Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
Первый метод цифрового кодирования был положен в основу построения голографических датчиков положения, размеров и формы объектов с корреляционной обработкой измерительной информации, а второй метод — в основу построения датчиков с голограммой кодовой маски. Рассмотрим более подробно принцип построения и функционирования этих датчиков.
Датчики с голограммой кодовой маски. Принцип работы этих датчиков основан на свойствах голограммы менять пространственное положение восстановленного изображения пропорционально перемещению восстанавливающего источника, которым служит световое пятно, создаваемое лазером на поверхности контролируемого объекта. На голограмме предварительно в процессе градуировки записывается изображение кодовой маски, представляющей собой транспарант с прозрачными и непрозрачными участками, расположенными в двоичном J кодовом порядке, причем прозрачные участки соответствуют значащим разрядам кода (рис. 35 а).
?????????? ? ????
? ? О C=ZD
3
?
а)
Рис. 35. Оптическая схема датчика положения с голограммой кодової маски (для случая диффузно отражающего объекта):
а — кодовая маска; б — оптическая схема датчика )
Отраженный от контролируемого объекта свет дифра-? гирует на элементах голограммы и восстанавливает Bf плоскости фотоэлементов изображение кодовой маски,! С помощью диафрагмы осуществляется выбор из набора кодов, содержащихся в изображении кодовой маски| одного кода числа, равного результату измерения. Приі изменении положения объекта изменяются также пространственные координаты светового пятна на его поверх^ ности и угол падения на голограмму восстанавливающей! световой волны, что приводит к смещению изображений кодовой маски в плоскости фотоэлементов. При ЭТОМ) диафрагма из набора кодов выделит код числа, соответст вующий новому положению объекта, фотоэлемент преобразуют световое изображение кода в его электрический аналог, обработка которого может осуществляться на ЭВМ.
Принцип работы датчика с голограммой кодовой маски применительно к объектам с преобладанием диффузной составляющей в отраженном свете можно пояснит с помощью рис. 35, б.
Контролируемый объект 1 освещается сфокусированным лучом лазера 2. На пути отраженного от объекта пучка света устанавливается голограмма 3 с предварительн записанным изображением кодовой маски. Число разрядов, дискретность, размеры кодовой маски определяются 90 необходимым диапазоном и точностью измерения, а также конкретными геометрическими соотношениями схемы записи и измерения. Горизонтальное перемещение объекта приводит к изменению положения отражающей поверхности по вертикали в месте падения луча лазера (объект показан в виде изогнутой полосы или листа).
Пространственное смещение светового пятна и изменение угла падения на голограмму отраженной световой волны вызывает пропорциональное смещение изображения кодовой маски в плоскости восстановления за голограммой. Таким образом, любому положению поверхности объекта соответствует свое положение кодовой маски в плоскости восстановления.
Для пространственной селекции изображения кода одного числа, равного результату измерения, датчик содержит щелевую диафрагму 4, а за диафрагмой — фотоприемники 5 (по числу разрядов кода), осуществляющие преобразование светового изображения кода в электрический сигнал. С выхода усилителей — формирователей 6 сигнал подается в электронные блоки для обработки.
Рассмотрим оптическую схему (см. рис. 36), поясняющую принцип работы датчика в случае измерения объектов с преобладанием зеркальной составляющей
Рис. 36. Схема, поясняющая принцип работы датчика положения с голограммой кодовой маски для случая зеркально отражающих объектов
91 в отраженном свете. Поверхность контролируемого объекта 1 освещается лучом лазера 2. Этот луч в конкретной схеме может быть либо сфокусирован в точку, либо трансформирован в узкую полоску, вытянутую поперек движения объекта. На пути отраженного от поверхности объекта устанавливают голограмму 3 с предварительна записанным на ней изображением кодовой маски. Для пространственной селекции изображения кода одного числа датчик содержит в плоскости восстановлений щелевую диафрагму 4. Благодаря особому свойству примененной в , схеме голограммы — высокой угловой селективности — максимальную яркость восстановленное изображение кодов будет иметь в случае восстановления1 голограммы светом, отраженным от центра вершины впадины волны. Преобразовав световые сигналы с помощы фотоприемников 5 в электрические и введя дополнительную селекцию по уровню сигнала, с выхода усилителей формирователей 6 снимем последовательный ряд зако« дированйых значений координат точек поверхності объекта, соответствующих только максимальному минимальному отклонениям формы объекта от заданно! базы.
Размеры голограммы в плоскости измерения А и плоскости, перпендикулярной плоскости измерения В определяются по следующим формулам:
A=Ab sin?, B=Ia tga,
где b — амплитуда полуволну; ? — угол падения осве щающего лазерного луча на поверхность об ьекта; а расстояние от объекта контроля в точке светового сечени до голограммы, a — максимальная крутизна поперечні волн в точке светового сечения (под точкой световог сечения понимается диаметр пучка света на поверхност объекта). Угол ? выбирают исходя из характеристи поверхности объекта, а величины а, а и b — исходя и заданных размеров датчика, условий работы и возможност съемки голограммы.
