Способ измерения углов между плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром и устройство для его реализации Российский патент 2023 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для измерения углов между плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, в частности, для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями, пирамидальности двух посадочных плоскостей по отношению к противоположным посадочным плоскостям и базовой плоскости и углов между каждой посадочной плоскостью и базовой плоскостью.

Известен способ для высокоточного контроля двугранных углов зеркально-призменных элементов [RU 2431801, C1, G01B 11/26, 20.11.2011], который реализуется с помощью устройства, содержащего поворотный столик с контролируемой правильной многогранной призмой и два автоколлиматора, визирные оси которых перпендикулярны двум смежным граням, и определяют угловые положения граней призмы по автоколлимационным изображениям марок соответствующих автоколлиматоров и вычисляют погрешности изготовления двугранных углов.

Недостатком способа является относительно низкая точность.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является автоколлимационный способ измерения углов между гранями призм [Л.Б. Кочин, В.Ф. Лебедев, А.П. Погода. Угловые и спектральные измерения с помощью гониометра. Лабораторный практикум - Санкт-Петербург, 2012, стр. 28-29] с использованием гониометра, при котором призму устанавливают на предметный столик гониометра базовой плоскостью и измеряют углы между гранями призмы, при этом предполагается, что все грани призмы перпендикулярны ее базовой плоскости.

Недостатком способа является его относительно низкая точность и относительно узкая область применения, поскольку известный способ предполагает использование оптических деталей определенной геометрической формы - призм, у которых все грани перпендикулярны общей базовой плоскости. Только такие оптические детали можно установить на предметном столике гониометра базовой плоскостью и получить изображения автоколлимационной марки от всех измеряемых граней. Для резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром характерен пространственный излом оптического контура. Четыре посадочные плоскости для установки зеркал такого резонатора не перпендикулярны одной общей базовой плоскости. Поэтому для резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром имеется значительная трудность получения изображения автоколлимационной марки от посадочных плоскостей при установке моноблока на предметный столик гониометра базовой плоскостью, а применение дополнительных преломляющих призм с целью получения изображений автоколлимационной марки от посадочных плоскостей моноблока приводит к снижению точности измерения.

Задача, которая решается в данном изобретении относительно способа измерений, направлена на разработку способа измерения углов между плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, обеспечивающего более высокую точность измерений.

Требуемый технический результат относительно способа измерений заключается в повышении точности измерений.

Поставленная задача относительно способа решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в способе измерения углов между плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром с использованием гониометра для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями, пирамидальности двух посадочных плоскостей по отношению к противоположным посадочным плоскостям и базовой плоскости и углов между каждой посадочной плоскостью и базовой плоскостью, согласно изобретению, при измерении формируют прямое отражение светового луча гониометра от измеряемых плоскостей моноблока, располагая моноблок резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром на установленном на предметном столике гониометра блоке формирования автоколлимационной марки.

Кроме того, известно устройство для прецизионного измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов [RU 156831, U1, G01B 11/26, 20.11.2015], в состав которого входят автоколлимационный измерительный прибор, перископическая светоделительная система со светоделителем и зеркалом, поворотный столик и система из двух плоских зеркал и вспомогательная призма, при этом на боковых гранях призм жестко закреплены дополнительные плоские зеркала, отражающие части поверхностей дополнительных плоских зеркал расположены по одну сторону от основания измеряемой призмы и вспомогательной призмы, зеркала имеют Г-образную конфигурацию.

Недостатком этого устройства является относительно низкая точность измерений.

Известно также устройство для контроля углов оптических призм [RU 181201, U1, G01B 11/26, 05.07.2018], содержащее основание, вал, столик, установленный на валу перпендикулярно его оси, предназначенный для размещения на нем контролируемой призмы, поворотную платформу и расположенный на основании автоколлиматор, оптическая ось которого перпендикулярна оси вала, а также правильная многоугольная оптическая призма, неподвижно установленная на поворотной платформе так, чтобы ось введенной призмы совпадала с осью поворотной платформы, которая, в свою очередь, параллельна оси вала, при этом поворотная платформа размещена на столике в стороне от вала на таком расстоянии, чтобы грани контролируемой призмы, установленной вне оси вала, и грани многоугольной оптической призмы не перекрывали друг друга при действиях контроля.

Недостатком этого устройства является относительно низкая точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство [Л.Б. Кочин, В.Ф. Лебедев, А.П. Погода. Угловые и спектральные измерения с помощью гониометра. Лабораторный практикум - Санкт-Петербург, 2012, стр. 28-29], содержащее гониометр с предметным столиком, на который базовой плоскостью устанавливают призму и измеряют углы между гранями призмы, при этом предполагается, что все грани призмы перпендикулярны ее базовой плоскости.

Недостатком устройства является его ограниченность в отношении применимости к оптическим деталям сложной геометрической формы, таким как моноблоки резонаторов кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, для которых данное устройство должно использоваться с дополнительными преломляющими призмами, снижающими точность измерений.

Задача, которая решается в данном изобретении относительно устройства, направлена на разработку устройства измерения углов между плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, обеспечивающего высокую точность измерений.

Требуемый технический результат относительно устройства заключается в повышении точности измерений.

Поставленная задача относительно устройства решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее гониометр с предметным столиком, согласно изобретению, введен блок формирования автоколлимационной марки, который установлен между поверхностью предметного столика и базовой плоскостью моноблока, при этом для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями блок формирования автоколлимационной марки установлен с обеспечением прямого угла между каждой из соседних измеряемых плоскостей моноблока и поверхностью предметного столика, при этом одна из поверхностей блока формирования автоколлимационной марки располагается под углом 90° к его поверхности для установки моноблока для обеспечения упора моноблока боковой плоскостью, а для измерения пирамидальности посадочной плоскости по отношению к противоположной посадочной плоскости и базовой плоскости, углов между посадочными плоскостями и базовой плоскостью блок формирования автоколлимационной марки установлен с обеспечением прямого угла между каждой из измеряемых плоскостей моноблока и поверхностью предметного столика, при этом две поверхности блока формирования автоколлимационной марки для установки моноблока располагаются под углом 45° к его основанию.

На чертежах представлены:

на фиг. 1 - схема измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями П1 и П2;

на фиг. 2 - конструкция блока формирования автоколлимационной марки для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями;

на фиг. 3 - схема измерения пирамидальности посадочной плоскости П3 по отношению к противоположной посадочной плоскости П1 и базовой плоскости, углов между посадочными плоскостями П1, П3 и базовой плоскостью;

на фиг. 4 - конструкция блока формирования автоколлимационной марки для измерения пирамидальности посадочной плоскости по отношению к противоположной посадочной плоскости и базовой плоскости, углов между посадочными плоскостями и базовой плоскостью;

на фиг. 5 - схема измерения пирамидальности посадочной плоскости П4 по отношению к противоположной посадочной плоскости П2 и базовой плоскости, углов между посадочными плоскостями П2, П4 и базовой плоскостью.

На чертеже обозначены:

1 - моноблок резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром;

2 - блок формирования автоколлимационной марки для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями;

3 - предметный столик гониометра;

4 - луч гониометра;

5 - посадочная плоскость П1 моноблока;

6 - посадочная плоскость П2 моноблока;

7 - поверхность для установки моноблока;

8 - поверхность для упора моноблока;

9 - блок формирования автоколлимационной марки для измерения пирамидальности посадочной плоскости по отношению к противоположной посадочной плоскости и базовой плоскости, углов между посадочными плоскостями и базовой плоскостью;

10 - базовая плоскость моноблока;

11 - посадочная плоскость П3 моноблока;

12 - угол между плоскостями П1 и П2 моноблока;

13 - угол между основанием блока формирования автоколлимационной марки и поверхностью для установки моноблока;

14 - угол между базовой плоскостью и плоскостью П1 моноблока;

15 - угол между базовой плоскостью и плоскостью П3 моноблока;

16 - поверхности для установки моноблока;

17 - посадочная плоскость П4 моноблока;

18 - угол между базовой плоскостью и плоскостью П2 моноблока;

19 - угол между базовой плоскостью и плоскостью П4 моноблока.

Предложенный способ применительно к резонатору кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром с помощью предложенного устройства реализуется следующим образом.

Измеряют угол 12 между двумя соседними посадочными плоскостями 5 и 6, пирамидальность посадочной плоскости 11 по отношению к посадочной плоскости 5 и базовой плоскости 10, пирамидальность посадочной плоскости 17 по отношению к посадочной плоскости 6 и базовой плоскости 10 и углы 14, 15, 18, 19 между каждой из посадочных плоскостей 5, 6, 11, 17 и базовой плоскостью 10.

Схема измерения угла 12 между двумя соседними посадочными плоскостями 5 и 6 показана на фиг. 1. Моноблок резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром 1 устанавливают базовой плоскостью 10 на поверхность 7 блока формирования автоколлимационной марки 2, конструкция которого показана на фиг. 2 так, что боковая плоскость моноблока упирается в поверхность 8 блока формирования автоколлимационной марки. Угол 13 между поверхностью 7 блока формирования автоколлимационной марки и его основанием делают таким, чтобы при установке моноблока обеспечивался прямой угол между каждой из соседних измеряемых плоскостей и поверхностью предметного столика 3 гониометра. Поверхность 8 блока формирования автоколлимационной марки располагается под углом 90° к его поверхности 7 для обеспечения упора моноблока, так как угол между базовой плоскостью моноблока и его боковой плоскостью составляет 90°. Проводят измерение угла 12 между соседними посадочными плоскостями 5 и 6 моноблока с помощью гониометра, при этом световой луч гониометра 4 падает перпендикулярно по очереди на измеряемые плоскости.

Схема измерения пирамидальности посадочной плоскости 11 по отношению к посадочной плоскости 5 и базовой плоскости 10 показана на фиг. 3. Моноблок резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром 1 устанавливают боковыми плоскостями на поверхности 16 блока формирования автоколлимационной марки 9, конструкция которого показана на фиг. 4. Проводят измерение пирамидальности посадочной плоскости 11 относительно посадочной плоскости 5 и базовой плоскости 10. При этом предметный столик гониометра 3 настраивают так, что горизонтальные линии автоколлимационных марок от посадочной плоскости 5 и базовой плоскости 10 моноблока совпадают с горизонтальной линией неподвижного перекрестия гониометра. Одновременно проводят измерение угла 14 между посадочной плоскостью 5 и базовой плоскостью 10, угла 15 между посадочной плоскостью 11 и базовой плоскостью 10, при этом световой луч гониометра 4 падает перпендикулярно по очереди на каждую измеряемую плоскость.

Аналогично измеряют пирамидальность посадочной плоскости 17 по отношению к посадочной плоскости 6 и базовой плоскости 10, угол 18 между посадочной плоскостью 6 и базовой плоскостью 10, угол 19 между посадочной плоскостью 17 и базовой плоскостью 10. Схема измерения показана на фиг. 5.

Предложенная совокупность существенных признаков:

- использование прямого отражения светового луча гониометра от измеряемых плоскостей моноблока без применения преломляющих призм;

- измерение угла между двумя соседними посадочными плоскостями с помощью блока формирования автоколлимационной марки, у которого угол между поверхностью для установки моноблока и его основанием обеспечивается так, что каждая из соседних измеряемых плоскостей моноблока располагается под прямым углом к плоскости предметного столика гониометра, одна из поверхностей блока формирования автоколлимационной марки располагается под углом 90° к поверхности для установки моноблока с целью обеспечения упора моноблока боковой плоскостью;

- измерение пирамидальности двух посадочных плоскостей по отношению к противоположным посадочным плоскостям и базовой плоскости, углов между посадочными плоскостями и базовой плоскостью с помощью блока формирования автоколлимационной марки, у которого две поверхности для установки моноблока располагаются под углом 45° к его основанию,

позволяет создать новый способ измерения углов между плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, разработать новое устройство для его реализации и обеспечивает новые свойства:

- возможность измерения углов моноблоков резонаторов кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром с различными габаритными размерами, включая измерения малогабаритных моноблоков;

- повышение серийноспособности изготовления моноблоков.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Измерение угла между двумя соседними посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром возможно в том случае, если измеряемые плоскости моноблока, установленного на блок формирования автоколлимационной марки, используемый для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями, перпендикулярны плоскости предметного столика гониометра с точностью, соответствующей попаданию автоколлимационных марок от измеряемых плоскостей в допустимый диапазон вертикальных отклонений при измерении углов в вертикальной плоскости на гониометре. Для современного гониометра СГ-1Ц диапазон измерения углов в вертикальной плоскости составляет не менее ±15' [2]. Для гониометра-спектрометра ГС-2 диапазон измерения углов в вертикальной плоскости составляет 32' [3].

При изготовлении блока формирования автоколлимационной марки для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями моноблока на фрезерных обрабатывающих центрах с ЧПУ угол 13 между поверхностью для установки моноблока и его основанием обеспечивается с точностью ±3'. Угол между измеряемой посадочной плоскостью моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром и его базовой плоскостью, которой он устанавливается на поверхность блока формирования автоколлимационной марки, обеспечивается с точностью ±20''. Таким образом, суммарное отклонение угла между основанием блока формирования автоколлимационной марки и измеряемой плоскостью моноблока в вертикальной плоскости на гониометре не может превышать 3'20'', что укладывается в допустимый диапазон измерения углов в вертикальной плоскости, и автоколлимационная марка от измеряемой плоскости будет гарантированно обнаружена в поле зрения гониометра.

При изготовлении блока формирования автоколлимационной марки для измерения пирамидальности посадочной плоскости по отношению к противоположной посадочной плоскости и базовой плоскости, углов между посадочными плоскостями и базовой плоскостью моноблока на фрезерных обрабатывающих центрах с ЧПУ угол 45° между поверхностями для установки моноблока блока формирования автоколлимационной марки и его основанием также обеспечивается с точностью ±3'. Угол между каждой из боковых плоскостей моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, которой он устанавливается на блок формирования автоколлимационной марки, и его базовой плоскостью обеспечивается с точностью ±1'30''. Таким образом, суммарное отклонение угла между основанием блока формирования автоколлимационной марки и измеряемой плоскостью моноблока не может превышать 4'30'', что также укладывается в допустимый диапазон измерения углов в вертикальной плоскости на гониометре.

Для двух блоков формирования автоколлимационной марки, применяемых в предложенном способе, точность их изготовления позволяет найти автоколлимационные марки от измеряемых плоскостей моноблока и выполнить измерение углов моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром.

Предложенный способ измерения углов и устройство для его реализации успешно опробованы для нескольких типоразмеров моноблоков резонаторов кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, включая малогабаритные. Производственная практика показала, что для контролера, проводящего измерение, не требуется получения дополнительных навыков, а приемы работы могут быть освоены в короткие сроки.

Обеспечивается низкая себестоимость применяемых блоков формирования автоколлимационной марки и повышение серийноспособности изготовления моноблоков резонаторов кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром.

Литература

1. Л.Б. Кочин, В.Ф. Лебедев, А.П. Погода. Угловые и спектральные измерения с помощью гониометра. Лабораторный практикум - Санкт-Петербург, 2012, стр. 28-29.

2. Гониометры статические СГ-1Ц. Руководство по эксплуатации ДИАГ.401235.002 РЭ.

3. Гониометр-спектрометр ГС-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.787.050 ТО.

Способ включает измерение углов между плоскостями моноблока с использованием гониометра. Формируют прямое отражение луча гониометра от измеряемых плоскостей моноблока, располагая моноблок на установленном на предметном столике гониометра блоке формирования автоколлимационной марки. Устройство содержит гониометр с предметным столиком и блок формирования автоколлимационной марки. Для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями блок формирования автоколлимационной марки установлен с обеспечением прямого угла между каждой из соседних измеряемых плоскостей моноблока и поверхностью предметного столика, и одна из поверхностей блока располагается под углом 90° к его поверхности для установки моноблока с упором боковой плоскостью, а для измерения пирамидальности посадочной плоскости и базовой плоскости, углов между посадочными плоскостями и базовой плоскостью блок формирования автоколлимационной марки установлен с обеспечением прямого угла между каждой из измеряемых плоскостей моноблока и поверхностью предметного столика. Две поверхности блока формирования автоколлимационной марки для установки моноблока располагаются под углом 45° к его основанию. Технический результат - повышение точности измерений. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ измерения углов между плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, заключающийся в измерении углов между плоскостями моноблока с использованием гониометра для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями, пирамидальности двух посадочных плоскостей по отношению к противоположным посадочным плоскостям и базовой плоскости и углов между каждой посадочной плоскостью и базовой плоскостью, отличающийся тем, что при измерении формируют прямое отражение светового луча гониометра от измеряемых плоскостей моноблока, располагая моноблок на установленном на предметном столике гониометра блоке формирования автоколлимационной марки.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее гониометр с предметным столиком, отличающееся тем, что введен блок формирования автоколлимационной марки, который установлен между поверхностью предметного столика и базовой плоскостью моноблока, при этом для измерения угла между двумя соседними посадочными плоскостями блок формирования автоколлимационной марки установлен с обеспечением прямого угла между каждой из соседних измеряемых плоскостей моноблока и поверхностью предметного столика, и одна из поверхностей блока формирования автоколлимационной марки располагается под углом 90° к его поверхности для установки моноблока для обеспечения упора моноблока боковой плоскостью, а для измерения пирамидальности посадочной плоскости по отношению к противоположной посадочной плоскости и базовой плоскости, углов между посадочными плоскостями и базовой плоскостью блок формирования автоколлимационной марки установлен с обеспечением прямого угла между каждой из измеряемых плоскостей моноблока и поверхностью предметного столика, при этом две поверхности блока формирования автоколлимационной марки для установки моноблока располагаются под углом 45° к его основанию.