Интерференционное устройство для измерения размеров деталей Советский патент 1983 года по МПК G01B11/02 G01B9/02 

Фиг.

Изобретение относится к измерительной технике и может бьп-ь использовано в оптических интерференционных приборах для прецизионных и оперативных измерений деталей в различных областях машиноС1роения.

Известно оптическое интерференционное устройство для измерения концевых мер, содержащее две плоскопараллельные пластинки с заключенной между ними концевой мерой Размер концевой меры в этом устройстве опреяепяют путем измерения длины эталона Фабри-Перо, образованного двумя плоскопараллельными пластинками с полупрозрачными отражательными покрытиями на обращенных друг к другу поверхностях. Измерение производится методом совпадения дробных частей полос при последовательном освещении пластин светом нескольких длин золн Г 1 ,

Ланкое устройство обеспечивает высокую точность измерений, но требует оператора высокой квалификации и трудно поддается автоматизации о

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является интерференционное устройство для измерения размеров деталей, содержащее лвухлучевой интерферометр типа Майкельсона, включающий канал монохроматического света и канал белого света, (Приемные блоки, установленные на входе каналов, и электронный блок обработки 2,

Извесгное устройство имеет низкие точность и производительность измерения.

Цель изобретения - повышение тоности и производительности измерения

Поставленная цель достигается тем, что интерференционное устройство для измерения размеров деталей, содержащее двухлучевой интерферометр типа Майкельсона, включающий канал монохроматического света и канал белого света, приемные блоки, установленные на выходе каналов, и электронный блок обработки, снабжено двумя плоскопараллельншАи пластинками с полупрозрачными отражательными покрытиями на обращенных друг к другу поверхностях, расположенными в канале бело света перпендикулярно его оси с зо:зможностью перемещения вдоль это оси. .

На фиг, 1 изображена принципиальная схема интерференционного устройства для измерения размеров деталей на фиг. 2 сигналы канало1з монохроматического и белого свет

Устройство содержит двухлучевой интерферометр типа Майкельсона с кналом монохроматического света, включающим источник 1 монохроматического света и подвижный .отражатель 2, и каналом белого света, включающим источник 3 белого света и неподвижный отражатель 4, светоделитель 5 в виде стеклянного кубасистему 6 сканирования, плоскопараллельные пластинки 7 и 8 с .полупрозрачными отражательными покрытиями на обращенных друг к другу поверхностях, расположенныгли в канале белого света перпендикулярно его оси с возможностью перемещения вдоль этой оси, приемные блоки, установленные на выходе каналов н включающие приемно-усилитеные тракты 9 и 10 и формирователи 11 и 12 11мпу;льсов, и электронный блок 13 обработки

В качестве отражателей 2 и 4 используют отражатели типа кошачий глаз

На фиг, 2 обозначены: L, - разность хода между центральным максимумом и первым боковым в сигнале канала белого света; число импульсов монохроматического канала на разности хода Ц ; П - число импульсов генератора тактовой частот с мсмента пика главного максимуму сигнала канала белого света до первого импульса канала монохроматичекого излучения П2 число импульсов тактового генератора с момента пика первого бокового максимума до MOTvjeHTa (Пд+1)-го импульса монохроматического канала; Яр- длина вол /laaepa.

Устройство для измерения р азмеров деталей работает следукядим образом.

Интерферометр в исходном положении имеет небольиюе отрицательно запаздывание, т.е. подвижный отражатель 2 находится несколько ближе к светоделителю 5, чем неподвижный отражатель 4. Плоскопараллельные пластинки 7 и 8 взаимно параллельны и перпендикулярны лучу канала белого света. Частоту тактового генератора (не показан) в электронном блоке 13 обработки и cKOpcjcTb сканирования подвижного отражателя 2 устанавливают такими, чтобы за время сканирования разности ходаЛр/2 тактовый генератор выхэабатывал порядка 100 импульсов, т„е. .

Две плоскбпараллельные пластинки 7 и 8 с полупрозрачными отражательньяи Покрытиями на обращенных друг к другу поверхностях представляют собой многолучевой интерферометр Фабри-Перо. Сплошной протяжный спектр источника 3 белового

света, проходя через такой интерферометр, регулярно модулируется по амплитуде в функции волновых чисел так, что расстояниелй () между соседними максимумами, расстояние d (см) между пластинами и разность хода и между центральным максимумам и первым боковым в интерферограмме интерферометра Майкельсона, связаны Зависимостью:

L 2dncos Ss-f/dd,

где п - показатель преломления среды между отражательными поверхностями пла.стин 7 и 8 б - угол преломления лучей

в среде.

При условии, ип 1, d l/2/so t.y2. Таким образом, определить J, т.е. размер детали 14, можно или рассчитав лб преобра,зуя интерферограмму в спектр, или измерив t по интерферограмме. Второй путь требует значительно меньше аппаратурных затрат и вычислений. Система 6 сканирования перемещает равномерно ПОДВИЖНЕЙ отражатель 2. При нулевой разности хода сигнал (фиг. 2) канала бело го света достигает максимума и в этот момент формирователь 11 импульсов вырабатывает импульс, по которому импульсы тактового генератора в электронном блоке 13 обработки начинают поступать на один счетчик (не показан), а импульсы с формирователя 12, вьлрабатываемые через Лр/2 при прохождении сигнала монохроматического канала через нулевой уровень, на второй счетчик (не показан). Импульсы тактового генератора прекращают поступать на первый счетчик в момент поступления первого импульса, вырабатываемого электронным блоком 13. На первом счетчике фиксируется число п. (Система б сканирования продолжает перемещение подвижного отражателя 2 При достижении разности хода - 1, в сигнале канала белого света появляется первый боковой максимум, по которому формирователь 11 импульсов вырабатывает импульс, по которому на втором счетчике фиксируется число Hjj, а импульсы с тактового генертора начинают поступать на первый счетчик на вычитание до момента

появления (Пд+1)-го импульса. перво/vi счетчике присутстЕует величина лп (). Электронный блок 13 обработки определяет расстояние с между пластинками 7 и 8 по выражению

()Лр/4

После получения с формирователя 12 (Пд+1)-го 1 мпульса вырабатывается команда на возврат подвижного отражателя 2 в исходное состояние и устройство готово к повторному или новому измерению. Измерение может быть произведено

и при обратном ходе подвижного отражателя 2.

Отражатели 2 и 4 выбраны типа кошачий глаз для снижения требований на поступательность перемещения подвижного отражателя 2 при сканировании. На фиг. 1 изображена схема интерферометра с двойным ходом лучей, что позволяет удвоить- разность хода при том же

перемещении подвижного отражателя 2.

5

При относительных измерениях размер измеряемой детали 14 может быть значительно больше за счет такой конструкции держателя детали, когда контактные части (зажимы) (не

0 показаны) расположены значительно шире плоскопараллельных пластинок 7 и 8.

Метод прямого счета числа полос более эффективен по сравнению с ме5 тодом совпадения дробных частей полос. Преимущества предлагаемого устройства заключаются в возможности автоматизации прецизионных измерений, в простоте оптической

0 схемы устройства. Возможность работы с предельно узкими пучками света позволяет снизить требования к технологии изготовления оптических деталей. Вследствие широкого

5 назначения устройства, позволяющего измерять контактным способом размеры непрозрачных деталей и бесконтактным способом толщины прозрачных пластин, устройство может найти широкое применение в раз0личных областях машиностроения и оптической промышленности, что позволяет организовать серийное производство с унификацией узлов и элементов.

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ, содержащее двухлучевой интерферометр типа Майкельсона, включающий канал монохроматического света и канал белого света, приемные блоки, установленные на выходе каналов, и электронный блок обработки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерения, оно снабжено двумя плоскопараллельными пластинками с полупрозрачными отражательными покрытиями на обращенных друг к другу поверхностях, расположенными в канале белого света перпендикулярно его оси и с возможностью перемещения вдоль этой оси. (Л 8 ел ю 00 ел