /
turukhano_bg@pnpi.nrcki.ru
N.Turukhano1, Leading Researcher, ORCID: 0000-0001-6983-5725
S.N.Khanov1, Leading Engineer Process Engineer, ORCID: 0000-0001-5237-1725
V.V.Dobyrn1, Senior Researcher, ORCID: 0009-0004-4894-4112
Yu.M.Lavrov1, Researcher, ORCID: 0000-0001-8890-9929
O.G.Ermolenko1, Leading electronics engineer, ORCID: 0000-0002-0460-0746
Аbstract. In this paper, the authors highlight the current state of measurement technology when measuring the linear dimensions of objects with nano-horizontal holographic encoders (LHE) and vertical nano-holographic length encoders (VEH) based on linear holographic diffraction gratings (LHDG).
Keywords: linear holographic diffraction grating, horizontal nano-holographic encoders, vertical nano-holographic length encoders
For citation: B.G. Turukhano, N. Turukhano, S.N. Khanov, V.V. Dobyrn, Yu.M. Lavrov, O.G. Ermolenko. Nanoholographic length meters and linear encoders. NANOINDUSTRY. 2023. V. 16, no. 5. PP. 310–318. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.5.310.318.
ВВЕДЕНИЕ
Человечеству на протяжении всего своего существования свойственна творческая деятельность, и это – благодаря своему огромному мозгу. Ученые считают, что человеческий мозг – самый объемистый объект во Вселенной. Причем человек поднимается как вверх во Вселенной, так и вниз, к своему началу. В этой статье мы коснемся второй части его деятельности, связанной с областью высоких технологий, а точнее – наноизмерительных систем линейных перемещений.
Если измерительные системы в 20 веке устойчиво достигли уровня микрона и приблизились к нанометру, то в 21 веке человеку определенно хочется достичь большего. В данном случае авторы этой статьи уже устойчиво достигли одного нанометра в своих разработках измерительных систем линейных перемещений.
Ранее один из методов, который ученые применяли для измерения геометрических параметров объектов – длины и угла, был метод с использованием штриховых шкал, полученных механическим путем, однако достичь на их базе величины меньше микрона было практически невозможно, особенно при больших длинах изучаемых объектов.
Создание в начале 60-х годов прошлого столетия когерентных источников излучения (лазеров) и, благодаря им, новой науки – голографии – открыло новые возможности для перехода от микро- к наносистемам.
Это позволило освоить новый бесконтактный способ записи линейных и радиальных голографических дифракционных решеток (ЛГДР и РГДР) с помощью интерференции когерентных волновых пучков [1]. Известно, что волны когерентны, если их разность фаз остается постоянной во времени. Только когерентные волны могут давать устойчивую интерференционную картину. Однако появилась необходимость, с одной стороны, получить решетки с высокой равномерностью расположения штрихов, а с другой стороны – записать решетки большой апертуры. Такие решетки были получены авторами данной статьи, которым удалось записать ЛГДР длиной 1 м 200 мм (рис.1а, b).
Для создания высокоточных ЛГДР больших длин до метра и более необходимо использовать метод синтеза апертуры голографического поля и соответствующее устройство для его реализации.
ОБОРУДОВАНИЕ
Метровые решетки с шагом 1 микрон были аттестованы во ВНИИМ им. Д.И.Менделеева. Сертификация метрологической линейной голографической дифракционной решетки МЛГДР с длиной L = 1000 мм (1988 г.) произведена на Государственном первичном эталоне длины ВНИИМ им. Д.И.Менделеева.
Линейные голографические дифракционные решетки (ЛГДР) необходимы для создания датчиков и систем измерения линейных размеров объектов [2]. С этой целью используется принцип измерения на базе фотоэлектрического сканирования штрихов ЛГДР.
Высокоточная линейная измерительная ЛГДР представляет собой стеклянную подложку с нанесенной на нее высокоразрешающей фотоэмульсией. На фотоэмульсии записывается изображение решетки в виде параллельных штрихов, синусоидального вида по интенсивности. Точность расположения штрихов имеет неравномерность, не превышающую 0,01 λ, где λ – длина волны лазерного излучателя установки для записи дифракционной решетки.
Линейные голографические датчики (ЛГД) представляют собой измерительные устройства на основе прецизионных линейных голографических дифракционных решеток.
Устройства ЛГД имеют в своей основе две прецизионные дифракционные решетки – измерительную (рис.2) и индикаторную (вспомогательную). Перемещая одну решетку относительно другой и просвечивая лазерным источником света, можно организовать считывание информации при измерении длины или величину перемещения. При просвечивании лазерным лучом одновременно двух скрещенных решеток образуются интерференционные картины: муаровые (рис.3) или обтюрационные полосы (рис.4), которые перемещаются по полю с шагом на одну полосу при смещении на один шаг решетки. Ширина интерференционной муаровой полосы зависит от угла скрещивания решеток, а ширина интерференционной обтюрационной полосы зависит от разницы в их периоде. Чем меньше угол скрещивания решеток или разницы в их периоде, тем шире муаровая или обтюрационная полоса. Таким образом можно зафиксировать перемещение решеток относительно друг друга фотоприемником с рабочей апертурой гораздо большей, чем шаг самой решетки. Фотоприемник представляет собой матрицу фотодиодов. Шаг решетки, выбранный в 1 мкм, удобен при счете шагов решетки. Тем не менее отдельных фотоприемников с такой входной апертурой очень немного. Для считывания информации необходимо поместить в поле интерференционных полос фотоприемник, к примеру, фотодиод и усилитель постоянного тока, на выходе которого мы получим синусоидальные сигналы (рис.5) в соответствии с перемещением решеток друг относительно друга.
Для определения направления движения решеток одной относительно другой, необходимо использовать два фотоприемника, сдвинутых по фазе полос [3]. С помощью формирователей можно получить прямоугольные сигналы, необходимые для работы счетчиков. Использование интерполяции данных в пределах одного шага приводит к повышению разрешения измерения не менее чем на два порядка.
Принципиальная схема считывающего устройства представлена на рис.6, где основная измерительная голографическая дифракционная решетка (ИзЛГДР):
на стеклянную подложку нанесена высокоразрешающая эмульсия, и на ней записана непосредственно сама решетка;
ее сдвиг влево на один шаг. Обе решетки расположены эмульсией друг к другу с малым зазором (80–100 мкм);
лазерный излучатель 3 совместно с оптическим объективом 5 образуют осветитель;
зеркало 4, позволяющее направить лазерный луч на решетках под углом Брэгга и далее на фотоприемник 6.
Элементы 2, 3, 4, 5 и 6 жестко скреплены между собой и образуют считывающую головку. Перемещая считывающую головку относительно основной измерительной решетки (1) или наоборот, основной ЛизмГДР – относительно считывающей головки, производится измерение перемещения. В реальных устройствах используется один из этих вариантов.
На выходе фотоматрицы мы получаем два сигнала, сдвинутых относительно друг друга на 90° по фазе интерференционных полос, которые позволяют производить как подсчет штрихов решетки, так и применять интерполяцию в пределах шага решетки. Блок электроники позволяет работать как в автономном режиме, так и вместе с компьютером, что позволяет измеренную информацию использовать для более сложных измерительных систем.
Обтюрационные полосы похожи на муаровые, но расположены параллельно относительно штрихов решетки.
Голографические длиномеры представляют собой измерительные устройства на основе прецизионных голографических дифракционных решеток (ГДР). Для создания высокоточных ГДР больших длин до метра и более необходимо использовать метод синтеза апертуры голографического поля и соответствующее устройство для его реализации.
Голографические длиномеры ДГ-30, ДГ-100
и ДГ-200 показаны на рис.7. Приборы предназначены для измерений в пределах соответственно 30, 100 и 200 мм с разрешением 0,01 мкм. Эти длиномеры разработаны и изготовлены Лабораторией голографических информационных измерительных систем (ЛГИИС) Петербургского института ядерной физики НИЦ "Курчатовский институт". Проверка и калибровка приборов по специальным "концевым мерам" может быть произведена как автономно, так и при подключении (онлайн) с персонального компьютера. На рис.8 изображен длиномер с пределом измерения 300 мм [4], с автоматическим режимом работы, с датчиком касания, построенным на дополнительной решетке, позволяющей определять с высокой точностью момент касания щупа к измеряемой детали. Щуп касания измерительного штока организован с помощью третьей миниатюрной решетки такой же частоты, как и основные счетные решетки. Щуп касания механически соединен с дополнительной решеткой (третьей) и при касании датчика с измеряемым объектом начинается движение вспомогательной решетки в противоположном к основной решетке направлении и счет этой дополнительной решетки вычитается из основного счета.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
В начале счета на вспомогательной решетке вырабатывается команда остановка приводного двигателя, таким образом, компенсируется "выбег" двигателя, а усилие щупа получается минимальным. Показания измерений фиксируются с помощью компьютера и записываются для дальнейшей обработки, после чего подается команда подъема измерительной решетки. Длина измерительных приборов естественно зависит от длины основной ЛизмГДР. Были изготовлены решетки длиной 300, 400, 500–1300 мм.
На рис.9 показан линейный голографический нанодатчик с длиной 500 мм [4–6].
На любой измерительной линейке есть "нуль отсчета" и все привязки измерений производятся от нуля. Для голографической линейки разработана метка ("0-метка", НМ).
НМ представляет собой одиночный, непрозрачный штрих (рис.10) вне зоны рабочей части измерительной дифракционной решетки. Съем информации производится с помощью четырех фотодиодов, расположенных последовательно вдоль направления перемещения головки считывания, объединенных в две группы по два фотодиода, соединенных встречно-параллельно и включенных дифференциальным способом на входы двух усилителей постоянного тока, что позволяет получить два сбалансированных сигнала, сдвинутых относительно друг друга и не зависящих от внешней засветки и синфазной помехи.
При прохождении тени от штриха на фотоматрице возникают сигналы, похожие на синусоидальные. Трехкоординатные измерения линейных объектов постоянно нуждаются в улучшениях. В первую очередь требуется повышение точности, далее уменьшение затрат времени на измерения, автоматизация измерений и оптимизация действий оператора.
Оснащение наноголографическими высокоточными датчиками и компьютеризация микроскопов существенно совершенствует их метрологические и эксплуатационные характеристики. 3D НАНО УИМ (рис.11) предназначено для прецизионных измерений трех координат в ортогональной системе с выводом результатов на компьютер.
Прибор оснащается высокоточными линейными датчиками на голографических дифракционных решетках. Точность измерений на таких модернизированных приборах увеличивается как минимум на порядок. 3-координатная измерительная машина представлена на рис.11. Программное обеспечение позволяет одновременно отслеживать три координаты (рис.12).
На рис.13 изображена 4-координатная автоматическая измерительная машина. Так как в данной машине для точного измерения по координате Х используются два датчика Y, расположенных по противоположным направляющим, по которым движется мост с измерительной решеткой по координате Y, а по данному мосту движется измерительная головка для измерения по координате Z. Две решетки по координате Y задействованы для компенсации изгиба моста, а точнее – для компенсации люфта одностороннего привода движения по Y и расчета точного положения измерительной головки по координате Х.
Стенд для проверки (тестирования) линейных голографических датчиков ЛДГ (рис.14) имеет возможность проверять одновременно три датчика. Платформа позволяет их перемещать одновременно, при этом один датчик использовать в качестве эталона и одновременно оцифровывать два других. Оцифрованные данные позволяют сразу же за один проход получить характеристики двух других в цифровом и графическом виде.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
Б.Г.Турухано1, заведующий ЛГИИС, заслуженный изобретатель РФ, ORCID: 0000-0002-6441-4259 / turukhano_bg@pnpi.nrcki.ru
Н.Турухано1, вед. науч. сотр., ORCID: 0000-0001-6983-5725
С.Н.Ханов1, вед. инженер-электронщик, ORCID: 0000-0001-5237-1725
В.В.Добырн1, ст. науч. сотр., ORCID: 0009-0004-4894-4112
Ю.М.Лавров1, науч. сотр., ORCID: 0000-0001-8890-9929
О.Г.Ермоленко1, вед. инженер-технолог, ORCID: 0000-0002-0460-0746
Аннотация. В этой статье авторы освещают современное состояние измерительной техники, при измерении линейных размеров объектов наногоризонтальными голографическими датчиками (ЛДГ) и нановертикальными длиномерами голографическими (НДГ) на базе линейных голографических дифракционных решеток (ЛГДР).
Ключевые слова: линейная голографическая дифракционная решетка, горизонтальный НАНО голографический датчик, вертикальный нанодлиномер голографический
Для цитирования: Б.Г. Турухано, Н. Турухано, С.Н. Ханов, В.В. Добырн, Ю.М. Лавров, О.Г. Ермоленко. Наноголографические длиномеры и линейные датчики. НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 5. С. 310–318. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.5.310.318
Received: 1.07.2023 | Accepted: 7.07.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.5.310.318
Original paper
NANOHOLOGRAPHIC LENGTH METERS AND LINEAR ENCODERS
B.G.Turukhano1, Head of LHIMS, Honored Inventor of RF, ORCID: 0000-0002-6441-4259 /
turukhano_bg@pnpi.nrcki.ru
N.Turukhano1, Leading Researcher, ORCID: 0000-0001-6983-5725
S.N.Khanov1, Leading Engineer Process Engineer, ORCID: 0000-0001-5237-1725
V.V.Dobyrn1, Senior Researcher, ORCID: 0009-0004-4894-4112
Yu.M.Lavrov1, Researcher, ORCID: 0000-0001-8890-9929
O.G.Ermolenko1, Leading electronics engineer, ORCID: 0000-0002-0460-0746
Аbstract. In this paper, the authors highlight the current state of measurement technology when measuring the linear dimensions of objects with nano-horizontal holographic encoders (LHE) and vertical nano-holographic length encoders (VEH) based on linear holographic diffraction gratings (LHDG).
Keywords: linear holographic diffraction grating, horizontal nano-holographic encoders, vertical nano-holographic length encoders
For citation: B.G. Turukhano, N. Turukhano, S.N. Khanov, V.V. Dobyrn, Yu.M. Lavrov, O.G. Ermolenko. Nanoholographic length meters and linear encoders. NANOINDUSTRY. 2023. V. 16, no. 5. PP. 310–318. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.5.310.318.
ВВЕДЕНИЕ
Человечеству на протяжении всего своего существования свойственна творческая деятельность, и это – благодаря своему огромному мозгу. Ученые считают, что человеческий мозг – самый объемистый объект во Вселенной. Причем человек поднимается как вверх во Вселенной, так и вниз, к своему началу. В этой статье мы коснемся второй части его деятельности, связанной с областью высоких технологий, а точнее – наноизмерительных систем линейных перемещений.
Если измерительные системы в 20 веке устойчиво достигли уровня микрона и приблизились к нанометру, то в 21 веке человеку определенно хочется достичь большего. В данном случае авторы этой статьи уже устойчиво достигли одного нанометра в своих разработках измерительных систем линейных перемещений.
Ранее один из методов, который ученые применяли для измерения геометрических параметров объектов – длины и угла, был метод с использованием штриховых шкал, полученных механическим путем, однако достичь на их базе величины меньше микрона было практически невозможно, особенно при больших длинах изучаемых объектов.
Создание в начале 60-х годов прошлого столетия когерентных источников излучения (лазеров) и, благодаря им, новой науки – голографии – открыло новые возможности для перехода от микро- к наносистемам.
Это позволило освоить новый бесконтактный способ записи линейных и радиальных голографических дифракционных решеток (ЛГДР и РГДР) с помощью интерференции когерентных волновых пучков [1]. Известно, что волны когерентны, если их разность фаз остается постоянной во времени. Только когерентные волны могут давать устойчивую интерференционную картину. Однако появилась необходимость, с одной стороны, получить решетки с высокой равномерностью расположения штрихов, а с другой стороны – записать решетки большой апертуры. Такие решетки были получены авторами данной статьи, которым удалось записать ЛГДР длиной 1 м 200 мм (рис.1а, b).
Для создания высокоточных ЛГДР больших длин до метра и более необходимо использовать метод синтеза апертуры голографического поля и соответствующее устройство для его реализации.
ОБОРУДОВАНИЕ
Метровые решетки с шагом 1 микрон были аттестованы во ВНИИМ им. Д.И.Менделеева. Сертификация метрологической линейной голографической дифракционной решетки МЛГДР с длиной L = 1000 мм (1988 г.) произведена на Государственном первичном эталоне длины ВНИИМ им. Д.И.Менделеева.
Линейные голографические дифракционные решетки (ЛГДР) необходимы для создания датчиков и систем измерения линейных размеров объектов [2]. С этой целью используется принцип измерения на базе фотоэлектрического сканирования штрихов ЛГДР.
Высокоточная линейная измерительная ЛГДР представляет собой стеклянную подложку с нанесенной на нее высокоразрешающей фотоэмульсией. На фотоэмульсии записывается изображение решетки в виде параллельных штрихов, синусоидального вида по интенсивности. Точность расположения штрихов имеет неравномерность, не превышающую 0,01 λ, где λ – длина волны лазерного излучателя установки для записи дифракционной решетки.
Линейные голографические датчики (ЛГД) представляют собой измерительные устройства на основе прецизионных линейных голографических дифракционных решеток.
Устройства ЛГД имеют в своей основе две прецизионные дифракционные решетки – измерительную (рис.2) и индикаторную (вспомогательную). Перемещая одну решетку относительно другой и просвечивая лазерным источником света, можно организовать считывание информации при измерении длины или величину перемещения. При просвечивании лазерным лучом одновременно двух скрещенных решеток образуются интерференционные картины: муаровые (рис.3) или обтюрационные полосы (рис.4), которые перемещаются по полю с шагом на одну полосу при смещении на один шаг решетки. Ширина интерференционной муаровой полосы зависит от угла скрещивания решеток, а ширина интерференционной обтюрационной полосы зависит от разницы в их периоде. Чем меньше угол скрещивания решеток или разницы в их периоде, тем шире муаровая или обтюрационная полоса. Таким образом можно зафиксировать перемещение решеток относительно друг друга фотоприемником с рабочей апертурой гораздо большей, чем шаг самой решетки. Фотоприемник представляет собой матрицу фотодиодов. Шаг решетки, выбранный в 1 мкм, удобен при счете шагов решетки. Тем не менее отдельных фотоприемников с такой входной апертурой очень немного. Для считывания информации необходимо поместить в поле интерференционных полос фотоприемник, к примеру, фотодиод и усилитель постоянного тока, на выходе которого мы получим синусоидальные сигналы (рис.5) в соответствии с перемещением решеток друг относительно друга.
Для определения направления движения решеток одной относительно другой, необходимо использовать два фотоприемника, сдвинутых по фазе полос [3]. С помощью формирователей можно получить прямоугольные сигналы, необходимые для работы счетчиков. Использование интерполяции данных в пределах одного шага приводит к повышению разрешения измерения не менее чем на два порядка.
Принципиальная схема считывающего устройства представлена на рис.6, где основная измерительная голографическая дифракционная решетка (ИзЛГДР):
на стеклянную подложку нанесена высокоразрешающая эмульсия, и на ней записана непосредственно сама решетка;
ее сдвиг влево на один шаг. Обе решетки расположены эмульсией друг к другу с малым зазором (80–100 мкм);
лазерный излучатель 3 совместно с оптическим объективом 5 образуют осветитель;
зеркало 4, позволяющее направить лазерный луч на решетках под углом Брэгга и далее на фотоприемник 6.
Элементы 2, 3, 4, 5 и 6 жестко скреплены между собой и образуют считывающую головку. Перемещая считывающую головку относительно основной измерительной решетки (1) или наоборот, основной ЛизмГДР – относительно считывающей головки, производится измерение перемещения. В реальных устройствах используется один из этих вариантов.
На выходе фотоматрицы мы получаем два сигнала, сдвинутых относительно друг друга на 90° по фазе интерференционных полос, которые позволяют производить как подсчет штрихов решетки, так и применять интерполяцию в пределах шага решетки. Блок электроники позволяет работать как в автономном режиме, так и вместе с компьютером, что позволяет измеренную информацию использовать для более сложных измерительных систем.
Обтюрационные полосы похожи на муаровые, но расположены параллельно относительно штрихов решетки.
Голографические длиномеры представляют собой измерительные устройства на основе прецизионных голографических дифракционных решеток (ГДР). Для создания высокоточных ГДР больших длин до метра и более необходимо использовать метод синтеза апертуры голографического поля и соответствующее устройство для его реализации.
Голографические длиномеры ДГ-30, ДГ-100
и ДГ-200 показаны на рис.7. Приборы предназначены для измерений в пределах соответственно 30, 100 и 200 мм с разрешением 0,01 мкм. Эти длиномеры разработаны и изготовлены Лабораторией голографических информационных измерительных систем (ЛГИИС) Петербургского института ядерной физики НИЦ "Курчатовский институт". Проверка и калибровка приборов по специальным "концевым мерам" может быть произведена как автономно, так и при подключении (онлайн) с персонального компьютера. На рис.8 изображен длиномер с пределом измерения 300 мм [4], с автоматическим режимом работы, с датчиком касания, построенным на дополнительной решетке, позволяющей определять с высокой точностью момент касания щупа к измеряемой детали. Щуп касания измерительного штока организован с помощью третьей миниатюрной решетки такой же частоты, как и основные счетные решетки. Щуп касания механически соединен с дополнительной решеткой (третьей) и при касании датчика с измеряемым объектом начинается движение вспомогательной решетки в противоположном к основной решетке направлении и счет этой дополнительной решетки вычитается из основного счета.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
В начале счета на вспомогательной решетке вырабатывается команда остановка приводного двигателя, таким образом, компенсируется "выбег" двигателя, а усилие щупа получается минимальным. Показания измерений фиксируются с помощью компьютера и записываются для дальнейшей обработки, после чего подается команда подъема измерительной решетки. Длина измерительных приборов естественно зависит от длины основной ЛизмГДР. Были изготовлены решетки длиной 300, 400, 500–1300 мм.
На рис.9 показан линейный голографический нанодатчик с длиной 500 мм [4–6].
На любой измерительной линейке есть "нуль отсчета" и все привязки измерений производятся от нуля. Для голографической линейки разработана метка ("0-метка", НМ).
НМ представляет собой одиночный, непрозрачный штрих (рис.10) вне зоны рабочей части измерительной дифракционной решетки. Съем информации производится с помощью четырех фотодиодов, расположенных последовательно вдоль направления перемещения головки считывания, объединенных в две группы по два фотодиода, соединенных встречно-параллельно и включенных дифференциальным способом на входы двух усилителей постоянного тока, что позволяет получить два сбалансированных сигнала, сдвинутых относительно друг друга и не зависящих от внешней засветки и синфазной помехи.
При прохождении тени от штриха на фотоматрице возникают сигналы, похожие на синусоидальные. Трехкоординатные измерения линейных объектов постоянно нуждаются в улучшениях. В первую очередь требуется повышение точности, далее уменьшение затрат времени на измерения, автоматизация измерений и оптимизация действий оператора.
Оснащение наноголографическими высокоточными датчиками и компьютеризация микроскопов существенно совершенствует их метрологические и эксплуатационные характеристики. 3D НАНО УИМ (рис.11) предназначено для прецизионных измерений трех координат в ортогональной системе с выводом результатов на компьютер.
Прибор оснащается высокоточными линейными датчиками на голографических дифракционных решетках. Точность измерений на таких модернизированных приборах увеличивается как минимум на порядок. 3-координатная измерительная машина представлена на рис.11. Программное обеспечение позволяет одновременно отслеживать три координаты (рис.12).
На рис.13 изображена 4-координатная автоматическая измерительная машина. Так как в данной машине для точного измерения по координате Х используются два датчика Y, расположенных по противоположным направляющим, по которым движется мост с измерительной решеткой по координате Y, а по данному мосту движется измерительная головка для измерения по координате Z. Две решетки по координате Y задействованы для компенсации изгиба моста, а точнее – для компенсации люфта одностороннего привода движения по Y и расчета точного положения измерительной головки по координате Х.
Стенд для проверки (тестирования) линейных голографических датчиков ЛДГ (рис.14) имеет возможность проверять одновременно три датчика. Платформа позволяет их перемещать одновременно, при этом один датчик использовать в качестве эталона и одновременно оцифровывать два других. Оцифрованные данные позволяют сразу же за один проход получить характеристики двух других в цифровом и графическом виде.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
Отзывы читателей
