SU1744444A1 - Устройство дл измерени линейных размеров - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к электрооптическим измерител м геометрических размеров . Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  линейных размеров. Световой пучок от лазера 1 делитс  оптическим блоком 2 на два пучка, которые преобразуютс  в световые п тна на контролируемой поверхности 14. Изображение штрихов проецируютс  на поверхность пози- ционно-чувствительного фотоприемника 8 в виде световых штрихов, Затем осуществл ют сдвиг световых п тен вдоль позиционно- чувствительчого фотоприемника до тех пор, пока не засветитс  очередной элемент фотоприемника . Электронный блок определ ет измер емую величину расфокусировки и поправку по рассто нию между штрихами на фотоприемнике и показани м датчика положени  сканирующего элемента 10.4 ил. сл

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к электрооптическим измерител м геометрических размеров.

Известно фазоимпульсное устройство дл  измерени  размеров изделий, содержащее последовательно расположенные объектив , блок сканировани , выполненный в виде установленной с возможностью вращени  системы оптических элементов с плоскими отражающими поверхност ми, расположенными под углом относительно друг друга фотоприемник и электронный блок обработки информации. Недостатком известного устройства  вл етс  невысока  точность измерени .

Наиболее близким техническим решением , выбранным в качестве прототипа,  вл етс  устройство контрол  положени  линзы Френел  .содержащее лазер .блок раздвоени  светового пучка, механизм обтюрации с датчиком его положени , механизм сканировани  световых лучей, датчик положени , объектив фотоаппарата, поворотное зеркало, выполненное в виде объектива , в фокальной плоскости которого расположен позициейно-чувствительный фотоприемник, св занный с электронным 4 блоком обработки информации,

Недостатком известного устройства  вл етс  ограничение точности измерени  из- за дискретности рассто ни  между отдельными элементами позиционно-чувст- вительного фотоприемника, Кроме того, точность ограничиваетс  разбросом параЬ . N

N -N

метров позиционно-чувствительного фотоприемника , а именно:

неравномерностью чувствительности от - дельных элементов фотоприемника;

значительным технологическим допуском на позиционирование отдельных элементов фотоприемника.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  линейных размеров ,

Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство , содержащее последовательно ус- тановленные лазер, блок разделени  светового пучка на два, механизм обтюрации , объектив, светоделитель, приемную оптическую систему, выполненную в виде второго объектива и позиционно-чувствительного фотоприемника, установленного в фокальной плоскости второго объектива, и блок обработки информации, электрически св занный с фотоприемником, снабжено сканирующим элементом, установленным между вторым объективом и фотоприемником , и датчиком положени  сканирующего элемента, св занного со сканирующим элементом и блоком обработки информации.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема хода лучей дл  трех положений контролируемой поверхности; на фиг, 3 - сканирующий элемент; на фиг. 4 - схема хода лучей черезплоско пэ- раллельную пластину.

Устройство дл  контрол  линейных размеров (фиг. 1) содержит лазер 1, оптический блок 2 раздвоени  светового пучка, механизм 3 обтюрации с датчиком 4 его положени , объектив 5, светоделительный элемент б, второй объектив 7, в фокальной плоскости которого расположен позициомно-чувствп- тельный фотолриемник 8, св занный с электронным блоком 9 обработки информации, сканирующий элемент 10, датчик 11 положени  сканирующего элемента, механизм 12 транспортировки контролируемой поверхности , датчик 13 положени  контролируемой поверхности.

Устройство работает следующим образом .

Световой пучок от лазера 1 делитс  оптическим блоком 2 на два параллельных пучка, которые проход т через механизм 3 обтюрации 3 и объектив 5, попадают на контролируемую поверхность 14, на которой формируютс  два световых п тна. Вследствие диффузного отражени  от матовой кон- гролируемой поверхности образуютс  пучки лучей, направленные обратно к объективу 5, которые проход т его в обратном направлении, отражаютс  от светодели- тельного элемента 6 и попадают в объектив

7, который формирует в фокальной плоскости на позиционно-чувствительном фотоприемнике 8 изображение световых п тен в виде штрихов (объектив 7 содержит цилин- дрическую линзу 15).

Принцип работы устройства измерени  линейных размеров заключаетс  в следующем .

В электронный блок с пульта ЭВМ вво- дитс  эталонное значение заданного линейного размера, который крепитс  в ЭВМ на прот жении всего измерени ,

Непосредственно процесс измерени  осуществл етс  следующим образом: контролируема  поверхность смещаетс  на заданный шаг;

на ПЗС-линейке в результате диффузного отражени  от контролируемой поверхности и коммутации обтюратором луча лазера формируютс  поочередно два штриха;

по сигналу блока обработки информации с помощью сканирующего элемента осуществл етс  сдвиг световых п тен вдоль позиционно-чувствительного фото- приемника, Процесс контролируетс  с помощью датчика положени  сканирующего элемента;

сдвиг световых п тен продолжаетс  до момента по влени  сигнала от светового штриха на очередном элементе позиционно-чувствительного фотоприемника;

информаци  о координатах штрихов на позиционно-чувствительном фотоприемнике и о состо нии датчика положени  скани- рующего элемента поступает в блок обработки информации.

Электронный блок обработки информации определ ет величину расфокусировки (фиг. 2) по следующей формуле:

Ь

tlA Df7

где fs - фокусное рассто ние объектива 5; f - фокусное рассто ние объектива 7;

А - рассто ние между световыми штрихами в плоскости фотоприемника; D- рассто ние между пучками лучей. Знак величины расфокусировки опреде- л етс  информацией с датчика 4 и очередностью по влени  световых п тен на матовой контролируемой поверхности.

Первоначально величина оцениваетс  грубо, по количеству элементов позицион- но-чувствительного фотоприемника, расположенных между световыми штрихами.

Затем по команде блока обработки информации световые п тна сдвигаютс  вдоль позиционно-чувствительного фотоприемника с помощью сканирующего элемента. Beличина 5t смещени  фиксируетс  с помощью датчика положени  сканирующего элемента.

В момент времени, когда один из штрихов при движении вдоль позициокно-чувст- вительного фотоприемника высвечивает очередной его элемент, в блок обработки информации ввод тс  данные с датчика положени  сканирующего элемента и определ етс  величина смещени  д i. Аналогично определ етс  величина д 2 в момент времени , когда второй световой штрих засвечиваеточереднойэлемент позиционно-чувствительного фото приемника . Поправка рассто ни  между световы- ми штрихами определ етс  по формуле

мации. Тогда величина д смещени  световых п тен определ етс  по формуле

А л и т/1 -sin i ч д cfsmi(1 -( )

/ п2 - sin2

(4)

d - толщина плоскопараллельной-пластины;

i -угол падени  световых пучков на плоскопараллельную пластину;

п - показатель преломлени  плоскопараллельной пластины.

Величина угла падени  световых пучков на плоско-параллельную пластину (фиг.4)| определ етс  положением микрометрического винта по формуле

Д п (52- 51

Дл  уменьшени  погрешности, вызван- ной разбросом параметров отдельных элементов позиционно-чувствительного фотоприемника, определение поправки производитс  дл  нескольких элементов позиционно-чувствительного фотоприемника и определ етс  по формуле статистическа  поправка

-1

к 4

пК

(3)

Сканирующий элемент, предназначенный дл  дозированного сдвига световых п тен вдоль позиционно-чувствительного фотоприемника, может быть выполнен, например , в виде плоскопараллельной пластины 16 (фиг. 4), способной вращатьс  вокруг оси 0 . При повороте пластины вокруг оси О на угол i осуществл етс  смещение проход щих через нее световых лучей на величину д . Дл  поворота плоскопараллельной пластины может использоватьс , например, микрометрический винт 17, приводимый в движение электроприводом, св занным с электронным блоком 9 обработки информации .

Датчиком положени  сканирующего элемента в этом случае может служить уст- ройство измерени  величины поворота мик- рометрического винта 17. Дл  его реализации можно использовать, например , диск с р дом отверстий, ось которого св зана с микрометрическим винтом, и со- гласованные источник и приемник излучени , расположенные по разные стороны диска (фиг. 3), причем выход приемника излучени  св зан с блоком обработки инфор (2)

I arcsin а/с

(5)

0 5

0

5

,Q .,-

п ,-

с - радиус вращени  плоскопараллельной пластины;

а - величина смещени  микрометрического винта, определ ема  с помощью датчика угла поворота.

Применение устройства дл  измерени  линейных размеров позвол ет повысить точность измерений до 1-3 мкм.

Если шаг микрометрического винта 0.5 мм/об, а датчик угла поворота (фиг. 3)содер- жит 8 контрольных отверстий, то погрешность измерени  величины а (фиг, 4) составл ет 0,5/8 6. 25х10 2.

Тогда погрешность измерени  угла i a соответствии с (5) составл ет (при с 30 мм):

.3

Тогда погрешность величины смещени  световых штрихов в соответствии с (4) при d 1 мм, п 1,5 составл ет

д 1,2

Claims (1)

1. Учитыва  разброс чувствительности элементов позиционно-чувствительного фотоприемника , достигающий 30%, погрешность измерени  составл ет 1, мм. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  линейных размеров, содержащее последовательно установленные лазер, блок разделени  светового пучка на два, механизм обтюрации, датчик положени  механизма обтюрации, объектив, светоделитель, приемную оптическую систему, выполненную в виде второго объектива и позиционно-чувствительного фотоприемника, установленного в фокальной плоскости второго объектива и блок об- работки информации, электрически св занный с фотоприемником, отличающеес  тем, что, с целью повышени 

   точности измерени  линейных размеров, оно снабжено сканирующим элементом, установленным между вторым объективом и фотоприемником,отличающеес  тем, что. с целью повышени  точности измерени  линейных размеров, оно снабжено сканирующим элементом, установленным между вторым объективом и фотоприемником , и датчиком положени  сканирующего элемента, св занного со сканирующим элементом и блоком обработки информации .

   / 2 3

   Фаг. 2

   Фиг. з

   Фигл