RU1796901C - Устройство дл бесконтактного измерени профил деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  линейных размеров и профил  деталей. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и быстродействи  измерени . Устройство содержит источник света, коллиматор, первый светоделитель, первый объектив, устройство перемещени  детали, второй делитель, два оптико-электронных канала, подключенных через -усилитель-ог- раничитель к блоку обработки данных и включающих в себ  последовательно размещенные объектив, диафрагму и фбтоприем- ник, причем в одном канале диафрагма установлена перед, а в другом - за фокальной плоскостью объектива. Между коллиматором и первым делителем дополнительно установлен третий делитель, за которым установлен объектив, в фокальной плоскости которого расположено зеркало, закрепленное на вибраторе, подключенном к генератору электрических сигналов, а первый делитель расположен на пути луча, отраженного от зеркала, а затем от третьего делител . Между третьим делителем и вторым объективом установлен четвертый делитель, за которым расположёны п тый делитель и два оптико-электронных канала, подключенных через усилитель-ограничитель к блоку обработки данных. Вибратор может быть выполнен в виде пьезокерамической пластины , а генератор электрических сигналов, соединенный с блоком обработки данных, представл ет собой генератор переменного и посто нного напр жений. Между вибратором и зеркалом может быть расположена пьезокерамическа  пластина, подключенна  к генератору электрических сигналов, соединенному с блоком обработки данных. Противоположна  по отношению к объективу поверхность зеркала может находитьс  в одном из плеч интерферометра Майкельсо- на, который соединен с блоком обработки данных. 3 ил. « (5

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  линейных размеров и профил  деталей.

Известно устройство, состо щее из источника света, фокусирующей системы, масть которой закреплена на вибраторе, оптико-электронного канала, анализирующего отраженный от детали свет, и блока обработки данных. Недостатками устройства  вл ютс  недостаточна  точность измерений и длительное врем  измерени  формы детали .

Известно также прин тое за прототип устройство дл  бесконтактного измерени  рассто ний, содержащее источник света с модул тором, светоделитель, объектив, три оптико-электронных канала, каждый из которых состоит из линзы, диафрагмы и фотоприёмника , причем в одном из каналов диафрагма установлена перед, а во втором - за фокусом, а в третьем - в фокусе линзы. Устройство содержит также электронные схемы сравнени  и обработки сигналов и механизм перемещени  измер емой детали . При использовании этого устройства координату детали определ ют по нулевой разности сигналов двух оптико- электронных

Недостатком подобного устройства  вл етс  относительно низка  точность измерений (погрешность ±0,1 мкм) и длительное врем  измерени ,

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и быстродействи ,.

Указанна  цель достигаетс  тем, что известное устройство, содержащее источник света, коллиматор, первый светоделитель; первый объектив, блок перемещени  детали , второй делитель и два оптико-электронных канала, подключенных к блоку обработки данных, и включающих в себ  последовательно размещенные объектив, диафрагму и фотоприемник, причем водном канале диафрагма установлена перед, а в другом - за фокальной плоскостью объектива , между коллиматором и первым делителем дополнительно установлен третий делитель, за которым установлен объектив, в фокальной плоскости которого расположено зеокало. закрепленное .на вибраторе, подключенном к генератору электрических сигналов, а первый делитель расположен на пути луча, отраженного от зеркала, а затем от третьего делител  и фотоприемники оптико-электронных каналов подключены к блоку обработки данных через усилитель- ограничитель.

Между третьим делителем и вторым объективом установлен четвертый делитель , за которым расположен п тый делитель и два оптико-электронных канала, подключенных через усилитель-ограничитель к блоку обработки данных.

Вибратор может быть выполнен в виде пьезокерамической пластины, а генератор электрических сигналов, соединённый с блоком обработки данных, представл ет собой генератор переменного и посто нного напр жени .

Между вибратором и зеркалом может быть расположена пьезокерамическа  пластина , подключенна  к генератору электрических сигналов, соединенному с блоком .обработки данных.

Противоположенна  по.отношению к объективу поверхность зеркала может находитьс  в одном из плеч интерферометра

и

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Майкельсона, который соединен с блоком обработки данных.

На фиг.1 и 2 представлено предлагаемое устройство; на фиг.З - графики зависимости электрических сигналов от координаты и времени.

Устройство содержит последовательно установленные источник излучени , например , лазер 1, коллиматор 2, третий и четвертый светоделители 3 и 4, четвертый объектив 5, зеркало 6, закрепленное на вибраторе 7, подключённом к генератору электрических сигналов 8. П тый делитель 9 установлен на пути отраженного от зеркала, а затем от четвертого делител  4 луча, П тый и шестой объективы 10,11 установлены за п тым делителем 9, Треть  и четверта  диафрагмы 12, 13 установлены одна перед, друга  - за фокальными плоскост ми объективов 10,11. Третий и четвертый фотоприемникй 14, 15 установлены за диафрагмами 12,13. Первый делитель 16, установлен на пути луча, прошедшего третий и четвертый делители 3. 4, четвертый объектив 5 и отраженного затем зеркалом б и третьим делителем 3.

Первый объектив 17 установлен за первым делителем 16. Вблизи его фокальной плоскости расположена измер ема  деталь 18, закрепленна  на блоке 19 перемещени  детали. Второй делитель 20 установлен на пути отраженного от детали 18, а затем от первого делител  16 луча. Второй и третий объективы 21. 22 установлены за вторым делителем 20, перва  и втора  диафрагмы 23, 24 установлены одна перед и друга  за фокальными плоскост ми объективов 21,22. Фотоприемники 14, 15 и .25, 26 попарно подключены к усилител м-ограничител м 27,28 соответственно, которые соединены с блоком обработки данных 29.

Устройство дополнительно снабжено пьезокерамической пластиной 30, расположенной между зеркалом 6 и вибратором 7 (фиг.1) и соединенной с генератором электрических сигналов 8, подключенным к блоку обработки данных 29.

Устройство дополнительно Содержит интерферометр Майкельсона, образованный источником излучени , например, лазером 31, зеркалами 6 и 32, делителем 33 и фотоприемником 34, подключенным к блоку обработки данных 29.

Устройство работает следующим образом .

Луч света от источника излучени , например , лазера 1 проходит через коллиматор 2, на выходе которого он представл ет собой почти плоскую волну. Затем околли- мированный пучок лучей проходит через третий и четвертый делители 3. 4 и фокусируетс  четвертым объективом 5 на зеркало б, которое с помощью вибратора 7, подключенного к генератору электрических сигна- лов 8, колеблетс  симметрично относительно фокальной плоскости четвертого объектива 5. Отраженный от зеркала 6 луч проходит через объектив 5 и раздел етс  четвертым делителем 4. Отраженный от четвертого делител  4 луч попадает на п тый делитель 9 и затем в два оптико-электронных канала, каждый из которых образован объективом 10 (11), диафрагмой 12 (13) и фотоприемником 14 (15). Различие между каналами заключаетс  в том, что в одном из них диафрагма расположена перед , а в другом за фокальной плоскостью объектива. Часть прошедшего через четвертый делитель 4 луча отражаетс  от третьего делител  3, проходит первый делитель 16 и фокусируетс  первым объективом 17 на поверхность детали 18, которую можно перемещать в трех направлени х X, У; Z с возможностью измерени  этих перемещений . Отраженный от детали 18 луч вторично проходит объектив 17 и, отража сь от первого делител  16, раздел етс  вторым делителем 20 на два луча, идущих по идентичным оптико-электронным каналам, каждый из которых образован объективом 21 (22), диафрагмой 23 (24) и фотоприемником 25 (26). При неподвижном зеркале 6 наход щемс  в фокальной плоскости объектива 5, при перемещении детали 18 вдоль луча (по оси Z) график зависимости разности сигналов с фотоприемников 25 и 26 имеет вид, .представленный на фиг.За. Аналогичный вид будет иметь график зависимости разности сигналов с фотоприемников 14, 15 при перемещении зеркала 6. При его колебани х относительно фокальной плоскости объектива 5 график зависимости разности сигналов с фотоприемников 14, 15 будет иметь вид, представленный на фиг.Зб. После прохождени  этого сигнала через усилитель - ограничитель 27 (28) он будет иметь вид трапецеидальных импульсов (фиг.Зв). Точно такой же вид будет иметь график зависимости сигнала от времени с фотоприемников 25,26 в том случае, если поверхность детали совпадаете фокальной плоскостью первого объектива 17. Если поверхность детали 18 не совпадает с фокальной плоскостью первого объектива 17, то длительность отрицательного и положительного полупериодов будет различна. Зна  параметры оптической схемы и частоту колебаний зеркала 6 и измерив разность длительности отрицательного и положительного полупериодов, можно рассчитать рассто ние между поверхностью детали 18 и канальной плоскостью

первого объектива 17. Таким образом, определ етс  координата детали Z. Если задавать различные координаты X. и Y и измер ть координату Z, то можно опреде- 5 лить форму детали 18. В случае ухода среднего положени  зеркала 6 из фокальной плоскости объектива 5 длительности положительного и отрицател ьного полупериодов сигнала с усилител -ограничител  27 не бу10 дут совпадать, и блок обработки данных 29 будет вводить в расчет поправку. Кроме того , вибратор 7 можно выполнить в виде пье- зокерамической пластины 30, на которую кроме переменного напр жени  можно по-;

5 давать посто нную составл ющую с генератора электрических сигналов 8, соединив его с блоком обработки данных 29, при этом вибратор 7 закреплен неподвижно и сигналы на него не подаютс . Или эту же пластину

0 30 можно установить между вибратором 7 и зеркалом 6 и подавать на ее посто нное напр жение с генератора 8 при смещении среднего положени  зеркала 6 относительно фокальной плоскости второго объектива

5 5. Противоположна  по отношению к объективу 5 сторона зеркала 6 может составл ть одно из плеч интерферометра Майкельсона. Зна  с помощью интерферометра положени  зеркала 6, при котором разность сигнэ0 лов с усилител -ограничител  28 образуетс  в ноль, и зна  параметры оптической схемы, можно рассчитать координату Z поверхности детали 18.

Зависимость уровн  электрического

5 сигнала в прототипе не только от величины отклонени  измер емой детали от фокзль- ной плоскости, но и от коэффициента отражени  и угла наклона детали к оптической оси объектива, не позвол ет измерить по

0 уровню сигнала величину этого отклонени . Поэтому необходимо дл  определени  координаты добиватьс  совмещени  поверхности детали с фокальной плоскостью. Использование дополнительных оптико5 электронных каналов и сканирование изображени  источника вблизи фокальной плоскости обеспечивает возможность опре- . делени  величины отклонени  поверхности от фокальной плоскости объектива с высо0 кой точностью тем, самым уменьшаетс  врем  измерени  профил  детали.

Форм у л а и з о б р е т е н и   1. Устройство дл  бесконтактного измерени  профил  деталей, содержащее источ5 ник света, коллиматор, первый светоделитель, первый обьектив, блок перемещени  детали, второй делитель и два оптико-электронных канала, подключенных к блоку обработки данных, первый канал состоит из последовательно установленных

второго объектива, первой диафрагмы и первого фотоприемника, второй канал состоит из последовательно установленных третьего объектива, второй диафрагмы и второго фотоприемника, в первом канале диафрагма установлена перед, а ЁО втором - за фокальной плоскостью объектива, о т- л и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи , оно снабжено установленными последователь- но после коллиматора третьим светоделителем , четвертым светоделителем, четвертым объективом и зеркалом, закрепленным на вибраторе в фокальной плоскости четвертого объектива, установленным по ходу отде- ленного четвертым светоделителем светового потока, п тым светоделителем и установленными по ходу каждого из разделенных п тым светоделителем, световых потоков соответственно третьим оптико- электронным каналом, идентичным первому , и четвертым оптико-электронным каналом, идентичным второму , генератором, подключенным к вибратору, двум  усилйтел ми-ограничи- тел ми, включенными соответственно между выходами первого и второго канала и блоком обработки данных и между третьим и четвертым каналами и блоком обработки данных, первый объектив св зан с четвертым объективом через первый, третий и четвертый светоделители.

2. Устройство по пЛ, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что вибратор выполнен в виде пьезокерамической пластины, а генератор электрических сигналов, соединенный с блоком обработки данных, представл ет собой генератор переменного и посто нного напр жени .

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что между вибратором и зеркалом расположена пьезокерамическа  пластина, подключенна  к генератору электрических сигналов, соединенному с блоком обработки данных.

4. Устройство по п.1, от л и ч а ющ ее- с   тем, что оно снабжено интерферометром Майкельсона, а противоположна  по отношению к объективу поверхность зеркала  вл етс  зеркалом в одном из плеч Интерферометра .

V

L

V

./

t

г)