RU1783293C - Двухкоординатное оптическое измерительное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного контрол  размеров деталей в процессе их изготовлени , а также дл  измеренных деформации деталей (образцов ), наход щихс  под нагрузкой. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  измерений в произвольно ориентированной плоскости Устройство содержит последовательно установленные осветитель , четыре функционально попарно объединенных и расположенных в одной плоскости объектива, общий коллиматор- ный объектив, измерительную шкалу и окул р . Объективы одной из пар могут перемещатьс  один относительно другого по одной из координатных осей и могут совместно перемещатьс  вдоль второй координатной оси. Объективы второй пары установлены с возможностью совместного перемещени  в направлении, ортогональном направлению перемещени  первых двух объективов и с возможностью независимого перемещени  объективов в двух взаимно ортогональных направлени х. При тарировке устройства перемещением объективов добиваютс  совмещени  фокусов объективов с границами эталонного объекта . При этом в поле зрени  окул ра наблюдают равномерно свет щийс  фон. При замене эталонного объекта на контролируемый , регистр которого не совпадает с размерами эталона, в поле зрени  окул ра наблюдают изображение либо светлой, либо темной вертикальной или горизонтальной полосы соответственно. Светла  полоса возникает, если измер емый размер меньше размера эталона, темна  - больше размера эталона. Измер ют ширину полос по измерительной шкале, определ ют величины отклонений от эталона и вычисл ют контролируемые размеры. 1 п. ф. 1 ил. V4 00 СО ьо о СА

Description

Предлагаемое устройство относитс  к оптическим измерительным приборам, в частности к приборам дл  линейных измерений . Оно может быть использовано дл  бесконтактного контрол  размеров деталей в процессе их изготовлени , а также дл  измерени  деформаций деталей (образцов), наход щихс  под нагрузкой

Оптические приборы дл  линейных измерений широко известны. Это проекторы, микроскопы и другие. В них объектив создает увеличенное изображение объекта измерений , которое сравниваетс  с эталонной шкалой. Изображение и шкала рассматриваютс  либо непосредственно глазом, либо через окул р.

Недостатком известных устройств  вл етс  зависимость точности измерений от диапазона измерений. Обусловлено это тем, что в них диапазон измерений не превышает линейного пол  зрени  оптической системы, которое определ етс  увеличением последней, При возрастании увеличени  пропорционально падает ее поле зрени . Следовательно, чем больше точность измерени  (больше увеличение), тем меньше поле зрени  (диапазон измерений).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению  вл етс  двухкоординатное оптическое измерительное устройство, содержащее последовательно установленные источник излучени , пропорциональную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых установлены с возможностью взаимно соосных перемещений в плоскости перпендикул рной оси измерени , а третий - в ходе измерени  на его оси за первыми двум  объективами, измерительную шкалу и окул р . Описанное устройство обеспечивает измерени  лишь по одной координате. Однако в р де случаев, например, при измерении деформации объективов (образцов), подвергаемых в процессе испытаний механическому и тепловому нагружению, перемещение объекта обеспечить практически невозможно. Поэтому указанное техническое решение имеет ограниченные функциональные возможности.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  измерений в произвольно ориентированной плоскости.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в известном оптическом измерительном устройстве , содержащем последовательно установленные источник излучени , проекционную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых установлены с возможностью взаимно соосных перемещений в плоскости, перпендикул рной оси измерени , а третий - в ходе измерени  на его оси за первыми двум  объективами, согласно изобретению устройство снабжено двум  дополнительными объективами, установленными в одной плоскости с первыми двум  объективами и с возможностью совместного перемещени  пары дополнительных объективов в направлении , ортогональном направлению перемещени  первых двух объективов в двух взаимно ортогональных направлени х.

С целью измерени  малых объектов подвижные объективы выполнены децентри- ро ванными.

При этом устройство содержит по сути четыре объектива с подвижным компонентом вместо одного объектива. Пол  зрени  объективов совмещены, а каждый объектив

строит изображение только границы объекта , а не всего объекта, что позвол ет расширить диапазон измерений. Диапазон измерений определ етс  не увеличением оптической системы, а величиной диамет0 ров коллиматорных объективов, что позвол ет повысить увеличение оптической системы и, как следствие, повысить точность измерений.

В предлагаемом устройстве оптическа 

5 система обеспечивает получение регистрации изменени  положени  объекта путем локального увеличени  границ объекта, например , образца, подвергаемого механическому и тепловому нагружению.

0 Схема устройства представлена на фиг.1. Оно состоит из осветител  1 и измерительного устройства 2, между которыми установлен объект измерений 3, например, образец дл  испытаний на термическую ус5 талость. Причем ось образца 3 перпендику- л рна оптической оси. Образец 3 установлен в захватах установки дл испытаний на термоусталость (на чертеже не показана ).

0 Измерительное устройство 2 содержит общий коллиматорный объектив 4, перед которым в параллельном ходе лучей размещены четыре коллиматорных объектива 5, 6, 7, 8, измерительную шкалу 9 и окул р 10. Оп5 тические оси всех объективов параллельны. Объективы 5, б и 7, 8 функционально объединены в пары и установлены в направл ющих , обеспечивающих их перемещение в плоскости, перпендикул рной оптической

0 оси, в направлени х осей координат X и Y. Диаметры объективов пар 5, 6 и 7, 8 меньше диаметра объектива 4.

Объективы 5, 6 образуют первую пару и обеспечивают измерение размеров вдоль

5 оси X. Каждый объектив этой пары может перемещатьс  относительно друг друга вдоль оси X и оба объектива пары могут перемещатьс  совместно вдоль оси Y.

Объективы 7, 8 образуют вторую пару и

0 обеспечивают измерение размеров вдоль оси Y. Каждый объектив этой пары может перемещатьс  вдоль осей X и Y независимо друг от друга. Дл  обеспечени  возможности измерени  малых размеров объективы

5 5, б, 7, 8 выполнены децентрированными. Величина децентровки выбираетс  исход  из возможности совмещени  фокусов объективов пар 5, б и 7, 8 при минимальном рассто нии между объективами. При этом фокусы объективов 5, 6, 7, 8 расположены в

одной плоскости,  вл ющейс  предметной плоскостью измерительного устройства.

Устройство работает следующим образом .

Предварительно провод т его тарировку . Дл  этого после включени  осветител  1 в предметной плоскости измерительного устройства 2 устанавливают эталонный объект 3 (образец) с аттестованными размерами а и в, соответствующими номинальным измер емым размерам. При этом объективы 5, 6, 7, 8 формируют парал-, лельные световые пучки от объекта измерений 3, поступающие в общий объектив 4 и образующие в плоскости эталонной шкалы 9 (фокальной плоскости объектива 4) четыре теневых изображени  четырех границ объекта измерени  3, налагаемых друг на друга. Перемещением объективов 5 и 6 вдоль оси X и 7 и 8 вдоль оси Y фокусы этих объективов совмещают с границами эталона. При этом в поле зрени  наблюдаетс  равномерно свет щийс  фон, так как границы теневых изображений от каждого объектива пары соприкасаютс , а светлые и темные части изображений накладываютс  одно на другое . Наблюдение пол  производитс  через окул р 10.

После этого в предметной плоскости измерительного устройства устанавливают измер емый объект 3 и наблюдают через окул р 10 картину в поле зрени .

Если размеры а или в измер емого объекта 3 не совпадают с размерами эталона , в поле зрени  окул ра 10 наблюдаетс  изображение либо светлой, либо темной вертикальной или горизонтальной полосы соответственно. Светла  полоса наблюдаетс , если измер емый размер меньше размера эталона, темна  - больше размера эталона, Измерив ширину полосы по изме- рителъной шкале 9, определ ют величину отклонени  от эталона и вычисл ют измер емый размер.

Совместное перемещение объективов 5,6 или 7,8 вдоль координатных осей позвол ет производить измерение размеров в различных сечени х измер емых образцов.

Наблюдаема  картина пол  зрени  не зависит от измер емого размера, т.е. от рассто ни  между фокусами объективов пары, а определ етс  только отступлением измер емого размера от эталонного. Погрешность измерени  определ етс  только 5 увеличением оптической системы, а диапазон измерений - световыми диаметрами объективов 4, 5,6,7, 8. Чем больше разность световых диаметров общего объектива 4 и объективов пар 5, 6 и 7, 8, тем больше диа0 пазон измерений, так как изображение в поле зрени  окул ра 10 формируетс  только при перемещении объективов пар 5, 6 и 7, 8 в пределах светового отверсти  объектива 4. При этом погрешность измерений остает5 с  практически посто нной в пределах всего диапазона измерений, что  вл етс  техническим преимуществом данного устройства . При этом диапазон измерений данного устройства в сравнении с прототипом

0 при одинаковом или даже большем увеличении значительно больший, т.е. при большем диапазоне измерений точность предложенного устройства выше.

Claims (1)

1. По сравнению с прототипом предло5 жеиное устройство имеет более широкие функциональные возможности. Формула изобретени  Оптическое измерительное устройство, содержащее последовательно установлен0 ные источник излучени , проекционную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых установлены с возможностью взаимно соосных перемещений в плоскости, перпендикул рной оси из5 лучени , а третий в ходе излучени  на его оси за первыми двум  объективами, измерительную шкалу и окул р, отличающее- с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства путем

   0 обеспечени  измерений в произвольно ориентированной плоскости, оно снабжено двум  дополнительными объективами, установленными в одной плоскости с первыми двум  объективами и с возможностью со5 вместного перемещени  пары дополнительных объективов, в направлении, ортогональном направлению перемещени  первых двух объективов, и с возможностью независимого перемещени  объективов в

   0 двух взаимно ортогональных направлени х.

   ВиЗ Д

   8