SU1186942A1 - Устройство дл бесконтактного измерени профил полированных поверхностей - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФШ1Я ПОЛИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащее узел базировани  контролируемой детали, платформу, механизм линейного перемещени  платформы, датчик линейного перемещени  платформы , установленный на платформе оптический датчик,, включающий два осветител  и фоторегистрирующий блок, вычислительный блок, вход которого подключен к выходу датчика линейного перемещени  платформы, отличающеес  тец, что, с целью повьшени  точности и расширени  номенклатуры измер емьк поверхностей, оно снабжено жестко скрепленным с платформой механизмом поворота платформы с возможностью поворота вокруг оси, перпендикул рной плоскости расположени  оптических осей оптического датчика , датчиком угла поворота платформы , выход которого подключен к входу вычислительного блока, механизмом перемещени  платформы в плоскости, параллельной плоскости оптических осей оптического датчика, датчиком перемещени , выход которого подключен к входу вьтислительного блока, один из осветителей выполнен в виде фотоэлектрического автоколлиматора и установлен так, что его оптическа  ось совпадает с биссектрисой угла, образованного оптическими ос ми другого осветител  и фоторегистрирующего блока, выход фотоэлектрического автоколлиматора подключен к управл ющему входу механизма поворота платформы,вы- ход фоторегистрирующего блока под (Л ключен к управл ющему входу механизма перемещени  платформы. 2. Устройство по П.1., отличающеес  тем, что фотоэлектрический автоколлиматор выполнен в виде объектива, двух светоделительных элементов, фотоприемников, оптически св занных со светоделиро тельными элементами, двух узкопоS лосных усилителей с частотами пропускани  fJ и fJ, входы которых 6 подключены к соответствующим фотопри-. емникам, четьфехгранной зеркальной пирамиды, четырех источников светового излучени , расположенных у каждой из боковых граней пирам1ады, двух блоков питани  с частотами модул ции f и f2, подключенным к соответствующим источникам светового излучени .

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного измерени  формы поверхностей оптических деталей .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и./расширение номенклатуры измер емых поверхностей.

Па фиг.1 представлена функционална  схема устройстваJ на фиг.2 оптическа  схема устройства; разрезы А-А, Б-Б и В-В; на фиг.З - схема измерени  профил  поверхности.

Устройство содержит (фиг.О узел 1 базировани  контролируемой детали платформу 2, механизм 3 линейного перемещени  платформы 2, датчик 4 линейного перемещени  платформы 2, установленный на платформе 2 оптический датчик 5, который включает осБститель б, фотоэлектрический автколлиматор 7 и фоторегистрирующий блок 8, вычислительньй блок 9,жестк скрепленный с платформой 2, механизм 10 поворота платформы 2 вокруг оси, перпендикул рной плоскости оптических осей оптического датчика 5 датчик 11 угла поворота платформы 2, механизм 12 перемещени  платформы 2 в плоскости, параллельной оптическим ос м оптического датчика , датчик 13 перемещени . Узел 1 базировани  контролируемой детали выполнен в виде поперечной 14 и продольной 15 кареток.

Фотоэлектрический автоколлиматор 7 расположен на платформе 2 так, что его оптическа  ось параллельна направлению перемещени  механизма 12 перемещени  платформы 2.

Фотоэлектрический автоколлиматор 7 (фиг.2) выполнен в виде коллиматор ного объектива 16, двух светоделительных элементов 17 и 18, и четырехгранной зеркальной пирамиды 19, вершина которой расположена в фокальной плоскости коллиматорного объектива 16. У боковых граней четырехгранной зеркальной пирамиды I9 расположены четыре источника 2023 светового излучени . Фотодиоды 24 и 25 установлены в фокальной плоскости коллиматорного объектива 16 напротив- светоделительных граней светоделительных элементов 17 и 18.

Два выхода блока 26 питани  подключены к соответствующим источникам 20 и 22 светового излучени .

что обеспечивает их излучение в противофазе с частотой f. Два выхода блока 27 питани  подключены к соответствующим источникам 21 и 23 светового излучени , что обеспечивает их излучение в противофазе с частотой f2. Фотодиоды 24 и 25 подключены к входам узкополосных усилителей 28 и 29, настроенных соответственно на частоты f и fj. Выходы усилителей 28 и 29 подключены к индикатору 30 а также через клю 31 к управл ющим входам механизма 10 поворота платформы 2. Осветитель 6 вьтолнен в виде объектива 32, в фокальной плоскости которого расположена вершина четырехгранной зеркальной пирамиды 33. У противоположных граней четырехгранной зеркальной пирамиды 33 расположены источники 34 и 35 светового излучени . Два выхода блока 36 питани  подключены к соответствующим источникам 34 и 35 светового излучени , что обеспечивает их излучение в противофазе с частотой fд.Фоторегистрирующий блок 8 выполнен в виде фокусирующего объектива 37, в фокальной плоскости которого расположен фотодиод 38, подключенный к узкополосному усилителю 39. Выход усилител  39 подключен к индикатору 40, а также через ключ 41 - к управл ющему входу механизма 12 перемещени  платформы 2 Входы (фиг.1) вычислительного блока 9 подключены к выходам датчика 4 линейного перемещени  гшатформы 2, датчика 11 угла поворота платформы 2 и датчика 13 перемещени . На узел 1 базировани  устанавливаетс  измер ема  оптическа  деталь 42. Устройство работает следующим

образом (фиг.З). I . .

В исходном положении измер ема 

деталь 42 установлена так, что оптическа  ось фотоэлектрического автоколлиматора 7 совпадает с нормалью к поверхности измер емой детали 42 в точке А (добиваютс  перемещением поперечной 14 и продольной 15 кареток при этом показани  индикатора нулевые. Затем замыкают ключ 41, при этом механизм 12 перемещени  платформы 2 перемещает оптический датчик, установленный на платформе 2, в сторону измер емой детали 42 до тех пор, пока точка пересечени  оптических осей осветител  6 и фото3 регистрирующего блока 8 не совпадет с поверхностью измер емой детали.4 в точке А, при этом показани  индикатора 40 будут нулевыми, после этого размыкают ключ 41. Исходное положение устройства показано на фиг.З, при этом коорди наты Хд и Уд точки А равны Хд н; YA о, и соответствующие сигналы с выходо датчика 4 линейного перемещени  платформы 2, датчика 11 угла поворота платформы 2 и датчика 13 пере мещени  поступают на входы вычисли тельного блока 9. После этого включают механизм 3 линейного перемещени  платформы 2, который перемещает оптический датчик 5 вдоль оси LJ (фиг.З) на рассто ние y, а затем его выключают. Включают ключ 31, при этом механизм 10 поворота платформы 2 поворачивает оптический датчик на угол до тех пор, пока нормаль к измер емой поверхности детали 42 в точке В не совпадет с оптической осью фотоэлектрического автоколлиматора 7, при этом показа ни  индикатора 30 будут нулевыми, после чего ключ 31 размыкают и включают ключ 41. При этом механизм 12 перемещени  платформы 2 перемещает оптический датчик, установлен ный на платформе 2, в сторону изме р емой детали 42 до тех пор, пока точка пересечение оптических осей осветител  6 и фоторегистрирующего блока 8 не совпадет с поверхностью измер емой детали в точке В при этом показани  индикатора 40 будут нулевыми, после этого размыкают ключ 41. Координаты точки 8 (фиг.З) опре дел ютс  вьфажением Xg-(H + uHe)5lntfB , Ув (,-(( и соответствуюпще сигналы с выходо датчика 4 линейного перемещени  пл формы 2, датчика 11 угла поворота платформы 2 и датчика 13 перемещени  поступают на входы вычислитель ного блока 9, где йНц - величина отсчета датчика 13 перемещени ; 9424 у. - величина отсчета датчика 4 линейного перемещени  . платформы 2. Аналогичным образом определ ют координаты точек С и D измер емой детали 42. Вычислительный блок 9 в соответствии с сигналами с выхода датчика 4 механизма линейного перемещени  платформы 2, датчика 11 угла поворота платформы 2 и датчика 13 перемещени  производит вычисление профили измер емой поверхности детали 42. Рассмотрим подробнее работу фотоэлектрического автоколлиматора 7. Вершина четырехгранной зеркальной пирамиды 19 расположена в фокальной плоскости коллиматорного объектива 16, поэтому после коллиматорного объектива 16 будут четыре коллимированных пучка лучей, соответствующие источникам 20-23 светового излучени  . Эти пучки лучей после отражени  от поверхности измер емой детали 42 попадают в коллиматорный объектив 16, который после светоделительных элементов 17 и 18 формирует на фотодиодах 24 и 25 два изображени  четырехгранной зеркальной пирамиды 19. Если нормаль к поверхности измер емой детали 42 совпадает с оптической осью фотоэлектрического автоколлиматора 7, то в этом случае изображение четьфехгранной зеркальной пирамиды 19 симметрично относительно центров чувствительныхплощадок фотодиодов 24 и 25. При этом с каждого фотодиода 24 и 25 поступа от на входы узкополосных усилителей 28 и 29, настроенных соответственно на частоты f и f, четыре синусоидальных сигнала, два из которых имеют частоту f| , и сдвиг фаз 180, а два других - частоту f и сдвиг фаз 180. При симметричном расположении изображени  четьфехгранной зеркальной пирамиды 19 амплитуды двух синусоидальных сигналов с частотой f( равны и сигнал на выходе узкополосного усилител  28 равен нулю, также сигнал на выходе узкополосного усилител  23 с частотой f равен нулю. Отклонение оптической оси фотоэлектрического автоколлиматора 7 от.

нормали к поверхности измер емой детали 42 приводит к нарушению симметрии в изображении четьфехгранной зеркальной пирамиды 19 на фотодиодах 24 и 25, при этом на выходе узкополосных усилителей 28 и 29 по вл ютс  сигналы, пропорциональные углу между оптической осью фотоэлектрического автоколлиматора 7 и нормалью к поверхности измер емой детали 42.

Аналогичным образом работает осветитель 6 и фоторегистрирующий блок 8. Вершина четырехгранной зеркальной пирамиды 33 расположена в фокальной плоскости объектива 32, поэтому после объектива 32 будут два коллимированных пучка лучей, соответствующие источникам 34 и 35 :светового излучени , подключенным к выходам блока 36 питани .

В случае, когда точка пересечени  оптических осей осветител  6 и фоторегистрирующего блока 8 совпадает с поверхностью измер емой детали 42, направление отраженного от

нее светового пучка будет паралельно оптической оси фоторегистрирующего блока 8, и фокусирующий

объектив 37 сформирует на фотодиое 38 изображение четьфехгранной зеркальной пирамиды 33, симметричное относительно центра чувствительной площадки фотодиода 38. При этом

с выхода фотодиода 38 поступают на вход узкополосного усилител  39 ва синусоидальных сигнала с частотой f3, равные по амплитуде в противофазе , и выходной сигнал с выхода

узкополосного усилител  39 равен нулю.

в остальных случа х симметри  изображени  четьфхгранной зеркальной пирамиды 33 относительно центра

чувствительной площадки фотодиода 38 нарушаетс  и сигнал на выходе узкополосного усилител  39 будет пропорционален рассто нию от поверхности измер емой детали 42 до точки пересечени  оптических осей

осветител  6 и фоторегистрирующего блока 8.

/7 г

Фиг.2

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПОЛИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащее узел базирования контролируемой детали, платформу, механизм линейного перемещения платформы, датчик линейного перемещения платформы, установленный на платформе оптический датчик,. включающий два осветителя и фоторегистрирующий ' блок, вычислительный блок, вход которого подключен к выходу датчика линейного перемещения платформы, отличающееся тещ, что, с целью повышения точности и расширения номенклатуры измеряемых поверхностей, оно снабжено жестко скрепленным с платформой механизмом поворота платформы с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости расположения оптических осей оптического датчика, датчиком угла поворота платформы, выход которого подключен к входу вычислительного блока, меха низмом перемещения платформы в плоскости, параллельной плоскости оптических осей оптического датчика, датчиком перемещения, выход которого подключен к входу вычислительного блока, один из осветителей выполнен в виде фотоэлектрического автоколлиматора и установлен так, что его оптическая ось совпадает с биссектрисой угла, образованного оптическими осями другого осветителя и фоторегистрирующего блока, выход фотоэлектрического автоколлиматора подключен к управляющему входу механизма поворота платформы,вы- ход фоторегистрирующего блока подключен к управляющему входу механизма перемещения платформы.

2. Устройство по п.1., отличающееся тем, что фотоэлектрический автоколлиматор выполнен в виде объектива, двух светоделительных элементов, фотоприемников, оптически связанных со светоделительными элементами, двух узкополосных усилителей с частотами Пропускания f_{ и fj, входы которых подключены к соответствующим фотопри-. емникам, четырехгранной зеркальной пирамиды, четырех источников светового излучения, расположенных у каждой из боковых граней пирамиды, двух блоков питания с частотами модуляции t'l и f₂ , подключенным к соответствующим источникам светового излуче ния.

1 1186942 2