Принцип действия фотоэлектрических устройств и их оптические системы.

Большинство фотоэлектрических устройств для контроля размеров основано на следующем принципе. Через отверстие переменной площади от источника света проходит световой поток, падающий затем на фотоэлемент. Площадь отверстия определяется контролируемым размером: либо диаметром или шириной контролируемого отверстия в изделии, либо толщиной проволоки, пересекающей окно, через которое проходит световой поток, либо, наконец, размером изделия, край которого ограничивает площадь отверстия. В зависимости от контролируемого размера изменяется площадь отверстия, а с нею вместе и величина светового потока, падающего на фотоэлемент. Благодаря этому изменяется и ток, протекающий через фотоэлемент. Ток фотоэлемента через усилительную схему воздействует на исполнительный орган устройства. Если контролируемый размер, а с ним вместе и ток фотоэлемента выходит за допускаемые пределы, исполнительный орган срабатывает, направляя изделие в соответствующую группу или воздействуя на технологический процесс.

Оптические системы фотоэлектрических устройств несколько отличаются от оптических систем проекторов. Это обусловлено различием свойств фотоэлемента и глаза, являющихся чувствительными органами этих систем: фотоэлемент в отличие от глаза реагирует лишь на изменение величины светового потока вне зависимости (в первом приближении) от его распределения по поверхности фотокатода. Поэтому оптическая система фотоэлектрического устройства должна удовлетворять лишь требованию наибольшего изменения светового потока, падающего на фотоэлемент при (изменении контролируемого размера изделия и может не обеспечивать резкость и неискаженность даваемых ею изображений. Это обстоятельство облегчает построение оптической системы, во многих случаях позволяя применять в фотоэлектрических устройствах простые линзы, не исправленные в отношении аберраций, дисторсии и других недостатков. С другой стороны, оптическая система фотоэлектрического устройства должна быть построена так, чтобы световой поток возможно меньше зависел от изменений неконтролируемых размеров изделия и возможно более равномерно распределялся по катоду фотоэлемента.

Оптическая система фотоэлектрических устройств определяется видом контролируемого изделия. Наиболее характерные виды изделий (отверстий) представлены на фиг. 101. К группе I отнесены отверстия, по форме близкие к кругу или квадрату, расположенные в стенке малой толщины h и имеющие определенное положение в пространстве. Сюда могут относиться случаи контроля: а) диаметра ^круглого отверстия, б) ширины щели при контроле ее небольшого участка, в) диаметра проволоки.

К группе II отнесены удлиненные отверстия (щели) в тонкой стенке с неизменным расположением в пространстве (фиг. 101,г).

Группа III включает: д) изделия с большим числом отверстий, когда контролируется их общая площадь или случаи контроля одного небольшого отверстия, могущего занимать произвольное положение на сравнительно большой площади, и е) отверстия сложной конфигурации.

Группа IV включает небольшие отверстия и узкие щели в стенке, имеющей большую толщину h.

Каждая из этих групп требует специфического построения оптической системы. Для изделий группы I целесообразно применение оптической системы, показанной схематически на фиг.103. Расположенная между источником света 1 и контролируемым изделием 3, передняя оптическая система (конденсор) 2 создает изображение 4 светящегося тела источника света.

Рис. 101. Типы отверстий при фотоэлектрическом контроле.

 

Задняя оптическая система 5 служит для того, чтобы направить весь полезный световой поток, прошедший через контролируемые отверстия, на светочувствительную поверхность фотоэлемента" и распределить его надлежащим образом по этой поверхности. Для увеличения срока службы фотоэлемента следует добиваться возможно равномерного распределения освещенности по светочувствительной поверхности. Однако, для того, чтобы изменения положения контролируемого изделия и изменения неконтролируемых размеров мало влияли на величину тока фотоэлемента, приходится выбирать заднюю оптическую систему так, чтобы она создавала в окне фотоэлемента (или даже на его светочувствительной поверхности) действительное изображение источника света (в тех случаях, когда необходимые размеры изображения источника света в точке 4 оказываются совпадающими с действительными размерами источника света или с размерами окна фотоэлемента, передняя или соответственно задняя оптическая система может отсутствовать).

Размеры и расположение зрачка оптической системы, в котором размещается изображение 4 источника света, зависят от формы 11 размеров контролируемого изделия (отверстия). На Рис.102 показано несколько видов отверстий группы I.

В случае а контролируется размер х, т. е. расстояние между острыми кромками Ь и е. Изображение источника света нужно расположить таким образом, чтобы любой луч. света, проходящий сквозь контролируемое отверстие и идущий к любой точке изображения источника света (или, наоборот, уходящий от нее), мог ограничиваться лишь кромками b и е, т. е. контролируемым размером х.

Рис. 102. К построению оптической системы фотоэлектрического устройства.

 

Легко видеть, что этому условию удовлетворяют лишь точки, лежащие в пределах заштрихованных зон. Действительно, луч от точки А, лежащей вне этих зон, пройдя через контролируемое отверстие, встретил бы на своем пути грань ab, и величина светового потока, идущего от точки А, зависела бы не только от контролируемого размера х, но и от неконтролируемых размеров изделия и от его расположения. Изображение источника света внутри заштрихованных зон нужно выбирать так, чтобы использование светового потока было наилучшим. Для этого необходимо, чтобы изображение источника света было видно из центра контролируемого отверстия под наибольшим телесным углом. На рис.103,а этому условию соответствуют

размер и расположение изображения светящегося тела источника света gh, отмеченные стрелками.

Использовать изображение источника света, отмеченное стрелками, возможно только, если ближайшая к изделию линза передней оптической системы полностью охватывает угол

Рис.103. К выбору места изображения светящегося тела.

 

(Рис. 102 и 103,а), так как при меньших углах края линзы будут играть роль краев неконтролируемого отверстия ab (Рис.102,а).

На Рис.103,б - показано плоское изделие при контроле его размера в середине плоскости. Легко видеть, что здесь благоприятные области отсутствуют, вырождаясь в линию ab. Поэтому таких расположений следует избегать. Если оно необходимо, то изображение источника света нужно делать небольшим, располагая его на линии аb. К этому же случаю относится и контроль цилиндрического изделия с большим диаметром.

Благоприятные области вновь появляются, если контролировать размер плоского изделия у его края (Рис. 103,в и 103,г). В этом случае изображение источника света должно быть расположено несимметрично относительно оптической оси, чего можно добиться, сместив источник света или установив ширму в передней оптической системе. Все отмеченные стрелками расположения его можно считать почти равноценными.

На Рис.103,д показан случай контроля диаметра отверстия, которое может быть просверлено не перпендикулярно к поверхности изделия с наклоном в произвольную сторону. Благоприятная область размещения изображения источника света оказывается 'весьма небольшой.

В любом из указанных случаев благоприятные области должны быть найдены для всех предельных положений и размеров контролируемых отверстий и на основе их выбраны расположение и величина изображения источника света, в наибольшей мере удовлетворяющие всем случаям.

При контроле удлиненных отверстий в тонких стенках (группа II, рис.101) принцип построения оптической системы сохраняется, но форму светящегося тела источника света желательно брать удлиненной (лампы с прямолинейной нитью). Пользуясь таким источником света, можно построить переднюю оптическую систему так, чтобы она проектировала изображение светящегося тела непосредственно на плоскость контролируемого отверстия и это изображение полностью перекрывало отверстие. Иногда может оказаться целесообразным применение цилиндрических линз.

При контроле отверстий, распределенных по большой площади (группа III, рис.101), не представляется возможным построить оптическую систему с хорошим использованием светового потока и обеспечивающую результат контроля, не зависящий от неконтролируемых размеров изделия. Удовлетворительное решение в таких случаях приходится искать, сравнивая разнообразные расположения изображения источника света относительно контролируемых отверстий.

В случае отверстий малого- диаметра и узких щелей в толстых стенках (группа IV, рис.101) изображение источника света целесообразно располагать в плоскости входного отверстия (рис.102,б). Фотоэлемент лучше всего устанавливать непосредственно за контролируемым отверстием.

Во всех случаях вспомогательные детали оптической системы следует покрывать черной матовой краской.

Световой поток, падающий на фотоэлемент, может быть найден из выражения

(126)

 

где k — коэффициент пропускания оптической системы;

—коэффициент заполнения входного зрачка;

В — яркость светящегося тела (стильбы);

— расчетная площадь отверстия.

Если изображение источника света (зрачок оптической системы) и контролируемое отверстие расположены на оптической оси системы перпендикулярно ей и их размеры малы по сравнению с расстоянием т между ними (Рис. 102,а), то расчетная площадь

(127)

 

где — площадь одного контролируемого отверстия, ;

— площадь, занимаемая изображением источника света (площадь зрачка, );

m — расстояние между ними, cm.

Если контролируется одновременно несколько отверстий, то следует сложить световые потоки, найденные для каждого из отверстий.

Если зрачок имеет круглую форму и его диаметр сравнительно велик (Рис.102,а), то

(127)

 

где — апертурный угол зрачка (Рис.102,a).

Если контролируемое отверстие и зрачок представляют собой две расположенные друг за другом на расстоянии m прямоугольные щели длиной и и шириной и , причем и

то

(129)

 

При контроле коротких узких щелей и малых отверстий (Рис.102, б) за наименьшее возможное значение Sp можно принимать

 

(130)

 

где — входное сечение контролируемого отверстия, ;

— выходное сечение контролируемого отверстия, ;

h — толщина стенки, cm.

Все предыдущие формулы не учитывают отражения от внутренних стенок отверстия и поэтому дают преуменьшенное значение светового потока. Это, в частности, имеет место при контроле отверстий групп III и IV, для которых невозможно построить оптическую систему так, чтобы избежать попадания на фотоэлемент света, отраженного стенками отверстия.

Так, например, при идеальном отражении света от стенок при контроле щелей шириной 5...20 , (контроль поршневых колец) световой поток оказался бы в несколько десятков, а иногда и сотен раз больше, чем рассчитанный согласно выражению (130). Отсюда видно, что при контроле узких щелей изменение состояния внутренней поверхности изделия может вызвать весьма большую погрешность контроля. Для уменьшения этой погрешности необходимо следить за одинаковым состоянием внутренних Поверхностей всех контролируемых изделий, учитывая его при регулировке контрольного устройства.

 

Оптические меры.

 

Основным элементом любого измерительного устройства является мера, которая позволяет воспроизводить единицы измерения, а также их кратные и дробные значения.

В измерительных сопряжениях фотоэлектрических измерительных систем для измерения линейных и угловых величин с высокой точностью наиболее широкое распространение получили следующие меры: измерительные растры, дифракционные измерительные решетки, штриховые меры, кодовые решетки, шкалы длин волн и т. п. Между перечисленными мерами много общего, так как они обладают рядом сходных признаков. Все они имеют периодическую структуру. Перемещение индикаторного элемента относительно меры на некоторую величину вызывает повторение показаний в соответствующем отсчетном разряде измерительной системы. Наименьшая величина перемещения, при которой показания повторяются, является периодом меры. В измерительных растрах и дифракционных решетках периодом является шаг следования элементов. Растры и дифракционные решетки иногда характеризуются частотой. Частота — величина обратная шагу, показывающая сколько штрихов укладывается в единице длины. В штриховых мерах периодом является интервал делений. Волновые поля имеют период, равный длине волны монохроматического света.

Совершенно аналогично понятию характеристики пропускания растрового сопряжения понятие характеристики распределения освещенности в интерференционном поле интерференционного звена. При сопряжении штриховых растров образуются комбинационные фигуры (комбинационные полосы), шаг, форма и направление.которых определяются взаимным расположением штрихов сопрягаемых растров. При сопряжении двух систем волн образуются интерференционные фигуры (интерференционные полосы), шаг, форма и направление которых определяются взаимным расположением волновых структур. При исследовании обоих типов периодических фигур — комбинационных и интерференционных — можно пользоваться общим математическим аппаратом.

Все сказанное выше позволяет подразумевать под растром и комбинационные фигуры, образованные вол новыми структурами. Конечно, термин «волновой растр» следует употреблять лишь тогда, когда речь идет о свойствах этого растра, аналогичных свойствам обычного штрихового растра. Отдельные штрихи штриховых мер и их изображения можно рассматривать в частном случае как элементы измерительного растра. Таким образом, под понятием «измерительный растр» можно подразумевать также штриховую меру.

Растровые меры. Рассмотрим более подробно растр как меру измерительных систем для измерения линейных и угловых величин.

Измерительный растр обычно представляет собой совокупность подобных элементов, расположенных определенным образом на некоторой поверхности или в некотором объеме, называемых растровым полем и действующих как одно целое.

В измерительной технике наибольшее распространение получили оптические растры, выполненные в виде решеток, состоящих из совокупности линий или некоторых одинаковых фигур, нанесенных на поверхности прозрачного или отражающего материала. Растровые измерительные решетки бывают амплитудными и фазовыми.

Амплитудные растры представляют собой систему непрозрачных штрихов, нанесенных с некоторым шагом на прозрачной или отражающей поверхности заготовки. На рис.104показаны некоторые виды элементов амплитудных растров. Растр (рис. 104) представляет собой совокупность темных штрихов, нанесенных на поверхности прозрачного материала с шагом g. Соотношение между шириной штриха b и шириной зрачка а может быть различным. Чаще всего применяются растры, у которых ширина штриха равна ширине зрачка (измерительные растры)

или ширина штриха много меньше ширины зрачка (штриховые меры).

Светооптические свойства амплитудных растров характеризуются относительной шириной зрачка = a/g или относительной шириной штриха = b/g. Очевидно, для таких растров 0<П<1. Коэффициент показывает, какая доля светового потока проходит через растр, а коэффициент — какая доля светового потока задерживается.

Растр с прямоугольными элементами получается, если на предыдущий растр нанести штрихи в направлении, перпендикулярном его штрихам (рис. 104,б). Коэффициент пропускания растра с прямоугольными элементами равен:

(131)

 

Радиальные растры, применяемые для измерения угловых величин, характеризуются шагом следования

Рис.104. Элементы измерительных растров.

 

штрихов, измеряемым в угловых единицах. Иногда радиальные растры характеризуются частотой, показывающей, сколько штрихов укладывается в окружности. Радиальные растры могут иметь зрачки и штрихи, подобные показанным на рис.104|,в и г. Радиальные растры

с постоянным коэффициентом (рис.104,в)

получить методом нарезания на заготовке нельзя. Их обычно получают фотографированием с трафаретов с помощью фотокамеры.

При нарезании радиального растра на стекле по восковому слою с последующим травлением штрихов и заполнением их непрозрачным веществом получается радиальный растр с равноширокими штрихами

(рис. 104,г), а при получении с такого растра негатива контактным способом или при нарезании растра по непрозрачному покрытию па стекле получается растр с равноширокими зрачками. В обоих последних случаях коэффициент Па изменяется от центра к периферии. В первом случае он увеличивается, во втором — уменьшается. Аналогичная картина имеет место и у растров, выполненных на-конических поверхностях (рис. 105,д).

Рис.105. Расположение элементов растров.

 

Измерительные дифракционные решетки. При использовании в качестве мер решеток с малым шагом, сравнимым с длиной волны света, полосы можно наблюдать как в нулевом (при прямом прохождении света), так и в более высоких спектральных порядках. Полосы возникают в результате интерференции пучков различных порядков дифракции. Частота изменения пропускания сопряжения двух таких решеток зависит от частоты решетки и спектральных порядков и может быть получена в 2—6 раз большей, чем частота решетки.

На рис.104, д, показана в разрезе фазовая дифракционная пропускающая решетка. Световая волна, проходящая через выступы решетки, испытывает больший сдвиг фаз по сравнению с волной, проходящей через впадины. Сдвиг фаз определяется показателем преломления n материала решетки и высотой выступов d. Длина волны света в материале решетки где — длина волны света в пустоте; следовательно, сдвиг фаз световых волн, проходящих через решетку, равен х = При x =0, … монохроматический свет проходит через решетку;

а при х = свет через решетку не проходит.

Технологически проще изготовить фазовые решетки с элементами в виде пилообразного и треугольного профилей. На рис.104|,е, ж и з, показаны такие решетки для работы в проходящем и отраженном свете.

Элементы растров могут быть расположены самым различным образом на поверхности и в пространстве. Наиболее простыми и наиболее часто употребляемыми являются растры, элементы которых расположены на плоскости.

Для измерения линейных величин (размеров, перемещений и расстояний) применяются плоские параллельно-линейные или дырчатые, растры и дифракционные решетки (см. рис104,а, б, е, ж и з).

Для измерения угловых 'величин применяются плоские радиально-центральные и радиально-нецентральные растры (рис.105,а и б). У первых все штрихи выходят из одной точки, а у вторых они являются касательными к некоторой окружности. Первые получаются в том случае, если при нарезании радиального растра направление движения режущего инструмента совпадает с прямой, проходящей через центр делительной окружности растра, а вторые — когда эта прямая не проходит через ее центр.

Плоские круговые растры (рис. 105,в) имеют элементы в виде темных колец, нанесенных с некоторыми промежутками на плоскости. Такие растры могут быть использованы для измерения биения вращающихся деталей в машинах при их юстировке, для исследования различных оптических систем и других целей. Шаг и ширина штрихов круговых растров измеряются в радиальном направлении.

В некоторых измерительных системах применяются плоские линейные растры, штрихи у которых расположены по спирали Архимеда. Спираль может быть одно- и многозаходной. Шаг спирали измеряется в том же направлении, что и у кругового растра. Более сложными являются растры с элементами, нанесенными па кривых поверхностях. В измерительной технике применяются цилиндрические, конические и сферические

растры.

У цилиндрических растров (рис. 105,г) элементы расположены на поверхности цилиндра. Растры с элементами, параллельными оси заготовки, применяются для измерения линейных и угловых величин. Другим видом цилиндрического растра является дифракционная решетка Мертона, элементы которой представляют собой винтовые линии. Эта решетка служит для снятия с нее копий плоских решеток методом оттиска.

Конические растры (pиc.105,д), так же как и плоские радиальные решетки, могут быть применены для измерения угловых величин.

Примером сферического поверхностного растра является телевизионный растр, образующийся с помощью электронного луча на сферическом экране телевизионной трубки.

Шкалы длин волн. Сферические пространственные «растры» получаются в результате излучения энергии монохроматическим источником. Точечный источник генерирует сферические волны, распространяющиеся в среде с некоторой скоростью v. Элементами такого сферического волнового растра являются изофазные сферические поверхности (рис. 105,e), расположенные одна в другой на расстоянии длины волны , зависящей от среды, в которой распространяются волны. Направления распространения волн совпадают с радиусами сферы. Фронт волны перпендикулярен радиусу, величина которого равна vt. С увеличением радиуса кривизна волнового фронта уменьшается, и на бесконечно большом расстоянии от поверхности фронт волны становится плоским.

Уравнение сферических воли имеет вид:

(132)

 

где t — время;

Т— период колебаний;

r — расстояние до источника колебаний. Из этой формулы видно, что амплитуда возмущения зависит от радиуса и уменьшается с его увеличением.

Из физики известно, что

(133)

 

т. е. при переходе волны из одной среды в другую длина волны изменяется в том же отношении, что и скорость ее распространения или обратно пропорционально отношению показателей преломления сред. Это положение используется для изменения формы волновой поверхности при переходе волны света из одной среды в другую. С помощью сферической оптики сферический волновой фронт можно превратить в плоский и обратно, т. е. можно из сферического пространственного растра получить плоскостной пространственный растр. Этот растр будет иметь элементы в виде плоских изофазных поверхностей, также расположенных на расстоянии друг от друга.

Меры в виде шкалы длин волн применяются в интерферометрах для измерений линейных величин и перемещений.

Использование понятия «волнового растра» позволяет во многих случаях отвлекаться от местоположения источника света. Если для некоторого момента времени известна волновая поверхность, то, проведя к ней ортогональную систему лучей и откладывая на них одинаковые количества длин волн, можно получить другую волновую поверхность, т. е. другой элемент такого растра.

Использование понятия волнового растра позволяет моделировать свето- и радиоинтерференционные поля с помощью растров. Анализ измерительных систем для отсчета больших перемещений показывает, что в их основе заложена мера, которая имеет периодический характер. Величина перемещения подвижных частей с периодической мерой представляет собой двучлен

(134)

 

где g— период измерительной системы, т. е. шаг растра или дифракционной решетки, интервал деления штриховой меры или половина длины волны монохроматического света и т. п.;

m — количество целых периодов, отсчитанных при

перемещении подвижных частей системы;

— доля периода.

Из анализа измерительных систем также следует, что всякая измерительная система для отсчета больших перемещений состоит по крайней мере из двух ступеней отсчета: точной и грубой. Часто точная и грубая ступени построены с использованием разных по своей природе мер, т. е. на различных принципах. Как точная, так и грубая ступени могут содержать по нескольку разрядов отсчета. Тогда каждый разряд будет иметь собственный период.

Число m в первом члене правой части формулы (134) определяется с помощью ступени грубого отсчета пли счетчика периодов. Величина 6 второго члена определяется точной ступенью измерительной системы.

Таким образом, система является периодической, если при перемещении ее подвижных частей на некоторую величину g, называемую периодом системы, показания отсчета в более точной ступени или разряде повторяются.

Разделение величины перемещения на две составляющие позволяет однозначно определить класс устройств для измерения больших перемещений в отличие от измерительных устройств для измерения малых перемещений, для которых формула (134) не имеет первого члена. Такое разделение перемещения на две составляющие дает возможность подойти к расчету и проектированию точной и грубой ступеней системы независимо друг от друга, согласуй, конечно, входные и выходные цепи обеих ступеней, например цепи логического устройства переноса единицы от точной ступени к грубой.

Рис. 106. Геометрическое представление измерения перемещения двухступенчатой измерительной системой

 

Кроме того, разделение величины перемещения на две составляющие позволяет изучать ошибки измерительной системы со следующих позиций. Суммарную погрешность системы целесообразно представить в виде двух составляющих: и . Первая составляющая определяет погрешности, приведенные к погрешностям основной меры. Обычно она исчисляется в абсолютных единицах. Вторая составляющая определяет погрешности, отсчета внутри периода. Ее удобно представить в безразмерных величинах, т. е. как относительную погрешность (относительно периода).

Величина периода меры определяется как технологическими возможностями, так и конструктивными и эксплуатационными факторами. В настоящее время только оптические меры в виде растров и дифракционных решеток могут иметь достаточно малый период. Самый малый период имеют измерительные интерференционные системы, в которых в качестве меры применяется шкала длин волн света. Измерительные системы с такими мерами имеют самую высокую точность. Растры обладают преимуществами перед другими мерами в том, что позволяют выполнить их достаточно большой длины (1—2 м) и в то же время с достаточно малым шагом (до 0,02 мм).

Геометрически формулу (134) можно представить как расстояние между начальным и конечным положениями подвижных частей в виде:

(135)

Где m= ;

Если в точной ступени применено увеличение перемещения в К раз (К— коэффициент увеличения перемещения), то величину перемещения можно представить в виде:

 

где G = Kg.

Если в качестве грубой ступени системы применить измерительное устройство со счетом числа периодов, то число mg, соответствующее начальному положению подвижных частей системы, можно сделать равным нулю. Для этого перед измерением перемещения необходимо осуществить сброс отсчета ранее зафиксированных импульсов и счет целого числа периодов производить от нуля.

Как будет показано ниже, путем смещения индикаторного элемента величину можно также сделать равной нулю независимо от того, в каком положении остановились подвижные части. Отсчет перемещений от нуля значительно повышает производительность работы на приборах, в которых установлена измерительная система. Кроме того, отсчет от нуля избавляет контролера от ошибок при вычитании результатов измерения начального положения из результатов измерения конечного положения подвижных частей прибора.

Точность работы измерительной системы зависит от ошибок основной периодической меры, величины периода и погрешности точной ступени измерительного устройства.

Величину периода измерительной системы g можно связать с относительной погрешностью точной ступени устройства v, выраженной в процентах, и заданной це ной деления i измерительного прибора, в который встроена система, следующей зависимостью:

(136)

 

Пусть необходимо выбрать основную меру измерительной системы с допустимой погрешностью отсчетного устройства 0,5 мк.

Вычислим шаг меры. Полагаем, что погрешность точной ступени устройства v=l%. Такая погрешность для точной ступени, построенной на электрическом принципе, является вполне допустимой. Тогда

 

С применением высокостабильных электрических элементов, показывающих приборов класса 0,2, источников питания со стабильностью до 0,1% точная ступень может работать даже с погрешностью, не превышающей 0,25%.

Решим обратную задачу. Определим погрешность измерительной системы с решетками, имеющими шаг

g = 20 мкм, и долепериодным устройством, имеющим погрешность 0,25%. Подставив заданные значения в формулу 136, получим:

 

Конечно, такая точность измерений может быть достигнута в диапазоне одного шага измерительного растра. Суммарная же погрешность будет определяться рядом других факторов.

Выбор типа и периода грубой ступени измерительной системы определяется диапазоном измерений и периодом точной ступени. Справедливо общее правило при сочетании грубой и точной ступеней: суммарная погрешность грубой ступени должна быть не больше полупериода точной ступени. Для небольшого диапазона измеряемых перемещений в качестве ступени грубого отсчета удобно применять индуктивный датчик, например соленоидного типа. Такие датчики имеют относительную погрешность, не превышающую 1%. Если, например, период измерительной системы равен g = 0,l мм, то диапазон измерений системы будет равен 10 мм. При диапазоне измерений системы от 10 мм до 1 — 2 м удобно пользоваться экранными отсчетными устройствами с оцифрованными шкалами.

Необходимо еще отметить, что для измерения больших размеров абсолютным методом не всегда бывает необходима грубая ступень системы. В некоторых случаях с целью упрощения измерительного устройства можно ограничиться только точной ступенью. Так, например, если стабильность технологического процесса обеспечивает погрешности обрабатываемых деталей, заведомо меньшие, чем величина полупериода точной ступени, то при измерении деталей можно число, соответствующее грубому отсчету, принять априорно. Аналогично дело обстоит и с аттестацией оптических шкал, деления на которых наносятся с точностью, заведомо большей, чем полупериод точной ступени измерительной системы.

Применение измерительных звеньев с использованием таких мер, как растровые и дифракционные решетки, позволяет получить измерительный сигнал, легко преобразующийся в цифровой код любой системы счисления и, следовательно, удобный для подачи его на автоматические устройства отсчета, на цифропечатающие механизмы, в вычислительные машины, на управляющие органы делительных машин и станков с программным управлением и т. п. С такими измерительными звеньями легко выполнить требования простоты, стабильности, надежности в эксплуатации, виброустойчивости и ряд других. При этом датчики измерительных систем, содержащие фотоэлектрические звенья, имеют небольшие, габариты и позволяют осуществить дистанционную передачу измерительного сигнала в схему его преобразования.

Применение фотоэлектрических интерференционных измерительных звеньев в приборах позволяет осуществить измерения линейных величин без присутствия человека вблизи прибора, что весьма важно при высокоточных измерениях, когда тепловое излучение может привести к температурным погрешностям измерений.