CZ22989U1 - Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky - Google Patents
Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky Download PDFInfo
- Publication number
- CZ22989U1 CZ22989U1 CZ201124890U CZ201124890U CZ22989U1 CZ 22989 U1 CZ22989 U1 CZ 22989U1 CZ 201124890 U CZ201124890 U CZ 201124890U CZ 201124890 U CZ201124890 U CZ 201124890U CZ 22989 U1 CZ22989 U1 CZ 22989U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- spherical
- center
- interferometer
- normal
- measuring
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Description
Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky
Oblast techniky
Technické řešení se týká zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky.
Dosavadní stav techniky
V oblasti metrologie a kontroly je jednou z nej důležitějších úloh, v případě délkových měření, určení polohy bodu nebo čáry - rysky apod., na měřeném předmětu, nebo virtuálního bodu reprezentovaného např. sférickou měrkou apod. V současné době se pro nejpřesnější měření a testování 3D měřicích strojů používají dotykové metody, kdy poloha sférické měrky, tvořené velmi přesnou koulí na držáku, dvěma koulemi na třmenu, maticí koulí apod. se zjišťuje pomocí měřicí hlavy vybavené dotykem tvořeným velmi přesnou kuličkou - např. safírovou apod., na válcovém držáku. Aby se zjistila poloha středu sférické měrky, např. koule, musí se této měrky dotknout dotykem měřicí hlavy na několika různých místech a potom pomocí speciálního algoritmu vypočítat polohu středu sférické měrky. Nevýhodou této dotykové metody je nutnost provádět měření na několika místech sférické měrky - minimálně na čtyřech, což si vyžádá určitý čas a v případě, že se tímto způsobem měří nějaká vyráběná sférická plocha, např. leštěná plocha čoček, pak může dojít v důsledku kontaktu dotyku měřicí hlavy s měřeným předmětem k jeho případnému poškození. Stávající dotykové metody jsou tedy oproti nově navrhované metodě časově mnohem náročnější a také vyžadují složitější obsluhu.
Podstata technického řešení
2υ Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro určení středu alespoň jedné sférické merky, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že je tvořeno interferometrem pro měření sférických ploch, umístitelným nad sférickou plochu sférické měrky, propojeným s výpočetním zařízením pro získání souřadnic středu sférické plochy sférické měrky.
Ve výhodném provedení je zařízení tvořeno přípravkem pro uchycení interferometru pro měření sférických ploch na měřicí zařízení a přípravkem pro uchycení matice sférických měrek na měřicí zařízení.
Podstatou řešení je to, že se bezdotykově zjistí střed referenční plochy interferometru a tento se alespoň přibližně ztotožní se středem C kulové plochy normálu sférické měrky majícího poloměr křivosti R, načež se z tvaru získaných interferenčních proužků získají souřadnice středu kulové plochy sférické měrky.
Ve výhodném provedení se sférické měrky umístí do tvaru matice koulí tj, matice sférických měrek, a získají se bezdotykově souřadnice středu nad první koulí matice koulí, načež se nastaví výšková a podélná poloha interferometru pro znázornění interferenčních proužků, poté se postupně najíždí nad jednotlivé sférické plochy normálu a stanoví se vzdálenost mezi dvěma sou35 sedními sférickými plochami.
Předmětem technického řešení je vysoce přesné optické bezdotykové určení středu sférické měrky nebo soustavy sférických měrek pomocí měřicí hlavy tvořené interferometrem pro měření sférických ploch a to pouze z jednoho měření. Řešení využívá jako čidlo malý sférointerferometr, přičemž měřeným bodem je střed křivosti C kulového normálu majícího poloměr křivosti
R.
Pokud se ztotožní přibližně střed referenční plochy interferometru se středem C kulové plochy normálu, kde poloměr plochy normálu je R, jsou tak ihned známy požadované souřadnice tohoto středu.
Výhodou navrhovaného řešení oproti stávajícím řešení je jeho bezdotykovost, snadná obsluha, rychlost měření a vysoká opakovatelnost.
- 1 CZ 22989 Ul
Objasnění obrázků na výkresech
Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky podle tohoto technického řešení bude podrobněji popsáno na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na
Obr. 1 je znázorněno přibližné ztotožnění středu referenční plochy sférointerferometru se středem kulové plochy normálu. Na Obr. 2 je znázorněn příklad získání středu kulové plochy normálu. Na Obr. 3 je uvedeno principiální schéma kalibrace 3D měřicího stroje pomocí matice koulí a sférointerferometru. Na Obr. 4 je ukázán vzhled interferenčního pole.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příkladné zařízení je tvořeno interferometrem 2 pro měření sférických ploch, umístitelným nad kulovou plochu sférické měrky 1, propojeným s výpočetním zařízením 3 pro získání souřadnic středu kulové plochy sférické měrky h
Princip měření je znázorněn na Obr. 1, kde je znázorněno přibližné ztotožnění středu referenční plochy sférointerferometru 2 se středem kulové plochy normálu. Na monitoru počítače - výpočetního zařízení 3 se objeví interferenční proužky 6, z jejichž tvaru pak počítač snadno vypočítá souřadnice středu kulové plochy normálu.
Citlivost s jakou je možno pomocí interferometru 2 určit střed sférické plochy je následující. Uvažuje se situace znázorněná na Obr. 2, kde bod O je počátek souřadné soustavy, n je index lomu prostředí, Ej. je sférická vlnoplocha se středem v bodě č\ a poloměrem křivosti je sférická vlnoplocha se středem v bodě (A a poloměrem křivosti R^, δτ£ je polohový vektor bodu O vzhledem k bodu Cx, δίΤ- n(BQ) je optická dráha mezi body B a Q.
Pro optickou dráhu 5W = n(BQ) mezi body BaQ pak podle obr. 2 platí, až na veličiny vyššího řádu = n(s.Sre) = --2-rg.&rc , (1) kde ÓíUje změna optické dráhy vzniká v důsledku změny polohy středu Cj vlnoplochy Ej vzhledem ke středu Q vlnoplochy ΕΣ o hodnotu órc a n je index lomu prostředí (η = 1 pro vzduch). Vztah (1) tedy umožňuje vypočítat změnu hodnoty optické dráhy mezi dvěma vlnoplochami, jejichž středy jsou vzájemně posunuty o hodnotu ór<Pomocí vztahu (1) se může obecně vypočítat přesnost s jakou se může pomocí interferometrické metody určit poloha středu sférické plochy. Položí-li se R\ rovno poloměru křivosti referenční plochy objektivu interferometru 2 a δ Wpřesnosti, s kterou je interferometr schopen určit změnu optické dráhy (δίΓ < λ/20 u většiny komerčně dostupných interferometrů), potom δτς udává přesnost určení středu sférické plochy.
V případě dvou zvláštních případů použití vztahu (1) a to případu podélné a příčné defokusace, kdy pod pojmem podélná defokusace se bude rozumět posuv středu vlnoplochy o hodnotu δ Z ve směru přímky OCi a pod pojmem příčná defokusace se bude rozumět posuv středu vlnoplochy o hodnotu ÓJV nebo δΚ ve směru kolmém na přímku OC\. Pro změnu ÓW optické dráhy bude tedy platit v případě podélné defokusace
(2) a v případě příčné defokusace (5Wr)x = ndXsinU , (WT), = ηδΓβίηί/ , (3)
-2CZ 22989 Ul kde U je úhel, který svírá normála QC} s přímkou 0(7 viz Obr. 2. Přesnost navedení interferometru 2 na střed kulové plochy tj. střed kulového normálu, se určí následujícím způsobem. Pro krajní tj. maximální hodnotu změny dráhového rozdílu óft'ze vztahů (2) a (3) se dostává 82 δ%=δΚ = -^^ = 2<:(δ#7)„„, (4) n sin U rtsmíf
TVUX kde c je clonové číslo referenční plochy interferometru: c - \/2n siní',lw, kde (7* je maximální hodnota apertumího úhlu U interferometru. Vztahy (4) udávají, s jakou přesností je možné určit polohu středu sférické plochy tj. středu kulového normálu, pokud je známo clonové číslo c referenční plochy objektivu interferometru 2 a jeho přesnost Óftrinax s jakou je schopen určit dráhový rozdíl. U běžných, komerčně dostupných interferometrů 2 je c > 0.7 a óřfmax < λ/20. Volí-li se vlnová délka světla 0,633 pm, což odpovídá vlnové délce He-Ne laseru, c = 0,7 a Slfmax = λ/20 a η = 1 při měření ve vzduchu, potom ze vztahů (4) se dostává, že je možné snadno určit polohu středu kulového normálu s přesností lepší jak 0,1 pm. Dosáhne se tedy lepší přesnosti než u komerčně dostupných 3D zařízení kde při 3D měřeních je dosažitelná přesnost 1 pm, přitom měření dle vynálezu je bezdotykové.
Kalibrace 3D měřicího stroje 5 pomocí matice 4 koulí tj. matice sférických měrek 1, a sféro interferometru 2 pak probíhá tím způsobem, že se najede sféro interferometrem 2 např. nad první kouli matice 4 koulí a nastaví se poloha, výšková a podélná, sféro interferometru 2 tak, až se na monitoru počítače zobrazí interferenční proužky 6. Poté se najíždí postupně nad jednotlivé sférické plochy tj. koule normálu a vzdálenost mezi dvěma sousedními sférickými plochami se určí ze vztahu d = 7“ - v,)3 + U,· ~y„Ý + >
kde (xcj, yá, zei) a (xcj, zrJ) jsou souřadnice středů koulí kt a λ, (Z = 1,2, ....V, / = 1,2, ...Ař), přičemž celkový počet koulí normálu je NM.
Ztotožnění středu referenční plochy interferometru 2 se středem kulové plochy normálu nemusí být zcela přesné, stačí jen přibližné, v rámci několika interferenčních proužků 6. Přesná hodnota polohy středu sférické plochy nad kterou interferometr 2 najel se pak snadno vypočítá pomocí software, který firmy dodávají k interferometru 2, nebo se pro tyto specializované účely může navrhnout jednoúčelový software. U komerčně dodávaných interferometrů 2 jsou již všechny potřebné výpočty obsaženy v software dodávaného k těmto interferometrům 2 a není tedy nutno nic dopočítávat.
Oproti mechanickému způsobu stačí jen jedno přibližné najetí interferometru 2 nad kulovou plochu normálu zatímco pomocí mechanického způsobu se musí provést několik měření tj. najetí na kulovou plochu normálu. Rychlost měření se tak podstatně zvýší. Na Obr. 4 je ukázán vzhled interferenčního pole tzv. interferogram pro clonové číslo c = 1, vlnovou délku světla laseru λ = 0,633 pm a pro odchylku středu kulové plochy normálu od středu referenční plochy interferometru 2 o hodnoty 6X = 0,01 mm, §Y - 0,01 mm a ÓZ = 0,03 mm. Pri způsobu určení středu sférické měrky I se bezdotykově zjistí střed referenční plochy interferometru 2 a tento se alespoň přibližně ztotožní se středem C kulové plochy normálu sférické měrky I majícího poloměr křivosti R, načež se z tvaru získaných interferenčních proužků 6 získají souřadnice středu kulové plochy sférické měrky 1.
Sférické měrky 1 je možné umístit do tvaru matice 4 koulí - sférických měrek j_. Získají se bezdotykově souřadnice středu nad první koulí matice 4 koulí, nastaví se výšková a podélná poloha interferometru 2 pro znázornění interferenčních proužků 6, poté se postupně najíždí nad jednotlivé sférické plochy normálu a stanoví se vzdálenost mezi dvěma sousedními sférickými plochami.
-3CZ 22989 Ul
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky, podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění zejména při atestaci a kalibraci přesnosti 3D měřicích strojů používaných pro velmi přesná měření ve strojírenství.
Claims (2)
1. Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky, vyznačující se tím, že je tvořeno interferometrem (2) pro měření sférických ploch, umístitelným nad sférickou plochu sférické měrky (1), propojeným s výpočetním zařízením (3) pro získání souřadnic středu sférické plochy sférické merky (1) a pro zobrazení interferenčních proužků (6).
o
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořeno přípravkem pro uchycení interferometru (2) pro měření sférických ploch na měřicí zařízení a přípravkem pro uchycení matice (4) sférických měrek (1) na měřicí zařízení (5).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201124890U CZ22989U1 (cs) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201124890U CZ22989U1 (cs) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ22989U1 true CZ22989U1 (cs) | 2011-11-28 |
Family
ID=45062720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ201124890U CZ22989U1 (cs) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ22989U1 (cs) |
-
2010
- 2010-10-07 CZ CZ201124890U patent/CZ22989U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10962361B2 (en) | Machine geometry monitoring | |
| CN107042528B (zh) | 一种工业机器人的运动学标定系统及方法 | |
| Schwenke et al. | On-the-fly calibration of linear and rotary axes of machine tools and CMMs using a tracking interferometer | |
| Wendt et al. | Measuring large 3D structures using four portable tracking laser interferometers | |
| US9863766B2 (en) | Calibration of a contact probe | |
| Takatsuji et al. | The first measurement of a three-dimensional coordinate by use of a laser tracking interferometer system based on trilateration | |
| CN104215181B (zh) | 一种消除阿贝误差的大长度激光干涉测量系统 | |
| CN204007645U (zh) | 一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置 | |
| CN109000558A (zh) | 一种大视场非接触三维点坐标测量方法及设备 | |
| CN102288132B (zh) | 采用激光跟踪仪测量非球面顶点曲率半径偏差的方法 | |
| CN105318891A (zh) | 一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置 | |
| BR112015024512B1 (pt) | Método e sistema para determinar a estrutura espacial de um objeto, método para determinar o efeito óptico dependente de localização e direção de um objeto e uso de um sistema | |
| CN101900531B (zh) | 双目视觉位移测量误差的测算方法及测量系统 | |
| CN111238337A (zh) | 基于激光干涉可消除阿贝误差的步距规校准方法及系统 | |
| KR20190083661A (ko) | 산업용 로봇의 측정 시스템 및 방법 | |
| CN102353345A (zh) | 一种曲率半径的测量方法 | |
| JP2018021831A (ja) | 追尾式レーザ干渉計による位置決め機械の検査方法及び装置 | |
| JP6524441B2 (ja) | 面間距離測定装置の姿勢補正方法 | |
| Zapico et al. | Extrinsic calibration of a conoscopic holography system integrated in a CMM | |
| CN104315997B (zh) | 一种在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置和方法 | |
| Peggs | Virtual technologies for advanced manufacturing and metrology | |
| CZ22989U1 (cs) | Zařízení pro určení středu alespoň jedné sférické měrky | |
| CN201945437U (zh) | 透镜面形偏差检测装置 | |
| Schwenke et al. | High speed high accuracy multilateration system based on tracking interferometers | |
| JP2013160742A (ja) | 回折格子を用いた３次元干渉計参照面の校正方法、および３次元干渉計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20111128 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20141007 |