RU1803734C - Интерференционный способ контрол геометрических параметров изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к. контрольно- измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано дл  создани  измерительных головок, используемых дл  контрол  геометрических параметров изделий на коор- динатно-измерительных машинах (КИМ) и в бесконтактных интерференционных проф- илографах в метрологии, приборостроении и точном машиностроении. Цель изобретени  - расширение области использовани  за счет также и разбраковки объектов контрол  по форме, повышение быстродействи  контрол  за счет исключени  перемещени  преобразовател  по траектории, подобной форме поверхности объекта. Предлагаемый способ заключаетс  в том, что в измерительный канал интерференционной схемы включен волоконно-оптический преобразователь (ВОЛ), выполненный в виде подвод щего и отвод щего световодов. Между торцом ВОП и объектом контрол  создают зазор, значение которого включает пространственный интервал, соответствующий двум частотным перескокам в интерференционной схеме. Участок, ограниченный двум  частотными перескоками, образует поле допуска L, который задает максимальное смещение объекта контрол . Управлением параметрами интерференционной схемы Кп добиваютс  регулировки величины пол  допуска и производ т его смещение . Выход, смешение объекта контрол  за границу пол  допуска приводит к формированию соответствующих логических сигналов , которые означают, что объект контрол  вышел за границу пол  допуска в ту или иную сторону. 1 з.п.ф-лы.Зил., 1 табл. (Л ы Х| ы

Description

Изобретение относите  к контрольно- измерительной технике, а именно, к лазерной интерферометрии и может быть использовано дл  контрол  геометрических параметров изделий.

Целью изобретени   вл етс  расширение области использовани  за счет также и

разбраковки объектов контрол  по форме, повышение быстродействи  контрол .

Способ по снетс  графическим материалом .

На фиг. 1 представлен пример конкретной реализации данного способа на основе лазерного акустооптического интерферометра с волоконно-оптическим преобразователем; на фиг. 2 представлены функции преобразовани  измерительной схемы на основе акустооптоэлектронной положительной обратной св зи (ПОС) совместно со схемой управл емой фазовой автоматической подстройки частоты (УФАПЧ) дл  различных значений Кп.

Фиг. 3 по сн ет способ образовани  пол  допуска и возможность его смещени . Кроме того, на ней изображены диаграммы выходных логических сигналов измеритель- ной схемы, которые соответствуют положению поверхности объекта.

Устройство (фиг.1) реализующее способ содержит источник монохроматического излучени  1, коллиматор 2, акустооптический преобразователь 3, схему ввода-вывода излучени  дл  оптического волокна 4, волоконно-оптический преобразователь (ВОП) 5, контролируемый, объект 6, элементы оптической схемы интерферометра 7, фотоприёмное устройство (ФПУ) 8, управл емый фазовый детектор (УФД) 9, усилитель (У) 10, генератор управл емый напр жением (ГУН) 11, импульсный формирователь (ИФ) 12, устройство управлени  (УУ) 13.

Способ осуществл ют следующим образом .

Излучение лазере 1 направл етс  колли матрром 2 на акустооптический преобразователь 3, где оно распредел етс  на дифракционные пор дки выходного спектра . После преобразовател  3 нулевой пор док дифракции Е (0) оптической схемой 4 ввод тс  в излучательное одномодовое волокно ВОП 5 и направл етс  на контролируемый объект 6. Между ВОП 5 и контролируемой деталью имеетс  воздушный зазор (свободное пространство),  вл ющийс  составной частью световодной структуры . Отраженное излучение попадает в приемное одномодовое волокно ВОП 5, кол- лимируетс  схемой вывода 4 и направл етс  в оптическую схему интерферометра 7. Первый пор док дифракции Е (+1), проход  через оптическую схему интерферометра 7, пространственно совмещаетс  и интерферируетс  с измерительным оптическим потоком Е (0) на входе ФПУ 8.

Оптическое гетеродинирование на плоскости фотоприема разночастотных оптических потоков приводит к по влению на выходе ФПУ 8 электрического измерительного сигнала, который поступает на измери- тельный вход УФД 9. Совместна  электрическа  схема УФД 9, У 10, ГУН 11 образуют систему УФАПЧ, Выходной частотный сигнал этой системы поступает на кварцевый излучатель акустооптичесмэго

,-

преобразовател  3 и на опорный вход УФД 9.

При достижении разности фаз между частотными сигналами после ГУН 11 и ФПУ

8 значени  2 ж на выходе УФД 9 формируетс  перескок напр жени , который поступает на входУ 10 и ИФ 12. На выходе ИФ 12 формируетс  три логических сигнала а, Ь, с, которые индицируют, положение поверхности объекта (фиг.З). Сигнал р соответствует тому, что поверхность объекта находитс  А пределах пол  допуска - И Ьс 12. По вление сигналов а и с означает то, что поверхность объекта вышла за границу пол 

допуска в ту или иную сторону, соответственно: а - 1Х И, с - Ix la. Сигналы, после ИФ 12 поступают на входУУ 13. С помощью УУ 13, в зависимости от комбинации логиче- ских состо ний на входе, в У 10 устанавливаетс  соответствующий коэффициент усилени , Соответствие между комбинацией логических состо ний после ИФ 12 и коэффициентами усилени  У 10 приведено в таблице. Абсолютные значени  КуС1 и КуС2

соотнос тс  следующм образом: Кус1 Кус2 30

35

40

С помощью УУ 13 также осуществл етс  перестройка УФД 9 путем введени  дополнительного фазового рассогласовани  между измерительным и опорным частотными сигналами дл  реализации функции смещени  пол  допуска, а также дл  введени  необходимой коррекции при изменении

условий окружающей среды.

Сущность способа заключаетс  в сочетании трех физических эффектов, реализованных в данной измерительной схеме. I. Известно, что в функции преобразовани  цепи акустооптоэлектронной ПОС имеетс  линейный участок, где зависимость между изменением фазового сдвига оптического потока и изменением выходной частоты определ етс  в соответствии со следующим выражением

Af Kn Луэ.

где Кп - коэффициент пропорциональности, МГц/рад.

Наличие линейного участка определ етс  смещением объекта на величину пространственного периода, который соответствует фазовому сдвигу оптического излучени , равному 2 тс. При превышении этого значени  про вл етс  нелинейное св ойство аку- стооптоэлектронной ПОС, заключающеес  в резком, почти мгновенном скачкообразном изменении частоты сигнала (частотный перескок) к своему первоначальному значению , при котором фазовый сдвиг был равен 0. Событие, означающее то, что частотный перескок произошел, несет информацию об определенном значении фазового сдвига входного оптического потока ( ДуЭ - 2 те) и используетс  в данной схеме дл  фиксировани  момента перехода поверхности детали через границу пол  допуска.

II. Исследовани  акустооптоэлектрон- ной ПОС показывают, что коэффициент пропорциональности Кп в уравнении (1) зависит только от внутренних параметров акустооп- тического преобразовател . Введение же в цепь акустооптоэлектройной ПбС схемы позвол ет управл ть параметром Кп через коэффициенты передачи звеньев УФД, У,.ГУН в соответствии с выражением

Кп К дет Кус Кгун.(2)

где Кдет- коэффициент преобразозани  управл емого фазового дет.жтора, В/рад, Куг - коэффициент усилени  усилител , КГун - коэффициент преобразовани  генератора управл емого напр жением, МГц/В.

При изменении Кп возникает возможность управлени  величиной пространственного периода согласно формуле

L

V3

1

:-1 (3)

4JTL.AOM Кдет Кус Кгун

где V3e - скорость распространени  звуковой волны в воде, м/ч,

. LAOM рассто ние между лазерным лучом и кварцевым излучателем, м.

Анализ данного функционального выражени  показывает, что дл  различных значений Кп можно реализовать функции преобразовани  с различным пространственным периодом, как показано на фиг, 2. Это дает возможность на основе лазерного интерферометра синтезировать функцию преобразовани  с пространственным пери

одом значительно превышающим длину волны источника излучени  А .

II (.Установлено, что дл  ВОП, состо щего из излучательного и приемного световр5 дов, существует зона чувствительности - рабочий участок зазора между торцом преобразовател  и деталью, который соответствует диапазону максимальной передачи оптической мощности, превосход щей порог чувст10 вительности ФПУ. Согласно конструкции, оптический поток распростран етс  по следующему пути: излучательное волокно - поверхность детали - приемное волокно. . Способ реализуют в работе следующим

15 образом. -- . .

Коэффициент передачи звеньев схемы УФАПЧ выбираютс  такими, чтобы в рабочем участке зазора были сформированы два частотных перетока. При прохождении по20 верхности детали всей зоны на координатах li и 2 в измерительной схеме произойдут частотные перескоки. Они приведут к формированию соответствующих логических сигналов на выходах измерительной схемы.

25 Наличие двух прсстранственно-чувстви- -тельных координат h и 12 приводит к образованию единственного пол  допуска 12, с помощью которого задаетс  макси- мальное смещение поверхности объекта

30 Almax 12 - ii. Изменением коэффициентов передачи звеньев УФАПЧ можно управл ть шириной .пол  допуска - задавать его необходимого :значени .

Возможность введени  дополнительно35 го фазового рассогласовани  УФД позвол ет осуществл ть смещение пол  допуска в предела; всего рабочего участка зазора.

Таким образом, на основе предлагаемо40 го способа можно проводить бесконтактное

ощупывание исследуемых поверхностей с

целью разбраковки изделий при отклоне нии от заданных размеров, а также созда .вать различные измерительные алгоритмы,

45 которые приведут к устранению необходимости движени  измерительной головки по траектории, подобной форме поверхности детали, и за счет этого к существенному повышению быстродействи  контрол .

Claims (2)

1. 50 Формула изобретени 

   1, Интерференционный способ контрол  геометрических параметров изделий, заключающийс  в том, что когерентное, излучение направл ют на объект и принима55 ют посредством волоконно-оптического .преобразовател , между торцом которого и объектом создают зазор, опорное излучение совместно с выходным излучением волоконно-оптического преобразовател 

   подают на фотоприемное устройство, сигнал с фотоприемного устройства подают на вход измерительной схемы, в которой регистрируют ) фазовое рассогласование Д, вызванное смещением поверхности контролируемого объекта, и при достижении значени  Ду 2  формируют частотный перескок, подают его на акустооптический преобразователь и используют в качестве информативного логического сигнала, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области использовани  за счет также и разбраковки объектов контрол  по форме.

   0

   изменением зазора до достижени  следующего значени  Др 2  формируют второй частотный перескок, рассто ние между частотными перескоками выбирают соответствующее полю допуска L, используют измерительную схему с переключаемым коэффициентом преобразовани  Кл, моменты переключени  которой выбирают соответствующими частотным перескокам.
2. 2. Способ по п.1, от л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  быстродействи  контрол , регулируют величину пол  допуска изменением параметров Кп.

   Фиг.2

   значение

   пространственного периода