SU1712775A1 - Оптическое устройство измерени линейных внутренних размеров - Google Patents
Оптическое устройство измерени линейных внутренних размеров Download PDFInfo
- Publication number
- SU1712775A1 SU1712775A1 SU904781440A SU4781440A SU1712775A1 SU 1712775 A1 SU1712775 A1 SU 1712775A1 SU 904781440 A SU904781440 A SU 904781440A SU 4781440 A SU4781440 A SU 4781440A SU 1712775 A1 SU1712775 A1 SU 1712775A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- angle
- mirror
- hole
- reflected
- light
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к измерительной технике в машиностроении и используетс в составе автоматизированного измерительного комплекса, управл емого от микроэвм дл бесконтактного измерени линейных внутренних размеров, в том числе и в услови х ГАП. Цель изобрете(ни -расширение диапазона контролируемых объектов. При этом пучок лучей oj источника 1 света, пройд коллиматор 2, вводитс внутрь измер емого отверсти и там с помощью клинообразного зеркала светоделител ,3 расщепл етс на два пучка. Эти пучки света далее рассеиваютс поверхностью контролируемой детали (отверсти ) 11. Рассе нный свет собираетс линзами 4 и 5 на поверхности двух зеркал 6 и 7 и отражаетс ими на^ позиционно-чувствительный фотоприемник 8 в виде двух отдельных распределений освещенности. Сигналы от фотоприемника через усилитель 9 попадают в блок 10 обработки. По рассто нию между максимумами освещенности в двух распределени х определ етс размер отверсти . Вычисление координаты максимума освещенности выполн етс на микроЭВМ, 1 з.п.ф-лы, 3 ил.с; •fefOVI VIел
Description
Изобретение относитс к измерительной технике в машиностроении и используетс в составе автоматизированного измерительного комплекса, управл емого от микроэвм дл бесконтактного измерени линейных внутренних размеров, в том числе и в услови х ГАП.
И звестно оптическое устройство дл бесконтактного измерени линейных размеров , например толщины издели , о.использованием двух световых лучей, падающих на поверхность исследуемого объекта под определенным углом в. Лучи создают на поверхности объекта два освещенных п тна , рассто ние между которыми зависит от удалени головки измерительного датчика от поверхности исследуемого объекта. Рассто ние S и смещение D исследуемой поверхности относительно её номинального положени св заны следующим выражением ,
S 2D/tg е,
где в- угол наклрна светового луча к исследуемой поверхности,
При изменении положени поверхности объекта световые п тна сближаютс или удал ютс в зависимости от того, удал етс или приближаетс поверхность по отношени к головке датчика. В головке датчика измерител имеетс система линз и оптическое сканирующее устройство, которое при обзоре поверхности вырабатывает два импульса с интервалом времени, соответствующим времени последовательного сканировани световых п тен. В таком случае временной интервал между импульсами пропорционален рассто нию между п тнами и в соответствии с приведенкой формулой вл етс мерой линейного смещени . Устройство может быть автоматизировано и использоватьс в ГАП.
Его недостатком вл етс узка функциональна возможность дл целей измерени внутренних размеров. Измер емое отверстие должно иметь размеры, превышающие-габариты устройства вместе с источником лазерного излучени , которое целиком должно размещатьс внутри измер емого отверсти . Измерени провод тс в одноточечной схеме, поэтому искомый размер определ ют как замыкающее звено измерительной размерной цепи. Обеспечение дополнительных точек контакта на измер емой поверхности затруднено дл тонкостенных деталей и деталей, изготовленных из м гких материалов.
Известно другое оптическое устройство - интерференционный нутромер дл бесконтактных относительных измерений
диаметров отверстий. Пучки лучей подают на противоположные стенки измер емого отверсти , затем, отразившись от них, идут обратно по прежним направлени м и интерферируют с пучками, прошедшими через опорное плечо интерферометра, В результате в поле зрени окул ра образуютс две системы интерференционных полос, по величине смещени которых суд т об изменении диаметра измер: емого отверсти ,
К недостаткам данной методики можно отнести возможность измерений диаметров отверстий только с зеркально отражающими поверхност ми, т.е. шероховатостью не более 0,04 мкм по параметру Ra, В противном случае происходит диффузное рассе ние световых пусков при их отражении от поверхности и образование интерференционных полос становитс невозможным. Невозможность автоматизации данного устройства, а также его повышение чувствительности к температурным колебани м и другим внешним воздействи м резко ограничивают его применимость в ГАП.
Цель изобретени - расширение диапазона контролируемых объектов за счет измерени отверстий с шероховатой поверхностью.
Указанна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее последовательно установленные в оптически св занные источники света, коллимирующую оптическую систему, светоделитель, выполненный в виде клинообразного зеркала, формирующего два пучка света, две фокусирующие линзы, установленные по одной в каждом пучке, и регистратор, введены два зеркала, установленные по одному по ходу пучков света после соответствующих собирательных WH3, регистратор выполнен в виде позиционно-чувствительного , фотоприемника, а клинообразное зеркало выполнено с внутренним углом 9, определ емым неравенство 90° Q 180°. Зеркала установлены с возможностью перемещени вдоль оси источника излучени .
Устройство позвол ет проводить измерение линейных внутренних размеров отверстий как с зеркальнь1ми, так и диффузно отражающими поверхност ми, включа также легко деформируемые детали (тонкостенные или выполненные из м гких материалов). Устройство используетс в составе автоматизированного измерительного компле1 са, управл емого от микроЭВМ , и легко может быть включено в состав ГАП.
На фиг. 1 изображено устройство, принципиальна схема; на фиг, 2 - график распределени освещенности на площадке фотоприемника; на фиг. 3 - ход лучей в оптической системе при различных размерах контролируемого отверсти .
Устройство содержит источник 1 света, коллимирующую оптическую систему 2, светоделитель 3, фокусирующие линзы 4 и 5, зеркала 6 и 7, позиционно-чувствительный фотоприемник 8, усилитель 9 электрическог го сигнала и электронный блок 10 обработки сигналов.
Устройство работает следующим образом .
Световой пучок от лазерного источника 1 проходит коллимирующую оптическую систему 2, светоделителем 3 расщепл етс на два пучка, которые подают на поверхность измер емого отверсти 11 в двух противоположных точках.
Рассе нные поверхностью отверсти световые пучки проход т через фокусирующие линзы 4 и 5 и, отража сь от граней зеркал 6 и 7, попадают на позиционно-чувствительный фотоприемник 8 в виде двух отдельных распределений освещенности (фиг. 2). Электрические сигналы от позиционно-чувствительного фотоприемника усиливаютс , преобразуютс в цифровую форму. Дальнейша обработка сигналов заключаетс в вычислении координаты максимума освещенности каждого из двух полученных распределений освещенности. Разность координат пропорциональна внутреннему размеру измер емого отверсти .
Значени выходных злектрических сигналов завис т не только от интенсивности засветки той или иной чейки (элемента) позиционно-чувствительного фотопрйемт ника, но и случайным образом от статического разброса значений чувствительности к освещенности отдельных чеек. Поэтому имеетс веро тность смещени максимума сигнала по адресам чеек по отношению к его исти)ному значению, которое соответствовало бы наибольшей освещенности. Это в конечном счете приводит к погрешности определени внутреннего размера отверсти издели , так как он фиксирует по разности координат размещени чеек, дающих максимальный сигнал в обоих pStпределёни х . Точность отсчета координат может быть существенно повышена путем соответствующей обработки на ЭВМ выходных сигналов всех чеек в пределах засвеченного участка позиционно-чувствительного фотоприемника. Программируетс вычисление на ЭВМ координаты центра т жести линейки, состо щей из чувствительных элементов фотоприемника, причем вместо
масс элементов используют значени злектрических сигналов, пропорциональных освещенности .
Алгоритм вычислени координаты центра имеет вид
SXiEi
Х 2 Б
где Ei - значение сигнала засвеченного элемента матрицы позиционно-чувствительного фотоприемника;
Xi - координата засвеченного злемента.
Вычисленна таким образом координата лучшим образом соответствует максимуму функции распределени освещенности, чем координата чейки с максимальным сигналом . Увеличиваетс также разрешающа способность позиционно-чувствительного фотоприемника, котора ранее определ лась размерами его отдельного элемента. Теперь при описанной системе обработки ее результат может представл ть собой дробное число, что соответствует положению максимума освещенности светового п тна между двух элементов, которое нельз было зафиксировать раньше.
Поскольку устройство реализует двухточечную схему измерени , то совмещение линии измерени с измер емым диаметром в общем случае производитс известным способом , при котором измерительна головка перемещаетс в соответствующих плоскост х до получени экстремальных значений измер емого размера.
Claims (2)
- Дл определени граничных значений внутреннего угла клинообразного зеркала светоделител 3, а также угла наклона зеркал 6 и 7 принимаетс условие, чтобы отраженный луч л выходил параллельно подающему лучу Л и внутренней по ерхности измер емого отверсти (в случае круглого отверсти параллельно образующей цилиндра) (фиг. 3). Положение зеркала 7 характеризуетс углом наклона у его грани по отношению к зеркалу светоделител 3, При этом исходным параметром считаетс угол наклона а грани зеркала светоделител 3 по отношению к поверхности П. Угол а в эксплуатации устройства должен составл ть более 45 и менее 90°, т.е. находитс в интервале45-90°, а внутренний угол 6зеркала светоделител 3 - соответственно в интервале значений 180° в 90°. В противном случае, например при меньших значени х углов а и б , луч OD перемещаетс от вертикали влево и, отразившись от поверхности П, не попадает на зеркало 7, Угол между направлени ми падающего и отраженного лучей в точке О (угол отклонени ) 0) 180°-2/3. С другой стороны, угол (У, как внутренний между параллел ми Л и П и пересечением DO, вл етс дополнительным до 180° к углу 180°-2 а, т.е. й) 2 а. Приравнива эти выражени одного и того же угла ш, получим /3 90°- ее.. Тогда внутренний угол- между зеркалами 6 и 7 равен 77 2 уЗ 180°-2 а 180°- 0, так как 2а в. В треугольнике ABC имеем дл суммьг углов (180° - у) + (180° - а)+ /3 180°. После подстановки в последнее равенство полученного выражени дл угла уЗимеэму 270°-2 а, или у 270°- в, При уменьшении угла у и следовательно угла J/i отраженный от зеркала светоделител 3 луч поворачиваетс в сторону от оси отверсти к его стенке. Предельно допустимое уменьшение угла у и следовательно угла i, по сравнению с полученными равенствами дл этих углов, определ етс размером измер емого отверсти . При неограниченном уменьшении углов у и ту отраженный луч Л не выйдет из отверсти и будет срезан его кромкой. При увеличении размера измер емого отверсти (фиг. 3, новое положение нижней стенки увеличенного отверсти П обозначено штриховой линией) луч D О, отразившись от п , не попадает на зеркало 7 независимо от значени угла у . В таком случае дл расширени пределов измерени рекомендуетс перемещать, например с помощью микровинта, зеркало 7 вдоль оси головки в новое положение 7 (обозначено штриховой линией). Устройство позвол ет бесконтактным оптическим способом, использу двухточечную схему, проводить автоматически измерени линейных внутренних размеров сквозных и глухих отверстий как с зеркальными , так и диффузно отражающими inoBepхност ми , включа также легко деформируемые детали (тонкостенные или выполненные из м гких материалов). Не требуетс высока стабильность источника излучени , поскольку практически важна фиксаци чейки фотоприемника, имеющей относительный максимум освещенности по сравнению с другими чейками. Устройство используетс в составе автоматизированного измерительного комплекса, управл емого от микроэвм, и легко может быть включено в состав ГАП. Формула изобретени 1.Оптическое устройство измерени линейных внутренних размеров, содержащее последовательно установленные и оптически св занные источник света, коллимирующую оптическую систему, светоделитель, выполненный в виде клинообразного зеркала , формирующего два пучка света, две фокусирующие линзы, установленные по одной в каждом пучке, и регистратор, отличающе . ес тем, что, с целью расширени диапазона контролируемых объектов, оно снабжено двум зеркалами, установленными по одному по ходу.пучков света после соответствующих фокусирующих линз, регистратор выполнен в виде позиционно-чувствительного фотоприемника, а клинообразное зеркало выполнено с внутренним углом в, определ емым неравенством 90° 0 180°.
- 2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с тем, что, с целью расширени диапазона измер емых линейных размеров, зеркала установлены с возможностью перемещени вдоль оси источника света.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904781440A SU1712775A1 (ru) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | Оптическое устройство измерени линейных внутренних размеров |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904781440A SU1712775A1 (ru) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | Оптическое устройство измерени линейных внутренних размеров |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1712775A1 true SU1712775A1 (ru) | 1992-02-15 |
Family
ID=21491093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904781440A SU1712775A1 (ru) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | Оптическое устройство измерени линейных внутренних размеров |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1712775A1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19506167A1 (de) * | 1995-02-22 | 1996-08-29 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der Innengeometrie eines Bauteiles |
CN106969717A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-07-21 | 北方民族大学 | 对称光桥式自稳激光测径系统及其标定方法、测量方法 |
CN110923701A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-03-27 | 西安必盛激光科技有限公司 | 一种深盲孔内壁激光熔覆装置 |
-
1990
- 1990-01-12 SU SU904781440A patent/SU1712775A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Коломийцев Ю.В. Интерферометры. - Л.: Машиностроение, 1977, с. 175. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19506167A1 (de) * | 1995-02-22 | 1996-08-29 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der Innengeometrie eines Bauteiles |
CN106969717A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-07-21 | 北方民族大学 | 对称光桥式自稳激光测径系统及其标定方法、测量方法 |
CN106969717B (zh) * | 2016-12-29 | 2022-12-20 | 北方民族大学 | 对称光桥式自稳激光测径系统的标定方法、测量方法 |
CN110923701A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-03-27 | 西安必盛激光科技有限公司 | 一种深盲孔内壁激光熔覆装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1059752A (en) | Gauging surfaces by remotely tracking multiple images | |
CA1284834C (en) | Laser probe | |
US4340306A (en) | Optical system for surface topography measurement | |
US7298468B2 (en) | Method and measuring device for contactless measurement of angles or angle changes on objects | |
US6088110A (en) | Digital range sensor system | |
US4897536A (en) | Optical axis displacement sensor with cylindrical lens means | |
US4387994A (en) | Optical system for surface topography measurement | |
CN105758336B (zh) | 反射式激光差动共焦曲率半径测量方法与装置 | |
US3572937A (en) | Method and apparatus for interferometric measurement of machine slide roll | |
Jecić et al. | The assessment of structured light and laser scanning methods in 3D shape measurements | |
KR830001843B1 (ko) | 전기 광학식 중심선 측정장치 | |
US4009965A (en) | Method and apparatus for determining object dimension and other characteristics using diffraction waves | |
JPH0652170B2 (ja) | 光結像式非接触位置測定装置 | |
SU1712775A1 (ru) | Оптическое устройство измерени линейных внутренних размеров | |
Larichev et al. | An autocollimation null detector: development and use in dynamic goniometry | |
Yang et al. | Fiber optic surface topography measurement sensor and its design study | |
US3813166A (en) | Optical displacement indicator | |
US20200249330A1 (en) | Method and apparatus for determining the accuracy of a distance measuring device | |
Cielo et al. | Improvement of subpixel resolution in triangulation ranging by astigmatic spot projection and wide-aperture line array imaging | |
RU2822502C1 (ru) | Рефлектометр | |
RU2769305C1 (ru) | Автоколлиматор | |
JPH01235807A (ja) | 深さ測定装置 | |
Brown et al. | Industrial applications of an optical profilometer | |
Jaramillo-Nunez et al. | Measuring the parallelism of transparent and nontransparent plates | |
Mashimo et al. | Development of optical noncontact sensor for measurement of three-dimensional profiles using depolarized components of scattered light |