eng
Выпуск #2/2023
Б.Г.Турухано, Н.Турухано, Ю.М.Лавров, О.Г.Ермоленко, С.Н.Ханов
АТТЕСТАЦИЯ НАНОЛИНЕЙНОГО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ДАТЧИКА НИ ЛДГ (РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ) И ДАТЧИКА AT715 (ЯПОНИЯ)
АТТЕСТАЦИЯ НАНОЛИНЕЙНОГО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ДАТЧИКА НИ ЛДГ (РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ) И ДАТЧИКА AT715 (ЯПОНИЯ)
Просмотры: 746
DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.2.152.158
Наноизмерительный линейный датчик голографический (НИ ЛДГ) и AT715 представляют собой высокоточные измерительные устройства перемещений и длин. Измерительным элементом НИ ЛДГ является линейная голографическая дифракционная решетка. Линейная шкала AT715 работает по принципу электромагнитной индукции. Датчики НИ ЛДГ и AT715 имеют рабочий диапазон более 1000 мм.
Наноизмерительный линейный датчик голографический (НИ ЛДГ) и AT715 представляют собой высокоточные измерительные устройства перемещений и длин. Измерительным элементом НИ ЛДГ является линейная голографическая дифракционная решетка. Линейная шкала AT715 работает по принципу электромагнитной индукции. Датчики НИ ЛДГ и AT715 имеют рабочий диапазон более 1000 мм.
Теги: linear holographic diffraction grating nano-measuring linear holographic encoder линейная голографическая дифракционная решетка наноизмерительный линейный датчик голографический
Получено: 13.02.2023 г. | Принято: 20.02.2023 г. | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.2.152.158
Научная статья
АТТЕСТАЦИЯ НАНОЛИНЕЙНОГО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ДАТЧИКА НИ ЛДГ (РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ) И ДАТЧИКА AT715 (ЯПОНИЯ)
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
Ю.М.Лавров1, науч. сотр., ORCID: 0000-0001-8890-9929
О.Г.Ермоленко1, вед. инженер-технолог, ORCID: 0000-0002-0460-0746
С.Н.Ханов1, вед. инженер-электронщик, ORCID: 0000-0001-5237-1725
Аннотация. Наноизмерительный линейный датчик голографический (НИ ЛДГ) и AT715 представляют собой высокоточные измерительные устройства перемещений и длин. Измерительным элементом НИ ЛДГ является линейная голографическая дифракционная решетка. Линейная шкала AT715 работает по принципу электромагнитной индукции. Датчики НИ ЛДГ и AT715 имеют рабочий диапазон более 1000 мм.
Ключевые слова: Наноизмерительный линейный датчик голографический, линейная голографическая дифракционная решетка
Для цитирования: Б.Г. Турухано, Н. Турухано, Ю.М. Лавров, О.Г. Ермоленко, С.Н. Ханов. Аттестация нанолинейного голографического датчика НИ ЛДГ (Российская Федерация) и датчика AT715 (Япония). НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 2. С. 152–158. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.2.152.158
Received: 13.02.2023 | Accepted: 20.02.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.2.152.158
Original paper
CERTIFICATION OF NM LHE NANO-LINEAR HOLOGRAPHIC SENSOR (RUSSIAN FEDERATION) AND AT715 SENSOR (JAPAN)
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
Yu.M.Lavrov1, Researcher, ORCID: 0000-0001-8890-9929
O.G.Ermolenko1, Leading electronics engineer, ORCID: 0000-0002-0460-0746
S.N.Khanov1, Leading Engineer Process Engineer, ORCID: 0000-0001-5237-1725
Abstract. Nano-measuring linear holographic encoder (NM LHE) and AT715 sensor are high-precision displacement and length measurement devices. The measuring element of the NM LHE is a linear holographic diffraction grating. The AT715 linear scale operates on the base of electromagnetic induction. The NM LHE and AT715 sensors have an operating range of more than 1000 mm.
Keywords: nano-measuring linear holographic encoder, linear holographic diffraction grating
For citation: B.G. Turukhano, N. Turukhano, Yu.M. Lavrov, O.G. Ermolenko, S.N. Khanov. Certification of NM LHE nano-linear holographic sensor (Russian Federation) and AT715 sensor (Japan). NANOINDUSTRY. 2023. V. 16, no. 2. PP. 152–158. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.2.152.158.
НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКОВ НИ ЛДГ 500
Датчики НИ ЛДГ 500 (рис.1) представляют собой высокоточные наноизмерительные устройства, измерительными элементами которых являются высокочастотные линейные голографические дифракционные решетки (ЛГДР), и предназначены для прецизионных координатных измерений в системе управления измеряемого изделия.
В этой статье сравниваются технические характеристики линейных голографических датчиков двух типов (табл.1).
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКОВ НИ ЛДГ 500 на длину 500 мм
Датчики НИ ЛДГ 500 состоят из:
оптико-механической части (ОМ);
электронной части (рис.2);
лазерного модуля:
напряжение питания лазерного модуля (В, не менее) 3,0;
температура окружающей среды, ˚С: (20 ± 5).
Принцип работы датчиков НИ ЛДГ 500
Принцип работы датчиков НИ ЛДГ основан на следующем физическом явлении: фаза волнового фронта когерентного пучка света, дифрагированного на измерительной голографической решетке, линейно и синхронно изменяется в такт со смещением решетки вдоль направления перемещения устройства.
При работе датчика этот физический принцип реализуется следующим образом (рис.2): коллимированный световой поток 1 от лазера падает на измерительную 3 и индикаторную 4, установленную за ней, решетки.
После первой решетки выделим два луча: луч 5, прошедший без дифракции и идущий по направлению падающего луча, и дифрагированный луч 6, идущий под углом к падающему. Дифрагированный луч изменяет фазу своего волнового фронта линейно с величиной смещения измерительной решетки, а луч, идущий по направлению падающего пучка, не меняет свою фазу. С помощью индикаторной и измерительной решетки эти два пучка вновь приводятся к одному направлению. В результате на выходе образуются два совмещенных пучка, идущих в двух направлениях. В результате интерференции этих двух пучков образуются широкие интерференционные муаровые или обтюрационные полосы (рис.4а, b), положение которых меняется синхронно в такт с перемещением измерительной решетки. Фотоприемники преобразуют интенсивность интерференционных полос в синусоидальные электрические сигналы с пространственным периодом, соответствующим шагу измерительной решетки.
Для достижения разрешения вплоть до 0,01 мкм используется электронная интерполяция высококачественных выходных синусоидальных сигналов. Для учета направления смещения решетки (реверса) организуются две системы выходных сигналов, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 90°. В дальнейшем эти сигналы анализируются и обрабатываются в электронном блоке управления для определения линейного размера объекта или направления и величины перемещения решетки.
С целью реализации всех преимуществ голографической отсчетной системы используется специальный механизм перемещения:
направляющая состоит из стеклянной подложки голографической решетки и стеклянной подложки, приклеенной к торцу первой по особой технологии;
каретка перемещается на подшипниках.
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКОВ
На установке аттестации (УА) Лаборатории голографических информационных измерительных систем (ЛГИИС НИЦ "КИ" ПИЯФ) (рис.5) были последовательно расположены линейный датчик голографический ЛГИИС – ЛДГ длиной 500 мм и линейный датчик – ЛЭМ длиной 1000 мм. Датчик ЛЭМ был использован в научных исследованиях и разработках ПИЯФ на Большом адронном коллайдере (БАК) в Швейцарии. Аттестация ЛЭМ проводилась на длине L = 500 мм. Отметим, что, согласно аттестации ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, точность ЛДГ определяется формулой:
Δ ЛДГ = ± (0,02 + 0,4L) мкм, (1)
где L выражена в метрах. Поэтому погрешность датчика ЛДГ на длине 500 мм не превосходит величину:
Δ ЛДГ = ± 0,2 мкм. (2)
В табл.1 приведены характеристики ЛДГ длиной 500 мм (первая колонка) и датчика ЛЭМ длиной 1000 мм (вторая колонка). График и диаграммы разностных значений (ЛДГ длиной 500 мм и ЛЭМ длиной 1 м) приведены на рис.6 и 7а, b, c.
Из анализа данных графика и диаграмм (рис.7а, b, c) следует, что по мере увеличения измеряемой длины разностные значения увеличиваются и не превосходят указанную величину ΔЛЭМ (3). В связи с тем, что ЛЭМ имеет минимальное разрешение 1,0 мкм, а НИ ЛДГ 500 – 0,01 мкм, текущие значения величины длины ЛДГ в пределах ± 1,0 мкм не фиксируются.
Исходя из вышеизложенного, формулу точности ЛЭМ можно записать в виде:
ΔЛЭм = ± (2,0 ± 1,0 L) мкм. (3)
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.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Турухано Б.Г., Турухано Н. Датчик линейных перемещений. Патент РФ № 2197713 от 27.01.2000 г.
Турухано Б.Г., Турухано И.А., Турухано Н. Датчик линейных перемещений (ПИЯФ). Патент на полезную модель № 201730, 29 декабря 2020 г.
Научная статья
АТТЕСТАЦИЯ НАНОЛИНЕЙНОГО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ДАТЧИКА НИ ЛДГ (РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ) И ДАТЧИКА AT715 (ЯПОНИЯ)
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
Ю.М.Лавров1, науч. сотр., ORCID: 0000-0001-8890-9929
О.Г.Ермоленко1, вед. инженер-технолог, ORCID: 0000-0002-0460-0746
С.Н.Ханов1, вед. инженер-электронщик, ORCID: 0000-0001-5237-1725
Аннотация. Наноизмерительный линейный датчик голографический (НИ ЛДГ) и AT715 представляют собой высокоточные измерительные устройства перемещений и длин. Измерительным элементом НИ ЛДГ является линейная голографическая дифракционная решетка. Линейная шкала AT715 работает по принципу электромагнитной индукции. Датчики НИ ЛДГ и AT715 имеют рабочий диапазон более 1000 мм.
Ключевые слова: Наноизмерительный линейный датчик голографический, линейная голографическая дифракционная решетка
Для цитирования: Б.Г. Турухано, Н. Турухано, Ю.М. Лавров, О.Г. Ермоленко, С.Н. Ханов. Аттестация нанолинейного голографического датчика НИ ЛДГ (Российская Федерация) и датчика AT715 (Япония). НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 2. С. 152–158. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.2.152.158
Received: 13.02.2023 | Accepted: 20.02.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.2.152.158
Original paper
CERTIFICATION OF NM LHE NANO-LINEAR HOLOGRAPHIC SENSOR (RUSSIAN FEDERATION) AND AT715 SENSOR (JAPAN)
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
Yu.M.Lavrov1, Researcher, ORCID: 0000-0001-8890-9929
O.G.Ermolenko1, Leading electronics engineer, ORCID: 0000-0002-0460-0746
S.N.Khanov1, Leading Engineer Process Engineer, ORCID: 0000-0001-5237-1725
Abstract. Nano-measuring linear holographic encoder (NM LHE) and AT715 sensor are high-precision displacement and length measurement devices. The measuring element of the NM LHE is a linear holographic diffraction grating. The AT715 linear scale operates on the base of electromagnetic induction. The NM LHE and AT715 sensors have an operating range of more than 1000 mm.
Keywords: nano-measuring linear holographic encoder, linear holographic diffraction grating
For citation: B.G. Turukhano, N. Turukhano, Yu.M. Lavrov, O.G. Ermolenko, S.N. Khanov. Certification of NM LHE nano-linear holographic sensor (Russian Federation) and AT715 sensor (Japan). NANOINDUSTRY. 2023. V. 16, no. 2. PP. 152–158. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.2.152.158.
НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКОВ НИ ЛДГ 500
Датчики НИ ЛДГ 500 (рис.1) представляют собой высокоточные наноизмерительные устройства, измерительными элементами которых являются высокочастотные линейные голографические дифракционные решетки (ЛГДР), и предназначены для прецизионных координатных измерений в системе управления измеряемого изделия.
В этой статье сравниваются технические характеристики линейных голографических датчиков двух типов (табл.1).
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКОВ НИ ЛДГ 500 на длину 500 мм
Датчики НИ ЛДГ 500 состоят из:
оптико-механической части (ОМ);
электронной части (рис.2);
лазерного модуля:
напряжение питания лазерного модуля (В, не менее) 3,0;
температура окружающей среды, ˚С: (20 ± 5).
Принцип работы датчиков НИ ЛДГ 500
Принцип работы датчиков НИ ЛДГ основан на следующем физическом явлении: фаза волнового фронта когерентного пучка света, дифрагированного на измерительной голографической решетке, линейно и синхронно изменяется в такт со смещением решетки вдоль направления перемещения устройства.
При работе датчика этот физический принцип реализуется следующим образом (рис.2): коллимированный световой поток 1 от лазера падает на измерительную 3 и индикаторную 4, установленную за ней, решетки.
После первой решетки выделим два луча: луч 5, прошедший без дифракции и идущий по направлению падающего луча, и дифрагированный луч 6, идущий под углом к падающему. Дифрагированный луч изменяет фазу своего волнового фронта линейно с величиной смещения измерительной решетки, а луч, идущий по направлению падающего пучка, не меняет свою фазу. С помощью индикаторной и измерительной решетки эти два пучка вновь приводятся к одному направлению. В результате на выходе образуются два совмещенных пучка, идущих в двух направлениях. В результате интерференции этих двух пучков образуются широкие интерференционные муаровые или обтюрационные полосы (рис.4а, b), положение которых меняется синхронно в такт с перемещением измерительной решетки. Фотоприемники преобразуют интенсивность интерференционных полос в синусоидальные электрические сигналы с пространственным периодом, соответствующим шагу измерительной решетки.
Для достижения разрешения вплоть до 0,01 мкм используется электронная интерполяция высококачественных выходных синусоидальных сигналов. Для учета направления смещения решетки (реверса) организуются две системы выходных сигналов, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 90°. В дальнейшем эти сигналы анализируются и обрабатываются в электронном блоке управления для определения линейного размера объекта или направления и величины перемещения решетки.
С целью реализации всех преимуществ голографической отсчетной системы используется специальный механизм перемещения:
направляющая состоит из стеклянной подложки голографической решетки и стеклянной подложки, приклеенной к торцу первой по особой технологии;
каретка перемещается на подшипниках.
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКОВ
На установке аттестации (УА) Лаборатории голографических информационных измерительных систем (ЛГИИС НИЦ "КИ" ПИЯФ) (рис.5) были последовательно расположены линейный датчик голографический ЛГИИС – ЛДГ длиной 500 мм и линейный датчик – ЛЭМ длиной 1000 мм. Датчик ЛЭМ был использован в научных исследованиях и разработках ПИЯФ на Большом адронном коллайдере (БАК) в Швейцарии. Аттестация ЛЭМ проводилась на длине L = 500 мм. Отметим, что, согласно аттестации ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, точность ЛДГ определяется формулой:
Δ ЛДГ = ± (0,02 + 0,4L) мкм, (1)
где L выражена в метрах. Поэтому погрешность датчика ЛДГ на длине 500 мм не превосходит величину:
Δ ЛДГ = ± 0,2 мкм. (2)
В табл.1 приведены характеристики ЛДГ длиной 500 мм (первая колонка) и датчика ЛЭМ длиной 1000 мм (вторая колонка). График и диаграммы разностных значений (ЛДГ длиной 500 мм и ЛЭМ длиной 1 м) приведены на рис.6 и 7а, b, c.
Из анализа данных графика и диаграмм (рис.7а, b, c) следует, что по мере увеличения измеряемой длины разностные значения увеличиваются и не превосходят указанную величину ΔЛЭМ (3). В связи с тем, что ЛЭМ имеет минимальное разрешение 1,0 мкм, а НИ ЛДГ 500 – 0,01 мкм, текущие значения величины длины ЛДГ в пределах ± 1,0 мкм не фиксируются.
Исходя из вышеизложенного, формулу точности ЛЭМ можно записать в виде:
ΔЛЭм = ± (2,0 ± 1,0 L) мкм. (3)
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.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Турухано Б.Г., Турухано Н. Датчик линейных перемещений. Патент РФ № 2197713 от 27.01.2000 г.
Турухано Б.Г., Турухано И.А., Турухано Н. Датчик линейных перемещений (ПИЯФ). Патент на полезную модель № 201730, 29 декабря 2020 г.
Отзывы читателей
