Автоколлимационное устройство для бесконтактного контроля профиля полированных поверхностей

Автоколлимационное устройство для бесконтактного контроля профиля полированных поверхностей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может использоваться для бесконтактного контроля формы поверхности оптических деталей. Целью изобретения является повышение точности и производительности измерения путем исключения сложных кинематических схем перемещения фотоэлектрического автоколлиматора. Формируют зону автоколлиматорами 1 и 2, направляют пучки с помощью N пластинок 3-8 по нормали к контролируемой поверхности 36 в N точках, принимают отраженные от поверхности 36 пучки фотоприемниками 23, 24 и 30, 31. Узкополосными усилителями сигналы усиливают и подают в каждом автоколлиматоре на фазовые дискриминаторы , где определяется величина и знак смещения осей пучков с центров фотоприемников 34 и 35. В случае отступления профиля поверхности 36 от профиля образцовой поверхности оси в местах дефектов поверхности не совпадают с нормалями к ней, о чем судят по появлению отличных от нуля сигналов на выходе дискриминаторов . 3 ил. 0) со ГчЭ О О5 О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1320660

А1 (51) 4 G 01 В 11 24

IИ, . „13

ИЫ:11таИ !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

СА.1

Ж

CO

СЬ (:В

СР

17 фиг,!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4021485/24-28 (22) 17.02.86 (46) 30.06.87. Бюл. № 24 (72) Э. Д. Панков, Е. А. Шишлов, В. В. Рюхин и Э. А. Антонов (53) 531 717.2(088.8) (56) Агторское свидетельство СССР

И 1186::i42, кл. G 01 В 11/24, 1985. (54) АЕ ГОКОЛЛИМАЦИОННОЕ УСТРОЙСТЕ -О ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯ ПОЛИРОВАННБ1Х ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Изобретение может использоваться для бесконтактного контроля формы поверхности оптических деталей. Целью изобретения является повышение точности и производительности измерения путем исключения сложных кинематических схем перемещения фотоэлектрического автоколлиматора. Формируют зону автоколлиматорами 1 и 2, направляют пучки с помощью N пластинок

3 — 8 по нормали к контролируемой поверхности 36 в N точках, принимают отраженные от поверхности 36 пучки фотоприемниками 23, 24 и 30, 31. Узкополосными усилителями сигналы усиливают и подают в каждом автоколлиматоре на фазовые дискриминаторы, где определяется величина и знак смещения осей пучков с центров фотоприемников 34 и 35. В случае отступления профиля поверхности 36 от профиля образцовой поверхности оси в местах дефектов поверхности не совпадают с нормалями к ней, о чем судят по появлению отличных от нуля сигналов на выходе дискриминаторов. 3 ил.

1320660

5 10

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бссконтактного контроля формы поверхности оптических деталей, в том числе асфери вских.

1,ель изобретения — повышение точности и производительности измерения путем исключения сложных кинематических схем н< ремещения фотоэлектрического автоколлиматора относительно контролируемой поверхности в процессе измерения и использования дискретного определения отклонения контролируемой поверхности от образцовой.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 —, схема реги"; на фиг. 3— структуры сечений зондирующих пучков.

Устройство содержит столик, предназначенный для размещения на нем контролируемого оо ьекта (не показаны), первый 1 и второй 2 фотоэлектрические автоколлиматоры, М полупрозрачных пластинок 3 — 8 и

N шторок 9 — 14 с механизмами перемещения (не показаны).

Первый фотоэлектрический автоколлиматор 1 (фиг. 1) состоит из четырех источников излучения 15 — 18, зеркальной пирамиды 19, первого 20 и второго 21 светоделителей, объектива 22 и двух фотоприемников 23 и 24.

Второй автоколлиматор 2 выполнен в виде четырех источников 25 — 28 излучения, зеркальной пирамиды 29, первого 30 и второго

31 светоделителей, первого 32 и второго 33 объективов и двух фотоприемников 34 и 35.

На фиг. 1 также обозначена контролируемая поверхность 36.

На фиг. 2 показаны блоки 37 — 40 питания, усилители 41 — 44, и фазовые дискриминаторы 45 и 46.

Источники модулированного излучения, например светодиоды, установлены в каждом автоколлиматоре вдоль двух взаимно перендикулярных направлений навстречу друг другу, и точка пересечения их осей совпадает с вершиной зеркальной пирамиды.

Источники 15, 16 и 17, 18 излучения попарно подключены к блокам 39 и 40 питания, которые обеспечивают излучение каждой пары светодиодов на собственных частотах соответственно f, и („при этом в каждой паре источники 15 и 16, 17 и 18 излучают в противофазе. К выходам фотоприемников 34 и

35 подключены узкополосные усилители 41 и 42, настроенные соотвенно на частоты из„ iучения 13 H f4.

Во втором автоколлиматоре расположение элементов и их связи аналогичны описанному.

Оптические оси объективов 32 и 33 (фиг. 1) взаимно перпендикулярны и лежат одной плоскости, совпадающей с плоское.ью измеряемого профиля контролируемой поверхности 36. При этом ось объектива 32 расположена вертикально и в процессе измерсния -овпадает с осью столика, на котором размещена контролируемая поверхность

36, вдоль оси объектива 33 расположена система полупрозрачных пластин 3 — 8. Пластины 3 — 8 установлены неподвижно, однако с целью обеспечения настройки прибора имеют возможность вращения вокруг осей (не показаны), пересекающих оптическую ось объектива 33 и перпендикулярных плоскости измеряемого профиля контролируемой поверхности 36, кроме того, возможно перемещение зеркал вдоль оптической оси объектива 33 по направляющим (не показаны).

Перед каждой из полупрозрачных пластин

3 — 8 установлены непрозрачные шторки 9—

14, имеющие возможность ввода и вывода из поля зрения автоколлиматоров 1 и 2.

Конструкции автоколлиматоров 1 и 2 обеспечивают формирование в излучаемых ими параллельных пучках равносигнальных зон за счет того, что источники 15 и

16, 17 и 18, 25 и 26, 27 и 28 в каждой паре излучают в противофазе и, кроме того, каждая пара источников излучает на собственной частоте соответственно fi, 4, 1з, f4.

В результате каждый пучок оказывается разделенным на четыре зоны с разными свойствами оптического излучения. Г1ри этом границей между зонами, ширина которой определяется в основном дифракцией, является оптическая ось. Противоположные зоны переносят энергию излучения на одной из частот f<, fi, fq, f, но в противофазе гу= 0 или y= 180 . Сечения пучков автоколлиматоров 1 и 2 соответственно представлены на фиг. 3а и б.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений на место детали с контролируемой поверхностью 36 устанавливают деталь с образцовой поверхностью. Включают блоки 37 — 40 питания.

Вводят перед полупрозрачными пластинами

3 — 8 непрозрачные экраны 9 — 14. В результате от автоколлиматора 2 идет только один световой пучок, оптическую ось которого совмещают с оптической осью образцовой поверхности, для чего перемещают эту поверхность по двум взаимно перпендикулярным направлениям при помощи координатно-измерительного столика, обеспечивая совпадение осей отраженного пучка с оптической осью объектива 32, о чем судят по нулевым сигналам на выходе фазового дискриминатора 45, Таким образом фиксируют положение оптической оси образцовой поверхности, а следовательно, нормали к поверхности вершинной точки А.

Затем последовательно выводят из поля зрения шторку 9, что обеспечивает попадание на полупрозрачную пластину 3 светового пучка, вышедшего из объектива 33. Световой пучок частично проходит пластину 3 и частично отражается от нее в сторону образцовой поверхности (не показана), отразившись от которой через светоделительные элемен1320660 ты 30 и 31, поступает на фотодиоды 34 и 35.

При смещении оси пучка с центра фотоприемника с него снимают сигнал, величина которого пропорциональна величине смещения. Фазовые дискриминаторы 45 и 46 обеспечивают определение знака смещения. Механизмы регистрации и селекции сигналов в обоих автоколлиматорах 1 и 2 одинаковы и могут быть пояснены на примере работы автоколлиматора 2.

Пучок света, вернувшийся в автоколлиматор 2, например, через объектив 33, делится на светоделительном элементе 31 и попадает на фотоприемники 34 и 35, Так как фотоприемники 34 и 35 (фотодиоды) подключены к усилителям 41 — 44, настроенным на разные частоты f и 4,сигналы на выходе усилителей 41 и 42 равны О, это условие соблюдается при совпадении осей пучков с центрами фотодиодов 34 и 35. В противном случае сигналы с выходов усилителей 41 — 44 отличны от О.

В фазовом дискриминаторе 45 определяется знак смещений осей пучков с центров фотодиодов 34 и 35.

Развг>,..этом пластинки 3 вокруг оси получают нулевой сигнал с фотоприемников 34 и 35, обеспечивая совпадение осей падающего и отраженного пучков. Затем осуществляют поиск положения нормалей к образцовой поверхности в ряде других точек С, D, Е, F, G, для чего аналогично описанному последовательно убирают шторки 10 — 14 и производят развороты полупрозрачных пластинок 3 — 8 до появления нулевых сигналов на выходе фазовых дискриминаторов

45 и 46.

Настроив таким образом устройство, убирают деталь с образцовой поверхностью и на ее место устанавливают деталь с подлежащей контролю поверхностью 36.

Если измеряемый профиль контролируемой поверхности 36 не отличается от профиля образцовой поверхности, всезондирующие пучки проходят к поверхности по ее нормалям.

Формула изобретения

Автоколлимационное устройство для бесконтактного контроля профиля полированных поверхностей деталей, содержащее столик, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси и предназначенный для размещения на нем контролируемой детали, и фотоэлектрический автоколлиматор, включающий четыре источника излучения, два блока питания, каждый из которых соединен с соответствующими двумя источниками, и последовательно расположенные по направлению излучения источников зеркальную четырехгранную пирами15 ду, два светоделителя и объектив и в обратном направлении излучения от детали два фотоприемника, каждый из которых установлен за соответствующим светоделителем, два узкополосных усилителя, каждый из которых электрически связан с соответствующим фотоприемником, и фазовый дискриминатор, соединенный с усилителями, пирамида установлена таким образом, что ее вершина совмещена с фокусом объектива. а источники излучения установлены попарно вдоль взаимно перпендикулярных направлений, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерения, оно снабжено вторым аналогичным фотоэлектрическим автоколлиматором, объективом, установленным во втором авто30 коллиматоре перпендикулярно его оптической оси по ходу излучения от светоделителя, N полупрозрачными пластинками и N непрозрачными шторками с механизмами их перемещения, второй автоколлиматор установлен таким образом, что оптическая ось

35 первого объектива совмещена с осью вращения столика, а ось второго перпендикулярна оптической оси первого автоколлиматора, полупрозрачные пластинки установлены последовательно вдоль оптических осей обоих

40 автоколлиматоров с возможностью переме. щения в направлении этих осей и поворота вокруг осей, им перпендикулярных, а каждая из непрозрачных шторок установлена перед соответствующей полупрозрачной пластинкой.

1320660

Составитель Н. Солоухин

Редактор А. Огар Техред И. Верес Корректор А. Ильин

Заказ 2649/44 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 I 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4