Устройство для измерения линейных размеров

Устройство для измерения линейных размеров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к электрооптическим измерителям геометрических размеров . Целью изобретения является повышение точности измерения линейных размеров. Световой пучок от лазера 1 делится оптическим блоком 2 на два пучка, которые преобразуются в световые пятна на контролируемой поверхности 14. Изображение штрихов проецируются на поверхность позиционно-чувствительного фотоприемника 8 в виде световых штрихов, Затем осуществляют сдвиг световых пятен вдоль позиционночувствительчого фотоприемника до тех пор, пока не засветится очередной элемент фотоприемника . Электронный блок определяет измеряемую величину расфокусировки и поправку по расстоянию между штрихами на фотоприемнике и показаниям датчика положения сканирующего элемента 10.4 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 4744875/28 (22) 03.10,89 (46) 30.06.92. Бюл, ¹ 24 (71) Киевский филиал Научно-исследовательского института оптического приборо-. строения (72) О,В. Тарбаева, С.Л. Павличук, В.В. Ка- .. лашников и В.Г. Бурачек (53) 531.715 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1322149, кл. G 01 В 11/02, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1219999, кл. 6 01 B 11/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к электрооптичеИзобретение относится к измерительной технике. в частности к электрооптическим измерителям геометрических размеров.

Известно фазоимпульсное устройство для измерения размеров изделий, содержа-. щее последовательно .расположенные объектив, блок сканирования, выполненный в виде установленной с возможностью вращения системы оптических элементов с плоскими отражающими поверхностями, расположенными под углом относительно друг друга фотоприемник и электронный блок обработки информации. Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, яв„„S U ÄÄ 1 744444 A1 ским измерителям геометрических размеров. Целью изобретения является повышение точности измерения линейных размеров. Световой пучок от лазера 1 делится оптическим блоком 2 на два пучка, которые преобразуются в световые пятна на контролируемой поверхности 14. Изображение нприхов проецируются наповерхность позиционно-чувствительного фотоприемника 8 в виде световых штрихов, Затем осуществляют сдвиг световых пятен вдоль позиционночувствительного фотоприемника до тех пор, пока не засветится очередной элемент фотоприемника. Электронный блок определяет измеряемую величину расфокусировки и поправку по расстоянию между штрихами на фотоприегинике и показаниям датчика положения сканирующего элемента 10. 4 ил. ляется устройство контроля. положения линзы Френеля . содержащее лазер, блок раз— . двоения светового пучка, механизм обтюрации с датчиком его положения, механизм сканирования световых лучей, датчик положения, обьектив фотоаппарата, поворотное зеркало, выполненное в виде обьектива, в фокальной плоскости которого расположен позиционно-чувствительный фотоприемник, связанный с электронным 4 блоком обработки информации, Недостатком известного устройства является ограничение точности измерения изза дискретности расстояния между отдельными элементами позиционно-чувствительного фотоприемника, Кроме того. точность ограничивается разбросом пара1744444 метров позиционно-чувствительного фото. приемника, а именно. неравномерностью чувствительности от— дельных элементов фотоприемника; значительным технологическим допуском на позиционирование отдельных элементов фотоприемника.

Целью изобретения является повышение точности измерения линейных размеров, Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее последовательно установленные лазер, блок разделения светового пучка на два, механизм обтюрации, обьектив, светоделитель, приемную оптическую систему, выполненную в виде второго объектива и позиционно-чувствительного фотоприемника, установленного в фокальной плоскости второго объектива, и блок обработки информации, электрически связанный с фотоприемником, снабжено сканирующим элементом, установленным между вторым объективом и фотоприемникам, и датчиком положения сканирующего элемента. связанного со сканирующим элементом и блоком обработки информации.

На фиг. 1 представлена блок-схема уст. ройства; на фиг. 2 — схема хода лучей для трех положений контролируемой поверхности; на фиг, 3 — сканирующий элемент, на фиг, 4 — схема хода лучей черезплоско-параллельную пластину, Устройство для контроля линейных размеров (фиг. 1) содержит лазер 1, оптический блок 2 раздвоения светового пучка, механизм 3 абт арации с датчиком 4 его наложения, объектив 5, светоделительный элемент

6, второй объектив 7, в факальнай плоскости которого расположен позиционно-чувствительный фотоприемник 8, связанный с электронным блоком 9 обработки информации, сканирующий элемент 10, датчик 11 поло>кения сканирующего элемента, механизм

12 транспортировки контролируемой поверхности, датчик 13 положения контролируемой поверхности.

Устройство работает следу ащим образам.

Световой пучок ат лазера 1 делится оптическим блоком 2 на два параллельных пучка, которые проходят через механизм 3 обт орации 3 и обьектив 5, попадают на контролируемую поверхность 14, на которой формируются два световых пятна, Вследствие диффузного отражения от матовой контролируемой поверхности образуются пучки лучей, направленные обратно к объективу 5, которые проходят его в обратном направлении, отражаются от светаделительного элемента 6 и папада ат в объектив

7, который формирует в фокальной плоскости на позиционно-чувствительном фотоприемнике 8 изображение световых пятен в виде штрихов (обьектив 7 садер>кит цилин5 дрическую линзу 15), Принцип работы устройства измерения линейных размеров заключается в следующем.

В электронный блок с пульта 3ВМ вво10 дится эталонное значение заданного линейнага размера, который крепится в 3ВМ на протяжении всего измерения.

Непосредственно процесс измерения осуществляется следующим образом:

15 контролируемая поверхность смещает ся на заданный шаг; на ПЗС-линейке в результате диффузно-. го отражения от контролируемой поверхности и коммутации абтюратаром луча лазера

20 формиру|отся поочередно два штриха; по сигналу блока обработки информации с помощью сканирующего элемента осуществляется сдвиг световых пятен вдоль позиционно-чувствительного фото25 приемника, Процесс контролируется с помощью датчика положения сканирующего элемента; сдвиг световых пятен продал>кается до момента появления сигнала ат светового

30 штриха на очередном элементе позиционно-чувствительного фотоприемника; информация о координатах штрихов на позиционно-чувствительном фотоприемнике «о состоянии датчика положения скани35 рующега элемента поступает в блок обработки информации, Злектранный блок обработки информации определяет величину расфокусировки (фиг. 2) по следующей формуле:

Ял

Ь=—

D т7 где К5 — фокусное расстояние объектива 5;

45 fz — фокусное расстояние объектива 7;

Ь вЂ” расстояние между световыми штрихами в плоскости фотоприемника;

D — расстояние между пучками лучей.

Знак величины расфокусировки апреде50 ляется информацией с датчика 4 и очередностью появления световых пятен на матовой контролируемой поверхности.

Первоначально величина оценивается грубо, по количеству элементов позицион55 но-чувствительного фотоприемника, расположен "Iblx между световыми штрихами.

Затем па команде блока обработки информации световые пятна сдвигаются вдоль позиционно-чувствительного фотоприемника с помощью сканирующего элемента. Be1744444 (2) Л и= д2 — д1 (5) i = arcsin а/с (3) д =1,2 10 личина 4 смещения фиксируется с помощью датчика положения сканирующего э лемента.

В момент времени, когда один из штрихов при движении вдоль позиционно-чувствительного фотоприемника высвечивает очередной его элемент, в блок обработки информации вводятся данные с датчика положения сканирующего элемента и определяется величина смещения д 1. Аналогично определяется величина д 2 в момент времени, когда второй световой штрих засвечивает очередной элемент позиционно-чувствительного фотоприемника. Поправка расстояния между световыми штрихами определяется по формуле

Для уменьшения погрешности. вызванной разбросом параметров отдельных элементов позиционно-чувствительного фотоприемника, определение поправки производится для нескольких элементов позиционно-чувствительного фотоприемника и определяется по формуле статистическая поправка

Сканирующий элемент, предназначенный для дозированного сдвига световых пятен вдоль позиционно-чувствительного фотоприемника, может быть выполнен, например, в виде плоскопараллельной пластины 16 {фиг. 4), способной вращаться вокруг оси О. При повороте пластины вокруг оси О на угол i осуществляется смещение проходящих через нее световых лучей на величину д, Для поворота плоскопараллельной пластины может использоваться, например, микрометрический винт 17, приводимый в движение электроприводом, связанным с электронным блоком 9 обработки информации.

Датчиком положения сканирующего элемента в этом случае может служить устройство измерения величины поворота микрометрического винта 17. Для его реализации можно использовать, например, диск с рядом отверстий, ось которого связана с микрометрическим винтом, и согласованные источник и приемник излучения, расположенные по разные стороны диска (фиг, 3), причем выход приемника излучения связан с блоком обработки информации. Тогда величина д смещения световых пятен определяется по формуле

1 — 8}п2! д =див {1 — 2 2 ) (4)

n — sin 1

d — толщина плоскопараллельной-пластины;

i угол падения световых пучков на плоскопараллельную пластину; п — показатель преломления плоскопараллельной пластины.

Величина угла падения световых пучков на плоско-параллельную пластину (фиг,4) определяется положением микрометрического винта по формуле

20 с — радиус вращения плоскопараллельной пластины; а — величина смещения микрометрического винта, определяемая с помощью датчика угла поворота, Применение устройства для измерения линейных размеров позволяет повысить точность измерений до 1-3 мкм.

Если шаг микрометрического винта 0.5

30 мм/об, а датчик угла поворота (фиг. 3)содержит 8 контрольных отверстий, то погрешность измерения величины а (фиг, 4) составляет 0,5/8 = б. 25х10 2.

Тогда погрешность измерения угла i o

35 . соответствии с (5) составляет (при с = 30 мм);

i « 1,3 10

Тогда погрешность величины смещения световых штрихов в соответствии с (4) при d

= 1 мм, n = 1,5 составляет

Учитывая разброс чувствителbíîcòè элементов позиционно-чувствительного фо45 топриемника, достигающий 30, погрешность измерения составляет 1,5х10 мм.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных размеров, содержащее последовательно ус50 тановленные лазер, блок разделения светового пучка на два, механизм обтюрации, датчик положения 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 связанный с фотоприемником, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения

1744444 точности измерения линейных размеров, оно снабжено сканирующим элементом, установленным между вторым объективом и фотоприемником, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения линейных размеров, оно снабжено сканирующим элементом, установленным между вторым объективом и фотоприем, ником, и датчиком положения сканирующего элемента, связанного со сканирующим

5 элементом и блоком обработки информации.

1744444

Составитель M.Ìèíèí

Техред М;Моргентал Корректор Н.Ревская

Редактор Е,Егорова

Производственно-издательский. комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 2185 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5