Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей

Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ по авт.св. 934214, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерения, оно снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью так, что его отражающая поверхность расположена на оси линзовой телескопической системы Галлилея, под углом 40-50° к ней с возможностью регулировки, системой из двух зеркал полного отражения, одно из которых установлено так, что его отражающая поверхность пересекает перпендикуляр к оси линзовой телескопической системы Галлилея, проведенный через точку ее пересечения с полупрозрачньм зеркалом, а другое установлено так, что его отражакнцая поверхность пересекает линию, проведенную параллельно оси линзовой телескопической системы Галлилея через точку пересечения вышеуказанного перпендикуляра с первым зеркалом,отражающие поверхности обоих зеркал полного отражения расположены под углом 40-50° к оси линзовой телескопической системы с возможностью регулировки, вторым микроскопом наблюдения, состоящим из объектива, установленного так, что его главная оптическая ось расположена под углом 45° к оси линзо§ вой телескопической системы Галлилея , маски с тремя параллельными щелями, установленными в фокальной плоскости объектива, трех фотоэлемен тов, каждый из которых установлен за одной из трех щелей, и сервоприводом с блоком управления, связанным со, стойкой и включакяцим схемы подъема, остановки и опускания стойки, первый из фотоэлементов соединен со схемой N0 подъема, второй фотоэлемент - со схемой остановки, а третий - со схемой опускания стойки. У ЭО :о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (Н) 3(59 G 01 В ll/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i (61) 934214 (21) 3613631/25-28 (22) 21.04.83 (46) 30. 1084 . Бюл. Р 40. (72) В.В.Алексеенко, Б.С.Давыдов, Р.И.Енгалычев, Н.A.Áóðãàíîâ и В.Г.Сарамбаев (71) Завод-ВТУЗ при Московском автомобильном заводе им.И,A.Ëèõà÷åâà (53} 531 ° 715.27(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

9 934214, кл. G 01 В ll/02, 11.07.70 (прототип), (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ SECKOHTAKTHOГО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ по авт.св. Р 934214, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и производительности измерения, оно снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью так, что его отражающая поверхность раслоложена на . оси линзовой телескопической системы

Галлилея, под углом 40-50 к ней с возможностью регулировки, системой иэ двух зеркал полного отражения, одно нз которых установлено так, что его отражающая поверхность пересекает перпендикуляр к оси линзовой телескопической системы Галлилея, проведенный через точку ее пересечения с полупроэрачньм зеркалом, а другое установлено так, что его.отражающая поверхность пересекает линию, проведенную параллельно оси линзовой телескопической системы Галлилея через точку пересечения вышеуказанного перпендикуляра с первым зеркалом,отражающие поверхности обоих зеркал полного отражения расположены под углом

40-50 к оси линзовой телескопической системы с воэможностью регулировки, вторым микроскопом наблюдения, состоящим из объектива, установленного так, что его главная оптическая ось расположена под углом 45 к оси линзо- Е вой телескопической системы Галлилея, маски с тремя параллельными щелями, установленными в фокальной плоскости объектива, трех фотоэлемен тов, каждый из которых установлен за одной из трех щелей, и сервоприводом Я с блоком управления, связанным со, стойкой и включающим схемы подъема, остановки и опускания стойки, первый .из фотоэлементов соединен со схемой подъема, второй фотоэлемент — со схемой остановки, а третий — со схемой опускания стойки.

1121583

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения нз-за возникновения погрешности измерения в случае нестабильности положения базовой поверхности, на которой расположена деталь, что, в частности, имеет место при измерении деталей на столе плоскошлифовального станка. Так как прибор работает по методу сравнения с мерой и настраивается по образцовой детали или концевым мерам длины, то нестабильность положения базовой поверхности стола

35 приводит к возникновению дополнительной погрешности измерения и для,ее 40 устранения требуется частая корректировка настройки прибора по концевьм мерам, что приводит к потере производительности.

Цель изобретения — повышение точ- 4$ ностЫ и производительности измерения.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, содержащее стойку, установленные íà 5g ней двойной микроскоп (гелий-неоновый лазер), включающий осветитель-, ный микроскоп с источником света и световой щелью и мцйроскоп наблюдения с объективом, причем осветительный микроскоп содержит линзовую телескопическую систему Галлилея, состоящую иэ собирательного ахроматического объектива и.рассеивательной двояковогнутой линзы, закрепленную неподвижно между источником света и световой щелью, а микроскоп наблюдения содержит криволинейное зеркало, установленное на половине фокусного расстояния от .объектива,. фотоприемники, расположенные в фокальнбй плос- Я

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению линейных размеров деталей оптическим бесконтактным методом.

По основному авт.св. Р 934214 известно устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, содержащее стойку, установленные на ней двойной микроскоп, включающий осветительный микроскоп с источником света и световой щелью и микроскоп 10 наблюдения с объективом, причем осветительный микроскоп содержит лин зовую телескопическую систему Галли:: лея, состоящую из собирательного ахроматического объектива и рассеива- )5 тельной двояковогнутой линзы, закрепленную непфдвижно между источником света и световой щелью, а микроскоп наблюдения содержит криволинейное зеркало, установленное на половине Фокусного расстояния от объекти ва, фотоприемники, расположенные в фокальной плоскости объектива, В качестве источника света в устройстве использован гелий-неоновый лазер Г1) ° кости объектива, снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью так, что его отражающая поверхность расположена на оси линзовой телескопической ""èñòåÌû Галлилея, под углом 40-50 к ней с возможностью регулировки, системой иэ двух зеркал полного отражения, одно иэ которых установлено так, что его отражающая поверхность пересекает перпендикуляр к оси линзовой телескопической системы Галлилея, проведенной через точку ее пересечения с полупрозрачным зеркалом, а другое установлено так, что его отражающая поверхность пересекает линию, проведенную параллельно оси линзовой телескопической системы Галлилея через точку пересечения вышеуказанного перпендикуляра с первым зеркалом, отражающие поверхности обоих зеркал полного отражения расположены под углом 40-500 к оси линзовой телескопической системы с возможностью регулировки, вторым микроскопом наблюдения, состоящим из объектива, установленного так, что его главная оптическая ось расположена под углом

45 к оси линзовой телескопической системы Галлилея, маски с тремя параллельными щелями, установленными в фокальной плоскости объектива, трех фотоэлементов, каждый иэ которых установлен эа одной из трех щелей, и сервоприводом с блоком управления, связанным со стойкой и включающим схемы подъема:, остановки и опускания стойки, первый из Фотоэлементов соединен со схемой подъема, второй фотоэлемент — со схемой остановки, а третий - со схемой опускания стойки;

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для бесконтактного измерения линейных размеров деталей.

Устройство содержит осветительный микроскоп 1, первый микроскоп 2 наблюдения и второй микроскоп 3 наблюде-. ния, закрепленные неподвижно на стой. ке 4. Осветительный микроскоп 1 состоит иэ источника 5 света, в качестве которого используется гелий-неоновый лазер, линзовой телескопической системы Галлилея, состоящий из собирательного ахроматического объектива 6 и рассеивательной двояковогнутой линзы 7, световой щели 8, полупрозрачного зеркала 9 и системы двух зеркал полного отражения, включающей первое зеркало .10 и второе зеркало ll; Причем объектив 6 состоит иэ двояковыпуклой кронгласовой.линзы 12 и плосковогнутой флинтгласовой линзы 13.

Первый микроскоп 2 наблюдения состоит из микропроекционного объектива 14, криволинейного зеркала 15, 1121583

4 фотоприемников 16, например, фоторезисторов, фотодиодов или Фотоэлектронного умножителя, и шкалы 17 с делениями для удобства визуальной настройки микроскопа. 5

Благодаря криволинейному зеркалу

15 можно разнести фотоприемники

16 на необходимое расстояние.Криволинейное зеркало 15 расположено за объективом 14 на пути хода лучей, отра" женных от наблюдаемой поверхности и прошедших через объектив 14, и отстоит от объектива 14 на расстоянии, равном половине фокусного расстояния, измеренного в направлении главной оптической оси 18.микроскопа наблю-15 дения. При наладке. микроскопа 2 положение зеркала 15 регулируется (производится юстировка), а затем в про." цессе работы . зеркало 15 остается неподвижным. Направления 19 и 20 регу- 2О лировок и угла о наклона зеркала 15 показаны на чертеже, где 19 - направление, перпендикулярное главной оптической оси 18 20 - направление, параллельное ейск,о(. †.угол между глав- 25 ной оптической осью 18 и касательной

21.к поверхности зеркала 15 в точке .пересечения поверхности зеркала 15 с осьв 19. Угол с4 регулируется в пределах 5 - 45 ».

Первый микроскоп 2 наблюдения предназначен для наблюдения за первым изображением световой щели 8 на поверхности детали, образуемым пучком лучей, проходящих через полупрозрачное зеркало 9.

Фотоприемники 16 этого микроскопа подключены к счетчику 22 импульсов, причем фотоприемники.16 расположены вдоль поверхности 23, зде выдержаны сопряженные фокусы; 46

Второй микроскоп 3 наблюдения состоит иэ объектива 24, а фокальиой плоскости которого установлена маска 25 с тремя параллельными щелевымж отверстиями, эа каждым иэ которых 45 расположены первый фотоэлемент 26, второй фотоэлемент 27 и тре ий фотоэлемент 28.

Стойка 4 Устройства снабжена сервоцриводом 29 ее подъема и опускания, например, через перадачу 30 винт-гайка. Управление сервоприводом 29 осуществляется блоком 31 управления, включакщим схему 32 подъе-. ма, схему 33 остановки и схему 34. опускания стойки 4, причем второй фотоэлемент 27 соединен со схемой

33 остановки, а третий фотоэлемент

28 соединен со схемой 34 опускания стойки 4. Второй микроскоп 3 наблюдения предназначен для наблюдения за вторым иэображением световой щели 8, образуемым на базовой поверхности пучком лучей, отраженных от зеркала 9, и системой зеркал 10 и 11. 65

Микроскопы 2 и 3 наблюдения установлены таким образом, что их главные оптические осн 18 и 35 соответственно перпендикулярны наблюдаемым поверхностям детали и базовой поверхности, а осветительный микроскоп 1 установлен так, что ось 36 телескопической системы составляет угол 45 с направлением главной оп,тической оси 18 первого микроскопа 2 ,наблюдения, а система зеркал 10 и 11 отрегулирована таким образом, что направление 37 светового потока составляет угол 45 с направлением главной оптической оси 35 второго микроскопа 3 наблюдения. Для этого полупрозрачное зеркало 9 установлено под углом б=40-50 к оси 36 с воэмож" ностью регулиронки, а перпендикуляр

38, проведенный иэ точки 39 пересечения поверхности зеркала 9 с осью

36, пересекает отражающую поверх- . ность зеркала 10 (угол э равен 90 ).

Линия 40, проведенная параллельно оси

36 из точки пересечения поверхности этого зеркала 10 с вьэпеуказанным перпендикуляром, пересекает отражающую поверхность второго зеркала 11. Зеркала 10 и ll установлены под углами YH к оси 36 с возможностью регулировки углов в пределах 40-50o . Регулировка углов установки зеркал в указанных пределах позволяет напра.вить луч 3/ в любую задранную тчжку базовой поверхности 41. под углам 45 ° на которой установлена контролируемая деталь 42.

Устройство работает следующим образом»

Лучи света от источника 5 света— гелий-неонового лазера через линзовую телескопическую систему Галлилея, световую щель 8 с резкой границей света и тени и полупрозрачное зеркало 9 направляются на поверхность 1-1 детали 42. На световую щель (грааицу) отфокусироваИ микропроекциониый объектИв 1,4 микроскопа

2 с увеличением 56". При измещении высоты h. детали .42, например, при плоском шлифований, когда с детали

42 периодически свииавтся слои металла, поверхность I-I изменяет свое положение, опускается в положение

ПП р Е - Nt и т,д, Щж этОИ HQQQcxog_#_T смещение границы света и теми .(иа чертеже в раво) иа величины d, d" и т.д., причем эти велмчивы соответствуют изменениям. размера детали

d, 3 и т»д. . I It

Благодаря увеличению ивкроараекциоиного объектива 14 в его фокальной плоскости происходит смещение иэображения границы от величины

c)"х50, Фя х50 и т.д» Пучки лучей, идущие от твчеrc- о т ц2 M т Ф (границы света и тена) падают на sep1121583

ВНИИПИ Заказ 7970/33 Тираж 586 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 кало 15 микроскопа 2, причем пучки лучей, идущие от точки -G« падая на зеркало в точке 2, собираются в фокусе, в точке F и т.д., т.е. сопряженные фокусы выдержаны в некоторой изогнутой поверхности 23, где уста- 5 новлены фотоэлементы 1á, которые подключены к счетчику 22 импульсов, Если положение базовой поверхности 41 изменяется, то коррекция показаний осуществляется с помощью fO

1 второго микроскопа 3 наблюдения и сервопривода 29 с блоком 31 управления, осуществляющим перемещение стойки 4 на необходимую величину.

Если базовая поверхность 41 иэ 15 номинального положения I -I перемещается, например, на некоторую величинуш положение 9 — 6, то на ту же самую величину перемещается поверхность I — I детали 42. 20

В предлагаемом устройстве в этом случае происходит смещение второго изображения световой щели 8 .на базовой поверхности 41 из положения о в положение @„, а так как на это . изображение отфокусирован объектив

24 второго микроскопа 3 с увеличением 50 ", то в его фокальной поверхности, где расположена маска 25, происходит смещение изображения световой щели 8 с фотоэлемента 27 иа фотоэлемент 28, засвечивание которого приводит к срабатыванию,схемы 34 опускания, включающей сервопривод

29, который через передачу 30 винтгайка опускает стойку 4 до момента, когда световое изображение щели 8 опять попадет через маску 25 на фотоэлемент 27, засвечивание которого . приводит к срабатыванию схемы 33 остановки сервопривода и к остановке перемещения стойки 4. Таким образом обеспечивается компенсация погрешности Ф. Аналогичиым образом включается в работу схема .32 подъема в случае перемещения базовой поверхности 35 из положения f. -Г в положение П"- П . .В качестве сервопривода 29 может быть применен быстродействующий электродвигатель постоянного тока, обеспечивающий слежение за перемещениями. базовой поверхности 41, а передача 30 винт-гайка выполняется без-, люфтовой для повышения точности перемещения стойки 4.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает повышение точности измерения за счет компенсации перемещения базовой поверхности и повышение производительности за счет уменьшения количества поднастроек устройства.