SU1320660A1 - Автоколлимационное устройство дл бесконтактного контрол профил полированных поверхностей - Google Patents

Abstract

Изобретение может использоватьс  дл  бесконтактного контрол  формы поверхности оптических деталей. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и производительности измерени  путем исключени  сложных кинематических схем перемещени  фотоэлектрического автоколлиматора. Формируют зону автоколлиматорами 1 и 2, направл ют пучки с помощью N пластинок 3-8 по нормали к контролируемой поверхности 36 в N точках, принимают отраженные от поверхности 36 пучки фотоприемниками 23, 24 и 30, 31. Узкополосными усилител ми сигналы усиливают и подают в каждом автоколлиматоре на фазовые дискриминаторы , где определ етс  величина и знак смещени  осей пучков с центров фотоприемников 34 и 35. В случае отступлени  профил  поверхности 36 от профил  образцовой поверхности оси в местах дефектов поверхности не совпадают с нормал ми к ней, о чем суд т по по влению отличных от нул  сигналов на выходе дискриминаторов . 3 ил. 0) со ГчЭ О О5 О5

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  бескоитактног О контрол  формы поверхности оптических деталей, в том числе асферических .

Цель изобретени  - повышение точности и производительности измерени  путем исключени  сложных кинематических схем перемещени  фотоэлектрического автоколлиматора относительно контролируемой поверхности в процессе измерени  и использовани  дискретного определени  отклонени  контролируемой поверхности от образцовой.

На фиг. 1 представлена оптическа  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - , схема регистрации сигналов; на фиг. 3 - структуры сечений зондируюпдих пучков.

Устройство содержит столик, предназначенный дл  размещени  на нем контролируемого объекта (не показаны), первый 1 и второй 2 фотоэлектрические автоколлиматоры , N полупрозрачных пластинок 3-8 и N шторок 9-14 с механизмами перемещени  (не показаны).

Первый фотоэлектрический автоколлиматор 1 (фиг. 1) состоит из четырех источников излучени  15-18, зеркальной пирамиды 19, первого 20 и второго 21 светоделителей, объектива 22 и двух фотоприемников 23 и 24.

Второй автоколлиматор 2 выполнен в виде четырех источников 25,-28 излучени , зеркальной пирамиды 29, первого 30 и второго 31 светоделителей, первого 32 и второго 33 объективов и двух фотоприемников 34 и 35.

На фиг. 1 также обозначена контролируема  поверхность 36.

На фиг. 2 показаны блоки 37-40 питани , усилители 41-44, и фазовые дискриминаторы 45 и 46.

Источники модулированного излучени , например светодиоды, установлены в каждом автоколлиматоре вдоль двух взаимно перендикул рных направлений навстречу друг другу, и точка пересечени  их осей совпадает с вершиной зеркальной пирамиды. Источники 15, 16 и 17, 18 излучени  попарно подключены к блокам 39 и 40 питани , которые обеспечивают излучение каждой пары светодиодов на собственных частотах соответственно f, и fi, при этом в каждой паре источники 15 и 16, 17 и 18 излучают в про- тивофазе. К выходам фотоприемников 34 и 35 подключены узкополосные усилители 41 и 42, настроенные соотвенно на частоты из- .лучени  з и 4.

Во втором автоколлиматоре расположение элементов и их св зи аналогичны описанному .

Оптические оси объективов 32 и 33 (фиг. ) взаимно перпендикул рны и лежат п одной плоскости, совпадающей с плоскостью измер емого профил  контролируемой поверхности 36. При этом ось объектива 32 расположена вертикально и в процессе измерени  совпадает с осью столика, на котором размещена контролируема  поверхность 36, вдоль оси объектива 33 расположена система полупрозрачных пластин 3-8. Пластины 3-8 установлены неподвижно, однако с целью обеспечени  настройки прибора имеют возможность вращени  вокруг осей (не показаны), пересекающих оптическую ось объектива 33 и перпендикул рных плоскости измер емого профил  контролируемой поверхности 36, кроме того, возможно переме- щение зеркал вдоль оптической оси объектива 33 по направл ющим (не показаны). Перед каждой из полупрозрачных пластин 3-8 установлены непрозрачные шторки 9- 14, имеющие возможность ввода и вывода из

5 пол  зрени  автоколлиматоров 1 и 2.

Конструкции автоколлиматоров 1 и 2 обеспечивают формирование в излучаемых ими параллельных пучках равносигналь- ных зон за счет того, что источники 15 и 16, 17 и 18, 25 и 26, 27 и 28 в каждой паре из0 лучают в противофазе и, кроме того, кажда  пара источников излучает на собственной частоте соответственно fi, fg, fa, 4.

В результате каждый пучок оказываетс  разделенным на четыре зоны с разными

5 свойствами оптического излучени . При это.м границей между зонами, ширина которой определ етс  в основном дифракцией,  вл етс  оптическа  ось. Противоположные зоны перенос т энергию излучени  на одной из частот fi , fi, fj. но в противофазе

0 Ф 0° Ф 180°. Сечени  пучков авто- коллиматоров 1 и 2 соответственно представлены на фиг. За и б.

Устройство работает следующим образом. Перед началом измерений на место де5 тали с контролируемой поверхностью 36 устанавливают деталь с образцовой поверхностью . Включают блоки 37-40 питани . Ввод т перед полупрозрачными пластинами 3-8 непрозрачные экраны 9-14. В результате от автоколлиматора 2 идет только один

световой пучок, оптическую ось которого совмещают с оптической осью образцовой поверхности, дл  чего перемещают эту поверхность по двум взаимно перпендикул рным направлени м при помощи коор-динатс но-измерительного столика, обеспечива  совпадение осей отраженного пучка с оптической осью объектива 32, о чем суд т по нулевым сигналам на выходе фазового дискриминатора 45, Таким образом фиксируют положение оптической оси образцо0 вой поверхности, а следовательно, нормали к поверхности вершинной точки А.

Затем последовательно вывод т из пол  зрени  шторку 9, что обеспечивает попадание на полупрозрачную пластину 3 светового пучка, вышедшего из объектива 33. Световой

5 пучок частично проходит пластину 3 и частично отражаетс  от нее в сторону образцовой поверхности (не показана), отразившись от которой через светоделительные элементы 30 и 31, поступает на фотодиоды 34 и 35.

При смещении оси пучка с центра фотоприемника с него снимают сигнал, величина которого пропорциональна величине смещени . Фазовые дискриминаторы 45 и 46 обеспечивают определение знака смещени . Механизмы регистрации и селекции сигналов в обоих автоколлиматорах 1 и 2 одинаковы и могут быть по снены на примере работы автоколлиматора 2.

Пучок света, вернувц ийс  в автоколлиматор 2, например, через объектив 33, делитс  на светоделительном элементе 31 и попадает на фотоприемники 34 и 35. Так как фотоприемники 34 и 35 (фотодиоды) подключены к усилител м 41-44, настроенным на разные частоты fi и f2,сигналы на выходе усилителей 41 и 42 равны О, это условие соблюдаетс  при совпадении осей пучков с центрами фотодиодов 34 и 35. В противном случае сигналы с выходов усилителей 41-44 отличны от 0. В фазовом дискриминаторе 45 определ етс  знак смещений осей пучков с центров фотодиодов 34 и 35.

Разворотом пластинки 3 вокруг оси получают нулевой сигнал с фотоприемников 34 и 35, обеспечива  совпадение осей падающего и отраженного пучков. Затем осуществл ют поиск положени  нормалей к образцовой поверхности в р де других точек С, D, Е, F, G, дл  чего аналогично описанному последовательно убирают щторки 10-14 и производ т развороты полупрозрачных пластинок 3-8 до по влени  нулевых сигналов на выходе фазовых дискриминаторов 45 и 46.

Настроив таким образом устройство, убирают деталь с образцовой поверхностью и на ее место устанавливают деталь с подлежащей контролю поверхностью 36.

Если измер емый профиль контролируемой поверхности 36 не отличаетс  от профил  образцовой поверхности, всезондиру- ющие пучки проход т к поверхности по ее нормал м.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Автоколли.мационное устройство дл  бесконтактного контрол  профил  иолирован- 5 ных поверхностей деталей, содержащее столик , установленный с возможностью вращени  вокруг своей оси и предназначенный дл  размещени  на нем контролируемой детали, и фотоэлектрический автокол лиматор, включающий четыре источника излучени , два блока питани , каждый из которых соединен с соответствующими двум  источниками, и последовательно расположенные по направлению излучени  источников зеркальную четырехгранную пирами5 ду, два светоделител  и объектив и в обратном направлении излучени  от детали два фотоприемника, каждый из которых установлен за соответствующим светоделителем, два узкополосных усилител , каждый из которых электрически св зан с соответст вующим фотоприемником, и фазовый дискриминатор , соединенный с усилител ми, пирамида установлена таким образом, что ее верщина совмещена с фокусом объектива, а источники излучени  установлены попарно

   5 вдоль взаимно перпендикул рных направлений , отличающеес  тем, что, с целью повы- щени  точности и производительности измерени , оно снабжено вторым аналогичным фотоэлектрическим автоколлиматором, объективом , установленным во втором авто0 коллиматоре перпендикул рно его оптической оси по ходу излучени  от светоделител , N полупрозрачными пластинками и N непрозрачными щторками с механизмами их перемещени , второй автоколлиматор установлен таким образом, что оптическа  ось

   5 первого объектива совмещена с осью вращени  столика, а ось второго перпендикул рна оптической оси первого автоколлиматора, полупрозрачные пластинки установлены последовательно вдоль оптических осей обоих

   Q автоколлиматоров с возможностью перемещени  в направлении этих осей и поворота вокруг осей, им перпендикул рных, а кажда  из непрозрачных шторок установлена перед соответствующей полупрозрачной пластинкой .