Устройство контроля позиционирования образца

Полезная модель относится к технике и оптике и может быть использована в системах позиционирования образцов в промышленности, а также при проведении микроскопических исследований.
В качестве прототипа выбрано устройство позиционирования образца (пат. России на полезную модель №201310, от 09.12.2020, бюл. №34, МПК G02B 21/26), которое включает подвижную часть, содержит устройство перемещения, первую фотоприемную матрицу, вторую фотоприемную матрицу, третью фотоприемную матрицу, первый лазер, второй лазер, третий лазер, устройство управления, первый формирователь оптического вихря, второй формирователь оптического вихря, третий формирователь оптического вихря, первый интерферометр, второй интерферометр, третий интерферометр, индикатор, причем устройство управления соединено с первым лазером, вторым лазером, третьим лазером, первым формирователем оптического вихря, вторым формирователем оптического вихря, третьим формирователем оптического вихря, первой фотоприемной матрицей, второй фотоприемной матрицей, третьей фотоприемной матрицей, устройством перемещения, индикатором, излучение первого лазера передается на первый формирователь оптического вихря и первый интерферометр, излучение второго лазера передается на второй формирователь оптического вихря и второй интерферометр, излучение третьего лазера передается на третий формирователь оптического вихря и третий интерферометр, устройство перемещения подсоединено к подвижной части, образец располагается на подвижной части.
Недостатки данного устройства: возможность контроля перемещений только образцов с гладкой отражающей поверхностью.
В основу полезной модели поставлена задача расширить функциональные возможности устройства за счет обеспечения возможности контроля перемещений образцов с отражающей и неотражающей поверхностью за счет введения дополнительных конструктивных элементов.
Задача решается тем, что устройство контроля позиционирования образца, включающее индикатор, устройство управления, лазер, фотоприемную матрицу, дополнительно содержит два фокусирующих устройства, два привода фокусирующих устройств, причем устройство управления соединено с индикатором, лазером, фотоприемной матрицей, приводами фокусирующих устройств, привод первого фокусирующего устройства соединен с первым фокусирующим устройством, привод второго фокусирующего устройства соединен со вторым фокусирующим устройством, излучение от лазера передается на первое фокусирующее устройство, первое фокусирующее устройство передает излучение на образец, излучение с образца передается на второе фокусирующее устройство, со второго фокусирующего устройства излучение передается на фотоприемную матрицу.
Общими с прототипом признаками технического решения являются:
- индикатор;
- лазер;
- фотоприемная матрица;
- устройство управления.
Отличительными признаками технического решения являются:
- первое фокусирующее устройство;
- второе фокусирующее устройство.
- привод первого фокусирующего устройства;
- привод второго фокусирующего устройства.
Совокупность существенных признаков обеспечивает возможность контроля перемещений образцов с отражающей и неотражающей поверхностью за счет введения дополнительных конструктивных элементов.
Сущность технического решения поясняет схема устройства контроля позиционирования образца на фиг. 1.
Устройство контроля позиционирования образца содержит индикатор 1, лазер 2, первое фокусирующее устройство 3, привод первого фокусирующего устройства 4, устройство управления 5, фотоприемную матрицу 6, второе фокусирующее устройство 7, привод второго фокусирующего устройства 8, причем устройство управления 5 соединено с индикатором 1, лазером 2, фотоприемной матрицей 6, приводом первого фокусирующего устройства 4, приводом второго фокусирующего устройства 8, привод первого фокусирующего устройства 4 соединен с первым фокусирующим устройством 3, привод второго фокусирующего устройства 8 соединен со вторым фокусирующим устройством 7, излучение от лазера 2 передается на первое фокусирующее устройство 3, первое фокусирующее устройство 3 передает излучение на образец, излучение с образца передается на второе фокусирующее устройство 7, со второго фокусирующего устройства 7 излучение передается на фотоприемную матрицу 6.
Устройство контроля позиционирования образца работает следующим образом. Образец позиционируется и фиксируется на месте. Устройство управления 5 подает сигнал включения лазера 2. При этом излучение лазера 2 передается на первое фокусирующее устройство 3. Первое фокусирующее устройство 3 передает излучение на образец. При попадании излучения на поверхность образца, которая является в большей или меньшей степени шероховатой, образуется совокупность отраженных волн, интерферирующих между собой - спекл [Рябухо В.П. Спекл-интерферометрия / В.П. Рябухо // Соросовский образовательный журнал. - 2001. - №7. с. 1 - 9]. Конфигурация (интерференционная картина) спекла определяется геометрией поверхности образца, расстоянием до точки наблюдения, расстоянием до источника излучения, параметрами среды [Рябухо В.П. Спекл-интерферометрия / В.П. Рябухо // Соросовский образовательный журнал. - 2001. - №7. с. 1 - 9]. Излучение с образца (в виде спекла) передается на второе фокусирующее устройство 7. Со второго фокусирующего устройства 7 излучение передается на фотоприемную матрицу 6. Для получения максимальной чувствительности к перемещению образца устройство управления 5 подает сигналы перемещения на привод первого фокусирующего устройства 4, которое перемещает первое фокусирующее устройство 3, и на привод второго фокусирующего устройства 8, которое перемещает второе фокусирующее устройство 7, считывая данные с фотоприемной матрицы 6. При перемещении первого фокусирующего устройства 3 и второго фокусирующего устройства 7 меняется фокусировка электромагнитной волны (меняется площадь сечения). При достижении максимального сигнала с фотоприемной матрицы 6, когда площадь спекла, передающегося на фотоприемную матрицу 6 максимальна, устройство управления 5 фиксирует положения привода первого фокусирующего устройства 4, перемещающего первое фокусирующего устройства 3, и привода второго фокусирующего устройства 8, перемещающего второе фокусирующее устройство 7. При фиксации первого фокусирующего устройства 3 и второго фокусирующего устройства 7 конфигурация спекла будет определяться положением образца (параметры источника излучения - лазера 2, параметры среды остаются постоянными). Устройство управления 5 непрерывно считывает данные с фотоприемной матрицы 6 и сравнивает с предыдущим значением. Если образец (вследствие каких-либо сторонних воздействий) изменил свое положение, конфигурация спекла меняется [Рябухо В.П. Спекл-интерферометрия / В.П. Рябухо // Соросовский образовательный журнал. -2001. - №7. с. 1 - 9], новые данные, снимаемые устройством управления 5 с фотоприемной матрицы 6 не соответствуют предыдущим, то устройство управления 5 подает сигнал включения на индикатор, который сигнализирует о сдвиге образца.
Пример исполнения. В качестве лазера может использоваться лазер лгн-208 с длиной волны 632,8 нм, мощностью 2 мВт. Устройством управления может выступать микроконтроллер кр1878ве1. В качестве фотоприемной матрицы может использоваться пзс-матрица icx228al. В качестве приводов фокусирующих устройств могут использоваться шаговые двигатели 25byz-b03. Фокусирующими устройствами могут быть линзы, типа bk7 oem. Индикатором может выступать dm-0113-t.
Устройство контроля позиционирования образца обеспечивает возможность контроля перемещений образцов с отражающей и неотражающей поверхностью за счет введения дополнительных конструктивных элементов.