Экспериментальное сравнение интерференционного и автоколлимационного нуль-индикаторов

Введение. В настоящее время во многих научных и промышленных задачах требуется измерение углов с высокой точностью. Одним из самых распространенных высокоточных углоизмерительных приборов является гониометр, в составе которого могут применяться различные типы нуль-индикаторов (НИ). НИ, в свою очередь, имеют различные принципы работы и по-разному воспринимают некоторые факторы, способные вносить вклад в погрешность измерений.

Цель работы. Экспериментальное сравнение двух типов НИ: интерференционного с призмой Кестерса и автоколлимационного на базе квадрантного фотодиода.

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели была собрана экспериментальная установка, включающая два НИ, которые могут подключаться к одному гониометру и измерять накопленные углы одной многогранной призмы в одинаковых условиях.

Результаты. В результате измерений и проведенной процедуры кросс-калибровки были получены 4 набора данных. Анализ обработанных данных показал, что разница погрешностей кольцевого лазера при использовании двух НИ не превысила 0.06'', что находится в пределах случайной погрешности. В то же время, разница между отклонениями отражающих граней от номинального положения для двух граней этот предел превысила, что подтверждает влияние отклонения поверхности от плоскости на угловые измерения с разными типами НИ.

Заключение. По результатам эксперимента с точки зрения случайной погрешности интерференционный НИ проявил себя лучше, продемонстрировав СКО измеренных значений 0.02'' при измерениях в ходе 25 оборотов призмы. В то же время автоколлимационный НИ имел СКО на уровне 0.04'' при измерениях в течение 64 оборотов. Предположительно это может быть связано с установкой НИ. Также необходимо отметить, что корреляция между статистическими характеристиками самой отражающей грани и разницей между ее отклонениями, определяемыми разными типами НИ, отсутствует.

1. Иванов П. А. Автоколлиматоры и гониометры. Обзор современных моделей // Фотоника. 2018. Т. 12, № 1 (69). С. 66–74. doi: 10.22184/1993-7296.2018.69.1.66.74

2. Filatov Yu. V., Loukianov D. P., Probst R. Dynamic angle measurement by means of a ring laser // Metrologia. 1997. Vol. 34, № 4. P. 343–351. doi: 10.1088/0026-1394/34/4/7

3. Бачиш Е. А., Павлов П. А. Исследование метрологических характеристик лазерного динамического гониометра // Измерительная техника. 2009. № 5. С. 19–23.

4. Precision angle measurement systems on the basis of ring laser gyro / Yu. V. Filatov, P. A. Pavlov, A. A. Velikoseltsev, K. U. Schreiber // Sensors. 2020. Vol. 20, № 23. P. 1–14. doi: 10.3390/s20236930

5. Павлов П. А., Филатов Ю. В. Результаты калибровки многогранных призм с помощью лазерного гониометра ИУП-1Л // Изв. ГЭТУ. 1997. Вып. 509. С. 41.

6. Оптические нуль-индикаторы для гониометрических систем: обзор / В. Ю. Венедиктов, Б. Ньямверу, Р. А. Ларичев, Ю. В. Филатов, Е. В. Шишалова // Фотоника. 2022. Т. 16, № 6. С. 464–475. doi: 10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.6.464.474

7. Павлов П. А. Анализ погрешности углового интерференционного нуль-индикатора // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2008. № 4. С. 55–62.

8. Филатов Ю. В. Анализ работы интерференционного углового нуль-индикатора // Опт.-мех. промышленность. 1989. № 4. С. 13–17.

9. Pavlov P. A., Larichev R. A., Filatov Yu. V. Digital autocollimating null-indicator for dynamic goniometry // Optical Engineering. 2020. Vol. 59, № 10. P. 104103. doi: 10.1117/1.OE.59.10.104103

10. Ларичев Р. А., Филатов Ю. В. Автоколлимационный нуль-индикатор: разработка и применение в динамической гониометрии // Опт. журн. 2013. Т. 80, № 9. С. 39–44.

11. Ларичев Р. А., Филатов Ю. В. Влияние топографии отражающей поверхности на угловые измерения с использованием автоколлиматора // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2012. № 7. С. 90–96.

12. Filatov Yu. V., Larichev R. A. Aberration influence on accuracy of angle measurements by means of autocollimator // Proc. of SPIE – The Intern. Society for Optical Engineering. Munich, Germany, 22–25 June 2015. P. 95253O. doi: 10.1117/12.2184726

13. Павлов П. А. Анализ алгоритмов измерений лазерным динамическим гониометром // Измерительная техника. 2008. № 1. С. 17–20.

14. Study of adjustment influence on the autocollimating null-indicator accuracy / Yu. V. Filatov, M. S. Nikolaev, R. A. Larichev, P. A. Pavlov // Proc. of SPIE – The Intern. Society for Optical Engineering. 11– 16 Oct. 2020. P. 115520H. doi: 10.1117/12.2573769

15. Павлов П. А. Особенности метода кросс-калибровки в лазерной гониометрии // Измерительная техника. 2015. № 9. С. 21–24