Введение к работе
Актуальность проблемы. Эффективное управление в технических системах невозможно без точной информации о параметрах физических процессов, которые протекают в этих системах. Такую информацию получают посредством различных измерительных устройств, от качества работы которых изначально зависит эффективность управления в целом.
Дальнейшее повышение качества и надежности работы
машин и оборудования является одной из основных проблем
современного машиностроения. Эффективность систем
управления и контроля во многом определяет точность и
надежность функционирования всех видов
автоматизированного технологического оборудования:
станков с числовым програмньш управлением,
робототехнических комплексов и транспортных систем. При
этом метрологические требования контроля
автоматизированного оборудования обнаруживают тенденцию к увеличению числа параметров контроля, что приводит к созданию управляющих систем, качество которых во многом зависит от функциональных возможностей и точностных характеристик входящих в их состав измерительных систем.
Наиболее полно удовлетворяющие этим требованиям являются измерительные системы, работающие на принципах гетеродинной лазерной интерферометрии. Основы теории и принципы построения лазерных интерферометров с внешней модуляцией в нашей стране разрабатывались группой специалистов в Московском государственном технологическом университете СТАНКИН, Новосибирском институте автоматики и электрометрии, результатом которых был осуществлен " выпуск промышленных образцов лазерных интерферометров ИПЛ-10М.52, ИПЛ-ЗОК, ИПЛ-МП. За рубежом разработкой и выпуском лазерных интерферометров занимаются фирмы "Hewlett-Packard" (США), "Carl Zeiss" (Германия), "Метра Бланско" (Чехия) и т.д. При этом схема построения этих приборов зависит от типа имеющегося источника оптического излучения.
Система управления перемещениями рабочих органов станка требует несколько управляемых координат (до 5 4- 6 и более). При этом для функционирования системы управления необходима максимально допустимая скорость перемещения подвижных органов станка 20 * 25 м/мин. Используя лазерный интерферометр для формирования нескольких оптических каналов и в условиях ограниченного энергетического потенциала источника оптического излучения, особенно остро встает проблема повышения помехоустойчивости, поскольку значение этого параметра определяет уровень функциональных возможностей лазерных интерферометров.
Настоящая работа посвящена исследованию функциональных возможностей лазерных акустооптических интерферометров.
Цель работы. Разработка принципов построения лазерных акустооптических интерферометров с улучшенными функциональными возможностями.
Методы исследований. В работе использованы методы: Фурье-оптики, теории вероятностей и математической статистики, теории автоматического управления, теории пространственной фильтрации. При экспериментальных исследованиях применены метода и средства лазерной интерференции, акустооптики, пространственной фильтрации, фотоэлектрических преобразований, включая оптическое гетеродинирование, прецизионных линейных измерений, вычислительной техники^.
Научная нозизна работы заключается в следующем. . 1. Выявлена закономерность преобразование измерительных сигналов в лазерных акустооптических интерферометрах с частотной и пространственное фильтрацией световых пучков непосредственно до иг модуляции.
2. Определена зависимость показателе
помехоустойчивости сигналов управления от количеств* применяемых оптических каналов и конфигурации оптическоі схемы. Показано, что наибольшее отношение сигнал/шум пр* ограниченной мощности источника оптического излученш
доетигается при применении схемы с акустооптическим преобразованием оптических сигналов до модуляции их движением контролируемого объекта.
3. Показано, что наибольшую . помехоустойчивость в сочетании с повышенной разрешающей способностью обеспечивает схема обработки измерительной информации, основанная на системе фазовой автоподстройки частоты.
Практическая ценность работы.
1. Результаты работы позволяют реализовать принцип
построения лазерных акустсоптических интерферометров с
функциональными возможностями, определяемыми
соотношением сигнал/шум, равным 30 - 32. При этом число
формируемых оптических каналов от одного источника
увеличивается до 5 * б; максимально допустимая скорость
перемещения подвижного отражателя достигает 30 м/мин;
диапазон измеряемых перемещений равен 0 ^- 100 м.
2. Разработанная методика инженерного расчета
помехоустойчивости оптических схем позволяет на этапе
разработки рассчитать необходимое соотношение сигнала к
шуму в зависимости от количества применяемых оптических
каналов в схеме.
3. Разработанный принцип определения
пространственных реперных точек позволил реализовать
лазерный акустооптический интерферометр с повышенной
помехоустойчивостью результатов измерения.
Реализация результатов. Разработанная с участием автора акустооптическая система внедрена на Московском станкозаводе "Красный пролетарий" в качестве датчика обратной связи на станке для алмазного точения с ЧПУ, на инструментальном заводе "Измерон" г. Санкт-Петербурга в качестве опытного образца лазерного интерферометра для поверочного стенда индикаторов контакта, на Московском заводе шлифовальных станков "МСЗ" как лазерная измерительная система станка для алмазного шлифования субмикронной точности МШ-356.
Апробация работы. Основные положения и результаты
диссертационной работы докладывались на: научно-
технической конференции "Обеспечение точности
механической обработки в автоматизированном
производстве", г. Пенза, 1990г.; 8 Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", г. Москва, 1990 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок имеется 9 публикаций, получено 2 авторских свидетельства СССР, положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы 180 С, в том числе 107 с. основного текста, 45 с. таблиц и рисунков, список литературы из 121 наименования на 11 с, приложения на 17 с.
