Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей Советский патент 1984 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к измерительн-ой технике, в частности к измерению линейных размеров деталей опти ческим бесконтактным методом. По основному авт.св. № 934214 известНо устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, например, при плоском шлифовании, содержащее стойку, установленньй.на . ней двойной микроскоп, включающий ос ветительный микроскоп с источником с та и световой щелью и микроскоп набл дения с объективом, линзовую телеско пическую систему Галилея, состоящую из собирательного ахроматического объек тина и рассеивательной двояковогнуто линзы и закрепленную неподвижно в осветительном микроскопе между источ ником света и световойищелью,кривели- . нейное зеркало,установленное в микррскопе наблюдения на расстоянии от ег объектива, равном половине фокусного расстояния этого объектива, с возможностью регулировки положения вдоль и перпендикулярно оптической оси микро скопа наблюдения, фотоприемники, расположенные в фокальной плоскости объектива микроскопа наблюдения, оба микроскопа жестко закреплены на стойке, а в качестве источника света используют гелий-неоновый лазер lj . Недостатком известного устройства является возникновение погрешности измерения в случае нестабильности положения базовой поверхности, на которой расположена деталь, что,в частности, имеет место при измерении деталей на столе плоскошлифовального станка. Так как устройство работает по методу сравнения с мерой и настраивается по образцовой детали или концевым мерам длины, то нестабильность положения базовой поверхности стола приводит к возникновению дополнительной погрешности измерекия и для ее устранения требуется частая корректировка настройки устройства по концевым мерам, что приводит к потере производительности. Цель изобретения - повьпвение точности и производительности измерения. Указанная цель достигается тем, что устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью осветительного микроскопа с возможностью наклона в пределах 40-50 относительно оси линзовой телескопической системы Галилея, системой из двух зеркал полного отражения, установленных с возможностью наклона .в пределах 40-50° относительно оси линзовой телескопической системы и размещения первого зеркала так, что его отражающую поверхность пересекает перпендикуляр к оси телескопической систеMbi, проведенньй через точку ее пересечения с поверхностью полупрозрачного зеркала, а второго зеркала так, что его отражающую пов ерхность пересекает линия, проведенная параллельно оси телескопической CHdTeMbi через точку пересечения упомянутого перпендикуляра с первым зеркалом, вторым микроскрпом наблюдения, идентичным первому и установленным зеркально симметрично ему по другую сторону осветительного микроскопа, двумя счетчиками импульсов, входы Которых связаны соответственно с фотоприемниками первого и второго микроскопов наблюдения, и сумматором, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика гмпульсов, а второй вход - через инвертор с выходом второго счетчика импульсов. На чертеже приведена принципиальная схема устройства для бесконтактного измерения линейных размеров деталей. Устройство содержит осветительный микроскоп 1 и два микроскопа 2 и 3 наблюдения, закрепленных неподвижно на стойке 4. Осветительный микроскоп 1 содержит источник 5 света, в качестве которого используется гелийнеоновьй лазер, линзовую телескопическую систему Галилея, состоящую из собирательного ахроматического объектива 6 и рассеивательной двояковогнутой линзы 7, световой щели 8, полупрозрачного зеркала 9 и системы 10 зеркал полного отражения. Собирательный ахроматический объектив 6 состоит из двояковыпуклой кронглассовой линзы t1 и Йлосковогнутой флинтглассовой линзы 12. Микроскоп 2 наблюдения состоит из микропроекционного объектива 13, криволинейного зеркала 14, фотоприемников 15, например фоторезисторов, фотодиодов или фотоэлектронного умножителя, и шкалы 16 с делениями для удобства визуальной настройки микроскопа.; Благодаря криволинейному зеркалу 14 возможно разнести фотоприёмники 15 на необходимое расстояние. Криволинейное зеркало 14 расположено за микропроекционным объективом 13 на пути хода лучей,, отраженных от наблюдаемых поверхностей и прошедших через микропроекционный объектив 13,и отстоит от объектива 13 на расстоянии, равном половине фокусного расстояния, измеренного в направлении главной оптической оси 17 микроскопа 2 наблюдения. При наладке микроскопа 2 наблюдения положе ние зеркала 14 регулируется (произво дится юстировка), а затем в процессе работы зеркало 14 остается неподвижным. Направления 18 и 19 регулировок и угол оС наклона зеркала 14 показаны на чертеже, где 18 - направ ление, параллельное главной оптической оси 17; 19 - направление, перпен дикулярное ей;«1 - угол между главной оптической осью 17 и касательной 20 к поверхности зеркала 14, проведенной через точку пересечения главной оптической оси 17 с поверхностью зеркала 14., Угол ч/(. регулируется в пределах 5-45 Первый микроскоп 2 наблюдения предназначен для наблюдения.за первым изображением световой щели 8, об разуемым на поверхности детали 21 пучком лучей, проходящих через полупрозрачное зеркало 9. Фотрприемники 15 этого микроскопа 2 наблюдения подключены к входу первого счетчика 22 импульсов, выход которого со динен с первым входом сумматора 23. Второй микроскоп 3 наблюдения предназначен для наблюдения за вторы оптическим изображением световой щели 8, образуемым на базовой поверх ности 24 пучком лучей, отражённых от полупрозрачного зеркала 9 и системы 10 зеркал. К выходу второго микроскопа 3 подключен второй счетчик 25 импульсов, которьй соединен с инвертором 26, выход которого соединен с вторым входом сумматора 23, к выходу которого подсоединен показывающий прибор 27. Микроскоп 2 наблюдения установлен таким образом, что его главная оптическая ось 17 перпендикулярна на людаемой поверхности детали 21, а jDC ветительный микроскоп 1 установлен так, что ось 28 телескопической системы составляет угол 45 с направлением главной оптической оси 17 первого микроскопа 2 наблюдения. Система 10 зеркал отрегулирована таким образом, что направление луча 29 светового потока, отраженного ею, составляет угол 45°с направлением главной оптической оси 30 второго микроскопа 3 наблюдения. Для этого полупрозрачное зеркало 9 установлено под углом V 40-50 к оси 28 телескопической системы с возможностью регулировки, а перпендикуляр 31, проведенный из точки пересечения зеркала 9 с осью 28, пересекает отражающую поверхность первого зеркала системы 10 зеркал (угол И равен 90 ). Линия 32, проведенная парал лельно оси 28 из точки пересечения поверхности этого зеркала 9 с указанным перпендикуляром 31, пересекает отражающую поверхность второго зеркала системы 10 зеркал. Причем отражакнцие поверхности системы 10 зеркал установлены под углами /U и Y равными 40-50 к оси 28 с возможностью регулировки. Регулировка углов установки зеркал в указанных пределах позволяет направить луч 29 в любую заданную точку базовой поверхности 24 под углом 45f Второй микроскоп 3 наблюдения идентичен первому и состоит из объектива 33, зеркала 34, касательная 35 к поверхности которого, проведенная через точку ее пересечения с главной оптической осью 30, расположена под углом (5 к оптической оси 30, причем зтот угол регулируется в пределах 5-45 фотоприемников 36 и шкалы 37. В обоих микроскопах 2 и 3 наблюдения имеются поверхности 38 и 39 соответственно,где вьздержаны сопряженные фокусы. Устройство работает следующим образом. Лучи света от источника 5 света гелий-неонового лазера через линзовую телескопическую систему Галилея, световую щель 8 с резкой границей света и тени и полупрозрачное зеркало 9 направляются на поверхность 1-1 дет(али 21. На световую щель В (границу) отфокусирован микропроекционный объектив 13 микроскопа 2 наблюдения с увеличением 50. При изменении высоты h детали 21, наприме при плоском шлифовании, когда с детали периодически снимаются слои ме талла, поверхность 1-1 будет изменять свое положение опускаться в положение I1-1J, iJl-jTl и т.д. При этом происходит смещение границы света и тени (на чертеже вправо) на величины d ,d т-Д причем эти величины соответствуют и менениям размера детали с ,с и т.д. Благодаря увеличению микропроекционного объектива 13 в его фо кальной плоскости происходит смещение изображения границы на величины (3 Ч 50, d х50 и т.д. Пучки лучей, идущие от точек QO .,G,f , С|2 и т.д. (границы света и тени), падают на зеркало 14 микроскопа 2 наблюдения, причем пучки лучей, идущие от точки QQ , падая на зеркало 1А в точке Zg , соберутся в фокусе в точке Qi , пучки лучей, идущие--от точки Q „ падая на зеркало 14 в точке f , соберутся в фокусе в точке F и т.д., т.е. сопряженные фокусы будут вьщержаны в некоторой изогнутой поверхности 38 где установленные там фотоприемники 15 передают сигналы на счетчик 22 им пульсов и далее через сумматор 23 на показывающий прибор 27. В случае, если положение базовой поверхности 24 будет изменяться, то коррекция показаний прибора 27 осуществляется с помощью второго микроскопа 3 наблюдения. Если базовая поверхность 24 из номинального положения Г -Г переместится, например, на некоторую величину ( в положение iTi-iTi, то на ту же самую величину произойдет и перемещение поверх ности X-J детали 21, что в известном устройстве и приводит к погрешности измерения, так как сигнал на выходе микроскопа 2 наблюдения в счетчике 2 импульсов уменьшается на величину к- S , где у. - коэффициент увеличения микроскопа 2 наблюдения. В описываемом устройстве в этом случае происходит смещение второго изображения световой щели 8 на базовой поверхности 24 из положения в положение ( , а так как на это изображение отфокусирован объектив 33 второго микроскопа 3 наблюдения с увеличением 50, то в его фокальной поверхности происходит смещение изображения световой щели из положения ifl в положение ii и с фотоприемников 36, расположенных в этой фокальной поверхнвсти, происходит передача сигнала в счетчик 25 импульсов. Таким образом, при перемещении базовой поверхности 24 из положения I-I в положение 1|Г-|Т1на выходе второго микроскопа З наблюдения (в счетчике 25 импульсов) происходит (так же, как и на выходе первого микроскопа 2 наблюдения - в счётчике 22) уменьшение сигнала на величину к . 8 . Далее сигнал со счетчика 25 импульсов инвертируется в инверторе 26/и при сложении его в сумматоре 23 с сигналом со счетчика 22 погрешность K-Q уничтожается, так как складываются два сигнала, один из которых (на первом входе в сумматор 23) уменьшен на величину к , а другой за счет инвертора (на втором входе в сумматор 23) увеличен на величину , что при суммировании в сумматоре 23 обеспечивав т исключение погрешности из суммарного результата и, следовательно, независимость показаний прибора 27 от изменения положения базовой поверхности 24. Таким образом, описываемое устройство обеспечивает повышение точности измерения за счет компенсации перемещения базовой поверхности и повышение производительности за счет уменьшения количества поднастроек устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ по авт.св. 934214, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерения, оно снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью осветительного микроскопа с возможностью наклона в пределах 40-50® относительно оси линзовой телв скопической системы Галилея, системой из двух зеркал полного отражения. установленных с возможностью наклона в пределах 40-50 относительно оси , линзовой телескопической системы и размещения первого зеркала так, что его отражающую поверхность пересекает перпендикуляр к оси телескопической системы, проведенный через точку ее пересечения с поверхностью полупрозрачного зеркала, а второго зеркала так, что его отражающую поверхность пересекает линия, проведенная парал;пельно оси телескопической системы через точку пересечения упомянутого перпендикуляра с перньм . зеркалом втор.ым. микроскопом наблюо S дения, 1Идентйчню1 первому и установлейншГ еркально симметрично ему (Л по другую сторону осветительного с микроскопа, двумя счетчиками импульсов, входы которых связаны соответственно с фотоприемниками первого и второго микроскопов наблюдения, и сумматором, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика имсо ел пульсов, а второй вход - через инвертор с выходом второго счетчика импульсов. о : ел