SU1728654A1

SU1728654A1 - Method of determination of position of workpiece with hole

Info

Publication number: SU1728654A1
Application number: SU904828718A
Authority: SU
Inventors: Татьяна Степановна Кондратова; Александр Борисович Самсонов; Георгий Дмитриевич Семилетов; Вячеслав Михайлович Чеканов
Original assignee: Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1992-04-23

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть ис пользовано дл определени положени детали со сквозным отверстием, прот женность которого превышает размер поперечного сечени отверсти . Целью изобретени вл етс повышение точности и расширение технологических возможностей способа за счет определени как линейных, так и угловых параметров положени детали, а также за счет устранени погрешности, обусловленной линейными отклонени ми оси отверсти относительно базовой оси. При измерении формируют с помощью излучателей (лазеров 1) не менее четырех лучей света, один из которых направлен по оси отверсти детали 2, симметрично относительно остальных. Об угловом и линейном положении отверсти в детали суд т по расположению полей освещенности на экране 3, образованных лучами, отраженными от внутренней поверхности отверсти , относительно пол освещенности, образованного лучом, напр мую прошедшим сквозь отверстие . Затем экран 3 устанавливают на другом рассто нии от детали 2 и повтор ют измерение. Peзyльtaты измерений используют дл определени линейных и угловых отклонений детали 2. 4 ил. (Л СThe invention relates to an instrumentation technique and can be used to determine the position of a part with a through hole, the extent of which exceeds the cross-sectional size of the hole. The aim of the invention is to improve the accuracy and expand the technological capabilities of the method by determining both linear and angular parameters of the part, as well as by eliminating the error due to linear deviations of the axis of the hole relative to the base axis. When measuring, they form with the help of emitters (lasers 1) at least four rays of light, one of which is directed along the hole axis of the part 2, symmetrically with respect to the others. The angular and linear position of the hole in the part is judged by the location of the illuminance fields on the screen 3, formed by the rays reflected from the inner surface of the hole, relative to the illumination field formed by the beam that directly passes through the hole. Screen 3 is then mounted at a different distance from part 2 and the measurement is repeated. Measurements of measurements are used to determine the linear and angular deviations of the part 2. 4 Il. (Ls

Description

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл определени положени детали со сквозным отверстием, прот женность которого превышает размер поперечного сечени отверсти .The invention relates to a measurement and measurement technique and can be used to determine the position of a part with a through hole, the extent of which exceeds the cross-sectional size of the hole.

Известен способ определени углов поворота объекта, заключающийс в том, что направл ют пучок излучени на объект, формируют два отраженных от объекта пучка с помощью отражател , выполненного в виде двух призм БР-1800 с взаимно ортогональными ребрами, и один из них оптически поворачивают до совмещени проекции направл ющего вектора коллимированного пучка на одну из осей чувствительности анализатора с другой и измер ют одноименные координаты полученных оптических изображений по одной оси чувствительности анализатора.A known method for determining the angles of rotation of an object consists in directing a beam of radiation to an object, forming two beams reflected from the object using a reflector made in the form of two BR-1800 prisms with mutually orthogonal ribs, and one of them is optically rotated to align the projection of the collimated beam guide vector onto one of the sensitivity axes of the analyzer with the other and the like coordinates of the obtained optical images are measured along the same sensitivity axis of the analyzer.

Недостатком известного способа вл етс невозможность измерить угловые смещени отверсти , что обусловлено наличием св занного с объектом отражател , состо щего из двух призм. Установка в отверстии малого диаметра двух призм технически невозможна.The disadvantage of this method is the impossibility to measure the angular displacements of the hole, which is caused by the presence of a reflector associated with the object, consisting of two prisms. Installation in the hole of small diameter of two prisms is technically impossible.

Наиболее близким по технической сущности вл етс способ измерени углового положени детали с отверстием, заключающийс в том, что освещают внутреннюю поверхность отверсти двум точечными источниками света, расположенными симметрично относительно базовой оси, угловое положение детали в плоскости измерени , проход щей через базовую ось и геометрические центры источников света, определ ют в плоскости, перпендикул рной базовой линии, вдоль линии пересечени данной плоскости с плоскостью измерени по величине несимметричности распределени полей освещенности, образованных лучами, напр мую прошедшими через отверстие, относительно полей освещенности , образованных лучами, отраженными от внутренней поверхности отверсти .The closest in technical essence is a method of measuring the angular position of a part with an aperture, which consists in illuminating the inner surface of the aperture with two point light sources symmetrically located relative to the base axis, the angular position of the part in the measurement plane passing through the base axis and geometric centers light sources are determined in a plane perpendicular to the baseline, along the line of intersection of this plane with the measurement plane by the value of asymmetry EFINITIONS illumination fields formed by the rays, is directly passed through the aperture, with respect to the illumination field formed by the rays reflected from the inner surface of the hole.

Недостатками известного способа вл ютс невозможность измер ть линейные смещени отверсти в плоскости, перпендикул рной оси отверсти , и невысока точность , Линейные отклонени оси отверсти относительно базовой оси привод т к изменению положени полей, образованных отраженными от внутренней поверхности отверсти лучами. По положению этих полей в плоскости регистрации суд т об угловом положении отверсти . Поэтому линейные отклонени оси отверсти вл ютс источником погрешности при измерении углового положени отверсти и обуславливают невысокую точность измерени . Цель изобретени - расширение технологических возможностей измерений путемThe disadvantages of this method are the inability to measure linear displacements of a hole in a plane perpendicular to the axis of the hole, and low accuracy. Linear deviations of the axis of the hole relative to the base axis result in a change in the position of the fields formed by the rays reflected from the internal surface of the hole. According to the position of these fields in the registration plane, the angular position of the hole is judged. Therefore, the linear deviations of the axis of the hole are a source of error in measuring the angular position of the hole and cause a low accuracy of measurement. The purpose of the invention is to expand the technological capabilities of measurements by

обеспечени возможности определ ть линейное положение отверсти относительно базовой оси, а также повышение точности измерени углового положени оси отверсти за счет устранени погрешности, обусловленной линейными отклонени ми оси отверсти относительно базовой оси.enabling the linear position of the hole relative to the base axis, as well as improving the accuracy of measuring the angular position of the axis of the hole by eliminating the error caused by linear deviations of the axis of the hole relative to the base axis.

Поставленна цель достигаетс за счет того, что деталь располагают между осветителем и экраном так, что ось отверсти номинально совпадает с линией измерени , перпендикул рной поверхности экрана, направл ют на деталь два луча света симметрично относительно линии измерени , и имеющих возможность проходить через отверстие детали и отражатьс от ее внутренней поверхности, и измер ют один из параметров распределени освещенности полей, образованных лучами в плоскости экрана, вдоль линии пересечени плоскостиThe goal is achieved by placing the part between the illuminator and the screen so that the axis of the hole nominally coincides with the line of measurement, perpendicular to the screen surface, directs two beams of light onto the part symmetrically relative to the line of measurement, and having the ability to pass through the hole of the part and reflect from its inner surface, and measure one of the parameters of the distribution of the illumination of the fields formed by the rays in the screen plane along the intersection line of the plane

экрана и плоскости, образованной линией измерени и оптическими ос ми лучей света , направл ют на деталь не менее двух дополнительных лучей света, один из которых располагают в плоскости, проход щей через линию измерени перпендикул рно плоскости, проход щей через линию измерени и оптические оси основных лучей света , а другой ориентируют так, что его оптическа ось совпадает с осью симметрииthe screen and the plane formed by the measurement line and the optical axes of the light rays are directed to the part at least two additional light rays, one of which is located in a plane passing through the measurement line perpendicular to the plane passing through the measuring line and the optical axes of the main rays of light, and the other is oriented so that its optical axis coincides with the axis of symmetry

других вышеупом нутых лучей, периферийных по отношению к нему, измен ют и фиксируют рассто ние между деталью и экраном, зафиксированное рассто ние используют при определении положени детали , а в качестве параметра измер ют смещение полей освещенности, образованных периферийными лучами относительно пол освещенности, образованного лучом, проход щим через ось симметрии периферийных лучей.Other above-mentioned rays, peripheral with respect to it, change and fix the distance between the part and the screen, the fixed distance is used in determining the position of the part, and as a parameter measure the displacement of the illuminated fields formed by the peripheral beams relative to the illuminated field formed by the beam passing through the axis of symmetry of peripheral rays.

На фиг.1 представлено формирование отраженных лучей при отсутствии отклонений расположени отверсти ; на фиг.2 - тоFigure 1 shows the formation of reflected rays in the absence of deviations in the location of the hole; figure 2 - then

же, при наличии угловых отклонений; на фиг.З - то же, при наличии линейных отклонений расположени ; на фиг.4 - схема устройства , реализующего предлагаемый способ.however, in the presence of angular deviations; fig. 3 - the same, in the presence of linear deviations of the arrangement; figure 4 - diagram of the device that implements the proposed method.

Дл простоты рассматриваетс случай, когда формируютс п ть исходных пучков света, один из которых вл етс осью симметрии остальных четырех, расположенных попарно в двух взаимно перпендикул рных плоскост х.For simplicity, a case is considered where five original beams of light are formed, one of which is the axis of symmetry of the other four, arranged in pairs in two mutually perpendicular planes.

Когда отсутствуют отклонени расположени оси отверсти относительно осевого пучка света (фиг.1), отраженные от внутренней поверхности отверсти лучи симметрич- ны относительно исходного осевого луча, прошедшего сквозь отверстие.When there are no deviations in the location of the axis of the hole relative to the axial light beam (Figure 1), the rays reflected from the internal surface of the hole are symmetrical with respect to the original axial beam passing through the hole.

Отклонение расположени оси отверсти относительно осевого пучка света привод т к нарушению симметрии отраженных лучей относительно осевого пучка. Малым угловым смещени м оси отверсти относительно осевого пучка (фиг.2) пр мо пропорциональны смещению двух отраженных оптических полей, наход щихс в плоскости смещени оси отверсти относительно оптического пол , прошедшего сквозь отверстие .The deviation of the axis of the hole relative to the axial beam of light leads to a violation of the symmetry of the reflected rays relative to the axial beam. The small angular displacements of the axis of the hole relative to the axial beam (Fig. 2) are directly proportional to the displacement of two reflected optical fields located in the plane of displacement of the axis of the hole relative to the optical field passing through the hole.

При этом смещение А точки С, вл ющейс серединой отрезка АВ, соедин юще- го изображени указанных двух отраженных лучей в плоскости регистрации, пр мо пропорционально угловому смещению оси отверсти относительно осевого пучка. Величина Атакже пр мо пролорци- ональна рассто нию I от плоскости регистрации до отверсти .At the same time, the offset A of point C, which is the midpoint of the segment AB, which connects the images of these two reflected rays in the recording plane, is directly proportional to the angular displacement of the axis of the hole relative to the axial beam. The value is also directly prolortional to the distance I from the recording plane to the hole.

Малым линейным смещением оси отверсти относительно осевого пучка пр мо пропорциональны смещени двух отражен- ных оптических полей, наход щихс в плоскости смещени оси отверсти (фиг.З). Смещение точки С, вл ющейс серединой отрезка АВ, соедин ющего изображени указанных двух отраженных лучей в плоско- сти регистрации, пр мо пропорционально линейному смещению оси отверсти относительно осевого пучка и не зависит от рассто ни I от плоскости регистрации до отверсти .A small linear displacement of the axis of the aperture relative to the axial beam is directly proportional to the displacement of two reflected optical fields located in the plane of displacement of the axis of the aperture (Fig. 3). The offset of the point C, which is the middle of the segment AB, connecting the images of these two reflected rays in the registration plane, is directly proportional to the linear displacement of the axis of the hole relative to the axial beam and does not depend on the distance I from the registration plane to the hole.

Таким образом, при наличии малых углового а и линейного д смещений водной плоскости смещение А точки, вл ющейс серединой отрезка, соедин ющего изображени на плоскости регистрации отражен- ных лучей в плоскости угловых и линейных смещений, записываютс в видеThus, in the presence of small angular a and linear displacement of the water plane, the displacement A of a point that is the midpoint of a segment connecting images on the plane of registration of reflected rays in the plane of angular and linear displacements is recorded as

Д 5-Н«.(1)D 5-N ". (1)

Если линейное и угловое смещени имеют место в разных плоскост х, то из (1) следует покоординатное выражениеIf linear and angular displacements take place in different planes, then from (1) follows the coordinate expression

(2)(2)

ДХ 5х+1ах; AY (5y +Icry;HH 5x + 1x; AY (5y + Icry;

Замер величины АХ и AY в плоскости регистрации, расположенной на двух разных рассто ни х h и 2 от отверсти , получают две неоднородных системы линейных алгебраических уравненийMeasuring the magnitude of AX and AY in the registration plane, located at two different distances x h and 2 from the hole, get two inhomogeneous systems of linear algebraic equations

(AXi 5x +liax;(AXi 5x + liax;

tAX2 &+l2ax;(3)tAX2 & + l2ax; (3)

fAYi ду + liay;fAYi dy + liay;

(AY2 ду + hay;(AY2 dy + hay;

Решение двух систем уравнений (3) а- л етс набором отклонений расположени оси отверсти относительно осевого пучка.The solution of two systems of equations (3) is a set of deviations of the location of the axis of the hole relative to the axial beam.

При необходимости/например, оценить только угловые отклонени отверсти , достаточно замерить величины АХ и AY в плоскости регистрации, установленной только на одном рассто нии от отверсти .If necessary / for example, to estimate only the angular deviations of the aperture, it is sufficient to measure the magnitudes AX and AY in the recording plane established only at one distance from the aperture.

Устройство содержит п ть лазеров 1, один из которых устанавливаетс вдоль оси симметрии, а четыре других попарно устанавливаютс симметрично в двух взаимно перпендикул рных плоскост х, деталь 2 с отверстием и экран 3.The device contains five lasers 1, one of which is installed along the axis of symmetry, and four others are installed in pairs symmetrically in two mutually perpendicular planes, part 2 with a hole and screen 3.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Луч света от центрального лазера проходит сквозь отверстие, а лучи остальных четырех отражаютс от внутренней поверхности отверсти . На экране 3 регистрируют в системе координат экрана смещени АХ и A Y точки, вл ющейс серединой отрезка , соедин ющего изображени отраженных лучей, Эти лучи вл ютс результатом отражени от внутренней поверхности отверсти лучей лазеров, симметричных относительно осевого лазера. Экран 3 устанавливают на другом рассто нии от отверсти . При этом регистрируют смещени А X и AY. По четырем замеренным величинам и двум рассто ни м до экрана в соответствии с выражением (3) оценивают линейные и угловые отклонени расположени отверсти относительно луча света осевого лазера.The beam of light from the central laser passes through the hole, and the rays of the other four are reflected from the inside surface of the hole. On screen 3, the displacements AX and A Y of the point that is the midpoint of the segment connecting the images of the reflected rays are recorded in the coordinate system of the screen. These rays are the result of the reflection of laser beams symmetric about the axial laser from the hole's inner surface. Screen 3 is mounted at a different distance from the hole. In this case, the displacements A X and AY are recorded. The four measured values and two distances to the screen, in accordance with expression (3), estimate the linear and angular deviations of the position of the aperture relative to the beam of light from the axial laser.

Claims

Invention Formula

A method of measuring the position of a part with an aperture, in which the part is placed between the illuminator and the screen, two non-parallel beams of light, symmetrical with respect to the line perpendicular to the screen and lying in the same plane, are directed onto the part and measure one of the parameters of the light distribution fields formed by rays in the plane of the screen, characterized in that, in order to increase accuracy and expand technological capabilities by determining both linear and angular position parameters of the part, for example is added to the item at least two additional light beams, one of which is disposed in a plane perpendicular to the plane defined by the optical axes of principal rays of light and passing through their axis of symmetry and the other is oriented

so that its optical axis coincides with the axis of symmetry of the main rays, changes and fixes the distance between the part and the screen, the fixed distance is used to determine the position

details, and as a parameter, the displacement of the light fields formed by the rays relative to the light field formed by the beam passing through the axis of symmetry of the main rays is measured.