SU1753260A1

SU1753260A1 - Device for object shape measurements

Info

Publication number: SU1753260A1
Application number: SU904788616A
Authority: SU
Inventors: Лев Маркович Сороко
Original assignee: Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1992-08-07

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике, предназначено дл бесконтактного оперативного обмера профил объекта и может быть использовано в метрологических лаборатори х и на машиностроительных заводах. Цель изобретени состоит в расширении диапазона контролируемых объектов. Лучи света от источника 1 света отражаютс внутренним и внешним элементами выпуклого трехэлементного зеркала 2 на элементы вогнутого трехэлементного зеркала 3. Так как образующие элементов зеркала 3 имеют формы дуги эллипса и дуги параболы, то лучи света, пересека сь на оси устройства, формируют интерференционное поле с продольной модул цией интенсивности. Лучи света, отраженные объектом, отража сь последовательно от зеркал 3 и 2, попадают на фотоприемник 4. При перемещении устройства с помощью системы 5 перемещени на выходе фотоприемника 4 формируетс переменный электрический сигнал, который обрабатываетс в блоке 6 записи данных. 3 ил. W fe VI ел со Ю Os о Фиг1The invention relates to a measuring and control technology, is intended for a contactless operational measurement of the profile of an object and can be used in metrological laboratories and in machine-building plants. The purpose of the invention is to expand the range of controlled objects. The rays of light from the light source 1 are reflected by the inner and outer elements of the convex three-element mirror 2 to the elements of the concave three-element mirror 3. Since the constituent elements of mirror 3 have the shapes of an ellipse arc and a parabolic arc, the rays of light intersect on the axis of the device and form an interference field longitudinal modulation of intensity. The rays of light reflected by the object, reflecting successively from mirrors 3 and 2, fall on the photodetector 4. When the device is moved using the movement system 5, a variable electrical signal is generated at the output of the photoreceiver 4, which is processed in the data recording unit 6. 3 il. W fe VI ate with Yu Os on Fig1

Description

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике, предназначено дл бесконтактного оперативного обмера профил объекта и может быть использовано в метрологических лаборатори х и на машиностроительных заводах.The invention relates to a measuring and control technology, is intended for a contactless operational measurement of the profile of an object and can be used in metrological laboratories and in machine-building plants.

Дл бесконтактного измерени профил объекта используют систему из лазера и двух или более электронных теодолитов. Обмер ема точка объекта освещаетс пучком света от лазера. Положение освещенной точки объекта в пространстве в системе координат X, Y, Z определ етс методом засечек при помощи двух-четырех электронных теодолитов позвол ет определить координаты X, Y освещенной точки при помощи компьютера.For contactless measurement of the object profile, a system of a laser and two or more electronic theodolites is used. The measurement of the object point is illuminated by a beam of light from a laser. The position of the illuminated point of the object in space in the X, Y, Z coordinate system is determined by the serif method using two to four electronic theodolites, which makes it possible to determine the X, Y coordinates of the illuminated point using a computer.

Недостаток подобной системы измерени профил объекта состоит в том, что погрешность измерени в ней ограничена диаметром пучка света от лазера, который составл ет около 0,1 мм, а также в том, что система обладает низким быстродействием . Последнее вытекает из того, что дл бесконтактного измерени профил объек: та последний необходимо освещать последовательно во многих точках объекта путем изменени ориентации пучка света от лазера и электронных теодолитов.The disadvantage of such a system for measuring the profile of an object is that the measurement error in it is limited by the diameter of the light beam from the laser, which is about 0.1 mm, and also that the system has a low speed. The latter follows from the fact that for contactless measurement of the object profile: the latter must be illuminated sequentially at many points of the object by changing the orientation of the light beam from the laser and electronic theodolites.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс устройство дл измерени профил роговицы глаза (ке- ратометр), содержащее точечный источник света, систему освещени , объектив, точечный фотоприемник, блок записи данных, а также систему перемещени и контрол положени устройства относительно объекта, система освещени и объектив выполнены в виде единого блока из выпуклого трехэлементного зеркала из трех по сков, внутреннего , среднего и внешнего, и вогнутого трехэлементного зеркала из трех по сков, внутреннего, среднего и внешнего, образующие по сков выпуклого трехэлементного зеркала имеют вид пр мых линий, образующие по сков вогнутого трехэлементного зеркала имеют вид дуг парабол, фокус дуг парабол внутреннего и внешнего по сков выпуклого трехэлементного зеркала находитс в точке, где расположено мнимое изображение точечного источника света, формируемое внутренним и внешним по сками выпуклого трехэлементного зеркала , фокус дуги параболы среднего по ска выпуклого трехэлементного зеркала находитс в точке, где расположено мнимое изображение точечного фотоприемника, формируемое средним по ском выпуклого трехэлементного зеркала, точечный источник света и точечный фотоприемник жесткоThe closest technical solution to the present invention is a device for measuring the profile of the cornea of the eye (keratometer) containing a point source of light, a lighting system, a lens, a point photoreceiver, a data recording unit, and a system for moving and controlling the position of the device relative to the object, the lighting system and the lens is made in the form of a single unit of a convex three-element mirror of three dimensions, internal, middle and external, and a concave three-element mirror of three dimensions, internal, middle o and external, forming the convex three-element mirror, have the form of straight lines, forming the concave three-element mirror, have the form of parabolic arcs, the focus of the internal and external parabolic arches of the convex three-element mirror is located at the point where the imaginary image of the point light source is located, formed by the internal and external cusps of the convex three-element mirror, the focus of the arc of the parabola of the middle curve of the convex three-element mirror is located at the point where the virtual image is located Spot metering photodetector formed on an average three-element skom convex mirror, a point light source and the light detector are rigidly point

скреплены с системой освещени и с объективом .bonded to the lighting system and to the lens.

Недостаток прототипа состоит в том, что обмер емый объект должен иметьThe disadvantage of the prototype is that the object to be measured must have

достаточно простой и плавный профиль.fairly simple and smooth profile.

Цель изобретени - расширение диапазона контролируемых объектов.The purpose of the invention is to expand the range of controlled objects.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве, содержащем последовательноThe goal is achieved by the fact that in a device containing

0 установленные точечный источник света, объектив, включающий оптически св занные выпуклое трехэлементное коническое зеркало и вогнутое трехэлементное коническое зеркало, фотоприемник, блок регистра5 ции, электрически св занный с фотоприемником , и систему перемещени и контрол положени устройства, при этом вогнутое трехэлементное коническое зеркало выполнено с образующей внешнего или внутрен0 него элемента в виде дуги эллипса, первый фокус которого расположен в точке, где находитс мнимое изображение точечного источника света, формируемое внешним или внутренним, соответственно, элементом0 an installed point source of light, a lens that includes an optically coupled convex three-element conical mirror and a concave three-element conical mirror, a photoreceiver, a recording unit that is electrically connected to the photoreceiver, and a system for moving and controlling the position of the device, while the concave three-element conical mirror forming an external or internal element in the form of an arc of an ellipse, the first focus of which is located at the point where the imaginary image of the point source of light is located, formed by external or internal, respectively, element

5 выпуклого трехэлементного зеркала, а второй фокус эллипса находитс в точке, равноудаленной от поверхности этого элемента и от точки пересечени пучков света с осью симметрии устройства.5 of the convex three-element mirror, and the second focus of the ellipse is at a point equidistant from the surface of this element and from the point of intersection of the light beams with the axis of symmetry of the device.

0 Отличительными признаками предлагаемого устройства вл ютс образующа внешнего или внутреннего элемента выполнена в виде дуги эллипса; первый фокус указанного эллипса расположен в точке, где0 Distinctive features of the proposed device are forming an external or internal element made in the form of an arc of an ellipse; the first focus of the specified ellipse is located at the point where

5 находитс мнимое изображение точечного источника света, формируемое внешним или внутренним, соответственно, элементом выпуклого трехэлементного зеркала; второй фокус указанного эллипса находитс 5, an imaginary image of a point source of light is formed by an external or internal, respectively, element of a convex three-element mirror; the second focus of the specified ellipse is

0 в точке, равноудаленной от поверхности этого элемента и от точки пересечени пучков света с осью симметрии устройства.0 at the point equidistant from the surface of this element and from the point of intersection of the light beams with the axis of symmetry of the device.

На фиг. 1 представлена схема устройства дл измерени профил объекта; на фиг,FIG. 1 shows a diagram of an apparatus for measuring an object profile; in fig

5 2 - вид продольной модул ции интенсивности света; на фиг. 3 - выходные сигналы устройства при измерении двух видов объектов ,5 2 is a view of the longitudinal modulation of the light intensity; in fig. 3 - output signals of the device when measuring two types of objects,

Устройство содержит точечный источ0 ник 1 света, выпуклое трехэлементное зеркало 2, вогнутое трехэлементное зеркало 3, фотоприемник 4, систему 5 перемещени и контрол положени устройства относительно объекта и блок записи данных.The device contains a point source of light 1, a convex three-element mirror 2, a concave three-element mirror 3, a photodetector 4, a system 5 for moving and monitoring the position of the device relative to an object, and a data recording unit.

5 Устройство работает следующим образом .5 The device operates as follows.

Включают точечный источник 1 света, точечный фотоприемник 4, систему 5 перемещени и контрол положени устройства относительно объекта, а также блок 6 записи данных. Объект подвод т к устройству так, чтобы перепад глубины объекта не превышал длину участка, на котором происходит продольна модул ци интенсивности света. Затем дают команду системе 5 перемещени и контрол положени устройства, и оно начинает перемещатьс вместе с точечным источником 1 света, выпуклым трехэлементным зеркалом 2, вогнутым трехэлементным зеркалом 3 и точечным фотоприемником 4.Перемещение идет вдоль направлени , которое перпендикул рно оптической оси устройства и соответствует минимальному перепаду глубин обмер емого объекта. После окончани обмера движение прекращают и возвращают устройство в исходное положение. В блок 6 записи данных поступают все необходимые данные об объекте с любым профилем. Описанные операции можно повторить требуемое число раз с одним и тем же объектом, или перейти к измерению профил другого объектаA point source 1 of light, a point photodetector 4, a system 5 for moving and monitoring the position of the device relative to an object, as well as a data recording unit 6 are included. The object is brought to the device so that the depth difference of the object does not exceed the length of the section where the longitudinal modulation of the light intensity occurs. Then, a command is given to the system 5 for moving and controlling the position of the device, and it begins to move along with a point source of light 1, a convex three-element mirror 2, a concave three-element mirror 3 and a point photodetector 4. The movement goes along a direction that is perpendicular to the optical axis of the device and corresponds to the minimum depth difference of the measured object. After the end of the measurement, the movement is stopped and the device is returned to its original position. In block 6 data records receive all the necessary data about the object with any profile. The described operations can be repeated as many times as necessary with the same object, or proceed to measuring the profile of another object.

При работе устройства происходит следующее . Лучи света из точечного источника 1 света освещают выпуклое трехэлементное зеркало 2. Отраженные от внутреннего и внешнего элементов выпуклого трехэлементного зеркала 2 лучи света попадают на внутренний и внешний элементы вогнутого трехэлементного зеркала 3 соответственно. Так как образующие указанных двух элементов вогнутого трехэлементного зеркала 3 отличаютс друг от друга, а именно одна из образующих вл етс дугой эллипса, а друга - другой параболы, то лучи света, отраженные от указанных двух элементов трехэлементного зеркала 3,- пересекаютс на оптической оси устройства таким образом , что угол между волновыми векторами интерферирующих полей измен етс вдоль оптической оси устройства. Возникает продольна модул ци интенсивности светаWhen the device operates, the following occurs. Rays of light from a point source of light 1 illuminate a convex three-element mirror 2. Reflected from the internal and external elements of a convex three-element mirror 2 rays of light fall on the internal and external elements of the concave three-element mirror 3, respectively. Since the generators of these two elements of a concave three-element mirror 3 are different from each other, namely, one of the generators is an arc of an ellipse, and the other is another parabola, the light rays reflected from these two elements of the three-element mirror 3 intersect on the optical axis of the device such that the angle between the wave vectors of the interfering fields changes along the optical axis of the device. Longitudinal modulation of light intensity occurs.

(фиг 2). В точке, ближайшей к устройству, период модул ции интенсивности света меньше периода модул ции интенсивности света в точке, удаленной от устройства. Это(Fig 2). At the point closest to the device, the period of modulation of the light intensity is less than the period of modulation of the intensity of light at a point remote from the device. it

приводит к тому, что устройство теперь способно отличать один от другого два объекта с профил ми А и Б (фиг. 1), которые в прототипе дали тождественные цуги импульсов фототока.leads to the fact that the device is now able to distinguish one from the other two objects with profiles A and B (Fig. 1), which in the prototype gave identical train of photocurrent pulses.

На фиг. 3 видно, что цуг импульсов фототока от объекта с профилем А (вверху) существенно отличаетс от цуга Импульсов фототока от объекта с профилем В (внизу). Тем самым удаетс сн ть ограничение наFIG. 3 that the train of photocurrent pulses from an object with profile A (above) is significantly different from the train of photocurrent pulses from an object with profile B (below). Thereby, the restriction on

класс объектов, профили которых можно од позначно измер ть данным устройством.A class of objects whose profiles can be uniquely measured by this device.

Claims

The invention of the device for measuring the profile

object containing a series-mounted point source of light, a lens comprising an optical coupled convex three-element conical mirror and a concave three-element conical

a mirror, a photodetector, a recording unit, associated with the photoreceiver, and a system for moving and controlling the position of the device, characterized in that, in order to extend the range

objects under control, a concave three-element conic mirror is made with an elliptical arc of an external or internal element, the first focus of which is located at the point where

an imaginary image of a point source of light, formed by an external or internal element of a convex three-element mirror, respectively, and the second focus of the ellipse is located at a point equidistant

from the surface of this element and from the point of intersection of the light beams with the axis of symmetry of the device.

sh

Fig.Ј

mm / mm / m / mm / -,

pct shshshtshsh

t sht.

u ////////// / t

W / I / W 7 /

Y //////// // W // y // W / y //

w% yy / z

222 222Zh222 222222 222222yb2222

///// JT /////////////////////.

t / t /

// AT777 ////////////////////// L