Способ измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром и устройство для его реализации Российский патент 2024 года по МПК G01C19/66 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром.

Важнейшим условием работоспособности кольцевого лазера является замкнутость оптического контура - пути хода лазерного луча, которая достигается совпадением положения посадочных плоскостей моноблока с точками пересечения осей соответствующих соседних каналов.

На практике вместо идеального совпадения всегда имеется некоторое расстояние между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока, которое необходимо измерять, а затем, в соответствии с результатом измерения, принимать решение о пригодности моноблока к сборке резонатора.

В связи с этим возникает задача точного измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ измерения линейных размеров с использованием отсчетного измерительного микроскопа, при котором, пользуясь шкалой, совмещенной с изображением объекта, считывают протяженность между интересующими точками объекта [Н.П. Калиниченко, А.Н. Калиниченко. Визуальный и измерительный контроль: учебное пособие для подготовки специалистов I, II и III уровня. Томский политехнический университет - Томск: Изд-во томского политехнического университета, 2009, стр. 106-108].

Недостатком наиболее близкого технического решения является его относительно низкая точность и относительно узкая область применения только к деталям относительно простой геометрической формы, которые можно установить на предметный столик измерительного микроскопа базовой плоскостью и получить в поле зрения микроскопа изображение измеряемых поверхностей.

К таким деталям относятся, например, моноблоки резонаторов кольцевых лазеров с плоским оптическим контуром, у которых посадочные плоскости для установки зеркал перпендикулярны одной общей базовой плоскости. 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 отсутствует возможность получения изображения посадочных плоскостей при установке моноблока на предметный столик измерительного микроскопа базовой плоскостью, а применение для этой цели дополнительных пластин и призм, вводимых в контакт с посадочными плоскостями моноблока, ухудшает оптическую чистоту этих плоскостей и может приводить к необоснованной отбраковке моноблока.

Задача, которая решается в данном изобретении относительно способа измерений, направлена на разработку высокоточного способа измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, обеспечивающего сохранение оптической чистоты посадочных плоскостей моноблока.

Требуемый технический результат относительно способа измерений заключается в расширении области применения способа и повышении точности измерений при сохранении оптической чистоты посадочных плоскостей моноблока.

Поставленная задача относительно способа решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в способе измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром с использованием измерительного микроскопа, согласно изобретению, при измерении для каждой посадочной плоскости определяют проекцию на базовую плоскость расстояния от точки пересечения осей каналов до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, а также расстояние от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, располагая моноблок резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром на установленном на предметном столике измерительного микроскопа блоке формирования изображения каналов, и затем вычисляют расстояние между точкой пересечения осей каналов и посадочной плоскостью моноблока.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство [Н.П. Калиниченко, А.Н. Калиниченко. Визуальный и измерительный контроль: учебное пособие для подготовки специалистов I, II и III уровня. Томский политехнический университет - Томск: Изд-во томского политехнического университета, 2009, стр. 106-108], содержащее отсчетный измерительный микроскоп с предметным столиком, на который базовой плоскостью устанавливают объект измерения и, пользуясь шкалой, совмещенной с изображением объекта, считывают протяженность между интересующими точками объекта. При этом предполагается, что измеряемая деталь имеет относительно простую геометрическую форму, позволяющую получить в поле зрения микроскопа изображение измеряемых поверхностей.

Недостатком наиболее близкого технического решения относительно устройства является его относительно низкая точность и относительно узкая область применения, обусловленная ограниченностью 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 пластинами и призмами, вводимыми в контакт с посадочными плоскостями моноблока, что ухудшает оптическую чистоту этих плоскостей.

Задача, которая решается в данном изобретении относительно устройства, направлена на разработку устройства для измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, обладающего повышенной точностью и более широкой областью применения, обеспечивающего при этом сохранение оптической чистоты посадочных плоскостей моноблока.

Требуемый технический результат относительно устройства заключается в повышении точности и расширении области применения при сохранении оптической чистоты посадочных плоскостей моноблока.

Поставленная задача относительно устройства решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее измерительный микроскоп с предметным столиком, согласно изобретению, введен блок формирования изображения каналов, который установлен между поверхностью предметного столика микроскопа и боковыми плоскостями моноблока, при этом для измерения расстояния от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, блок формирования изображения каналов установлен с обеспечением параллельного положения посадочной плоскости моноблока, участвующей в измерении, по отношению к поверхности предметного столика микроскопа.

На чертеже представлены:

на фиг.1 - схема измерения проекции на базовую плоскость расстояния от точки пересечения осей каналов до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости;

на фиг.2 - схема измерения расстояния от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости;

на фиг.3 - конструкция блока формирования изображения каналов.

На чертеже обозначены:

1 - моноблок резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром;

2 - блок формирования изображения каналов;

3 - предметный столик измерительного микроскопа;

4 - каналы моноблока;

5 - точка пересечения осей каналов;

6 - базовая плоскость моноблока;

7 - посадочная плоскость моноблока;

8 - ребро, образуемое пересечением большой фаски и посадочной плоскости моноблока;

9 - проекция на базовую плоскость расстояния от точки пересечения осей каналов до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости;

10 - большая фаска;

11 - угол а между посадочной и базовой плоскостью моноблока;

12 - точка пересечения оси канала с посадочной плоскостью;

13 - расстояние от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости;

14 - поверхности блока формирования изображения каналов для установки моноблока;

15 - основание блока формирования изображения каналов;

16 - угол наклона поверхностей блока формирования изображения каналов для установки моноблока (α-90°).

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

При этом реализуют следующую совокупность существенных признаков:

- измеряют проекции на базовую плоскость расстояния от точки пересечения осей каналов до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, с помощью измерительного микроскопа;

- измеряют расстояния от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости с помощью измерительного микроскопа и блока формирования изображения каналов, у которого углы между поверхностями для установки моноблока и его основанием обеспечиваются так, что посадочная плоскость моноблока, участвующая в измерении, располагается параллельно поверхности предметного столика измерительного микроскопа;

- вычисляют расстояния между точкой пересечения осей каналов и посадочной плоскостью моноблока с использованием измеренной проекции на базовую плоскость расстояния от точки пересечения осей каналов до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, и измеренного расстояния от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости.

Указанная последовательность операций реализуется в предложенном устройстве следующим образом.

Для каждой посадочной плоскости измеряют проекцию на базовую плоскость 9 (L₁) расстояния от точки пересечения 5 осей каналов до ребра 8, образуемого пересечением большой фаски 10 и посадочной плоскости 7, установив моноблок 1 резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром на предметный столик 3 измерительного микроскопа.

Схема измерения показана на фиг.1.

Такое измерение проводят для каждой из четырех пар пересекающихся каналов и четырех посадочных плоскостей, вблизи которых пересекаются пары соседних каналов.

Измеряют расстояние 13 (L₂) от точки 12 пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра 8, образуемого пересечением большой фаски 10 и посадочной плоскости 7, установив моноблок 1 резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром на блок 2 формирования изображения каналов, расположенный на предметном столике 3 измерительного микроскопа.

Угол 16 между поверхностями 14 для установки моноблока и основанием 15 блока формирования изображения каналов обеспечивается так, что посадочная плоскость моноблока, участвующая в измерении, располагается параллельно поверхности предметного столика измерительного микроскопа.

Схема измерения показана на фиг.2.

Такое измерение проводят для каждого из четырех каналов, пересекающих четыре соответствующие посадочные плоскости.

Вычисляют расстояние L₃ между точками пересечения осей каналов и соответствующими посадочными плоскостями моноблока по формуле:

где L₁ - проекция на базовую плоскость расстояния от точки пересечения осей каналов до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости;

L₂ - расстояние от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости;

α - угол между посадочной 7 и базовой 6 плоскостями моноблока.

Это вычисление проводят для каждой из четырех пар пересекающихся каналов и четырех посадочных плоскостей, вблизи которых пересекаются пары соседних каналов. Из формулы для вычисления расстояния L₃ видно, что величина L₃ может быть как положительной, так и отрицательной. Это означает, что при положительной величине L₃ точка пересечения осей каналов находится внутри моноблока, а при отрицательной величине L₃ точка пересечения осей каналов находится за пределами моноблока.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

При изготовлении моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром имеется допуск на угол наклона а посадочной плоскости по отношению к базовой плоскости, составляющий ±20''. Данное отклонение угла α от номинального значения может приводить к изменению величины sin(α-90°) в формуле для вычисления расстояния L₃ между точками пересечения осей каналов и соответствующими посадочными плоскостями моноблока. Однако, если для всех посадочных плоскостей моноблока принять значение угла α, соответствующим номинальному, то при типичном для моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром значении расстояния L₂ от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, равном 15 мм, и, принимая во внимание то, что изменение величины cos(α-90°) при изменении угла α на 20'' практически не происходит, отклонение расстояния L₃, определенного в соответствии с формулой для вычисления расстояния L₃ с использованием номинального значения угла α, от величины, полученной с использованием фактического значения угла α, может составить не более 1,5 мкм. Учитывая то, что типичное требуемое расстояние между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром составляет ±20 мкм, таким незначительным отклонением можно пренебречь.

Если предварительно провести измерение угла α для каждой посадочной плоскости моноблока на гониометре с точностью ±2'' и использовать полученные измеренные значения углов при вычислении расстояния L₃, то максимальное отклонение расстояния L₃, определенного в соответствии с формулой для вычисления расстояния L₃ с использованием измеренного значения угла α, от величины, полученной с использованием фактического значения угла α, составит не более 0,15 мкм, что также хорошо согласуется с требуемым расстоянием между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока ±20 мкм.

Предложенный способ измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром и устройство для его реализации успешно опробованы для нескольких типоразмеров моноблоков. Производственная практика показала, что для контролера, проводящего измерение, не требуется получения дополнительных навыков, а приемы работы могут быть освоены в короткие сроки.

Таким образом, предложенные способ и устройство позволяют реализовать требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности, расширении области применения и сохранении оптической чистоты посадочных плоскостей моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром. Это позволяет расширить арсенал технических средств для решения требуемой технической задачи и повышает серийноспособность изготовления моноблоков, обеспечивая, таким образом, их низкую себестоимость.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром. Способ измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром заключается в вычислении расстояния с помощью измеренных измерительным микроскопом проекции на базовую плоскость расстояния от точки пересечения осей каналов до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, и расстояния от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости. Устройство для реализации способа содержит измерительный микроскоп с предметным столиком и блок формирования изображения каналов, который устанавливают между поверхностью предметного столика и боковыми плоскостями моноблока. Технический результат - повышение точности, расширение области применения и сохранение оптической чистоты посадочных плоскостей моноблока. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром, при котором используют измерительный микроскоп, отличающийся тем, что при измерении для каждой посадочной плоскости определяют проекцию на базовую плоскость расстояния от точки пересечения осей каналов до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, а также расстояние от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, располагая моноблок резонатора кольцевого лазера с неплоским оптическим контуром на установленном на предметном столике измерительного микроскопа блоке формирования изображения каналов, и затем вычисляют расстояние между точкой пересечения осей каналов и посадочной плоскостью моноблока.

2. Устройство измерения расстояния между точками пересечения осей каналов и посадочными плоскостями моноблока резонатора для реализации способа по п.1, содержащее измерительный микроскоп с предметным столиком, отличающееся тем, что введен блок формирования изображения каналов, который установлен между поверхностью предметного столика и боковыми плоскостями моноблока, при этом для измерения расстояния от точки пересечения оси канала с посадочной плоскостью до ребра, образуемого пересечением большой фаски и посадочной плоскости, блок формирования изображения каналов установлен с обеспечением параллельного положения посадочной плоскости моноблока, участвующей в измерении, по отношению к поверхности предметного столика микроскопа.