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

Изобретение относится к измерител ной технике, в частности к измерению линейных размеров деталей оптическим бесконтактным методом. По основному авт.св. № 934214 известно устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, содержащее стойку, установленные на ней двойной микроскоп, включающий осветительный микроскоп с источником света и световой щелью и микроскоп наблюдения с объективом, причем осветительный микроскоп содержит линт зовую телескопическую систему Галлим лея, состоящую из собирательного ахроматического объектива и рассеивательной двояковогнутой линзы, закрепленную непйдвижно между источником света и световой щелью, а микроскоп наблюдения содержит криволинейное зеркало, установленное на половине фокусного расстояния от объектк ва, фотоприемники, расположенные в фокальной плоскости объектива, В качестве источника света в устройстве использован гелий-неоновый лазер Cll Недостатком известного устройства является низкая точность измерения из-за возникновения погрешности измерения в случае нестабильности положения базовой поверхности, на которой расположена деталь, что, в частности, имеет место при измерении деталей на столе плоскопшифовального станка. Так как прибор работает по методу сравнения с мерой и настраивается по образцовой детали или концевым мерам длины, то нестабильность положениябазовой поверхности стола приводит к возникновению дополнитель ной пб грешности измерения и для, ее устранения требуется частая корректировка настройки прибора по кон- цевьв мерам, что приводит к потере производительности. Цель изобретения - повьаление трчност йЬ и производительности измерения Указанная цель достигается тем, что устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, содержащее стойку, установленные на ней двойной микроскоп (гелий-неоновый лазер), включающий осветительг ный микроскоп с источником света и световой щелью и MifHpocKon наблюдени с объектив 4, причем осветительный микроскоп содержит линзовую телескопическую систему Галлилея, состоя щую из собирательного ахроматического объектива и.рассеивательной двояковогнутой линзы, закрепленную неподвижно между источником света и световой щелью, а микроскоп наблюдения содержит криволинейное зеркало, установленное на половине фокусного расстояния от объектива, фотоприемники, расположенные в фокальной плос кости объектива, снабжено полупрозрачньом зеркалом, установленным за световой щелью так, что его отражающая поверхность расположена на оси линзовой телескопической системы Галлилея, под углом 40-50 к ней с возможностью регулировки, системой из двух зеркал полного отражения, одно из которых установлено так, что его отражающая поверхность пересекает перпендикуляр к оси линзовой телескопической системы Галлилея, проведенной через точку ее пересечения с полупрозрачньм зеркалом, а другое установлено так, что его отражакадая поверхность пересекает линию, проведенную параллельно оси линзовой телескопической системы Галлилея через точку пересечения вьииеуказанного перпендикуляра с перВЕЛМ зеркале, отражающие поверхности обоих зеркал полного отражения расположены под углом 40-50 к оси линзовой телескопической системы с возможностью регулировки, вторым микроскопсж« наблюдения, состоящим из объектива, установленного так, что его главная оптическая ось расположена под угле 45°к оси ЛИНЗОВОЙ телескопической системы Галлилея, маски с тремя параллельными щелями, установленными в фокальной плоскости объектива, трех фотоэлементов, каждый из которых установлен за из трех щелей, и сервоприводом с блоком управления, связанным со стойкой и вклкгчакэдим подъема остановки и опускания стойки, первый из фотоэлементов соединен со схемой подъема, второй фотоэлемент - со схемой остановки, а третий - со схемой опускания стойки-. На чертеже изображена принципиальная схема устройства для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, Устройство содержи осветительный микроскоп 1, первый микроскоп 2 наблюдения и второй микроскоп 3 наблюдет НИН, закрепленные неподвижно на стойке 4, Осветительный микроскоп 1 состоит из источника 5 света, в качестве крторого используется гелий-неоновый лазер, линзовой телескопической системы Галлилея, состоящий из собирательного ахроматического объектива б и рассеивательной . двояковогнутой линзы 7, световой щели 8, полупрозрачного зеркала 9 и системы двух зеркал полного отражения, включаквдей первое зеркало 10 и второе зеркало 11, Причем объектив б состоит из двояковыпуклой кронгласовой, линзы 12 и плосковогнутой флинтгласовой линзы 13, Первый микроскоп 2 наблюдения состоит из микропроекционного объектива 14, криволинейного зеркала 15, фотоприемников 16 например, фоторезисторов, фотодиодов или фотоэлектронного умножителя, и шкалы 17 с делениями -для удобства визуальной настройки микроскопа. Благодаря криволинейному зеркалу 15можно разнести фотоприемники 16на необходимое расстояние.Криволи нейное зеркало Г5 расположено за объ ективом 14 на пути хода лучей, отраженных от наблюдаемой поверхности и прошедших через объектив 14, и отстоит от объектива 14 на расстоянии равном половине фокусного расстояния измеренного в направлении главной оптической оси 18 микроскопа наблю дения. При наладке, микроскопа 2 поло жение зе ркала 15 регулируется (производится юстировка), а затем в прог цессе работы зеркало 15 остается не подвижным. Направления 19 и 20 регулировок и угла d. наклона зеркала 15 показаны на чертеже, где 19 - направ ление, перпендикулярное главной опти ческой оси 18; 20 - направление, параллельное ей; об -.угол между главной оптической осью 18 и касательной 21. к поверхности зеркала 15 в точке пересечения поверхности зеркала 15 с ось 19. Угол ot регулируется в пре делах 5 - 45. Первый микроскоп 2 наблюдения предназначен для наблюдения за первнм изображением световой щели б на поверхности детали, образуема пучксяк пучеЛ, проходящих через полупрозрачное зеркало 9. Фотоприемники 16 этого микроскопа подключены к счетчику 22 импульсов, причем фотоприемйики.16 расположены вдоль поверхности 23, где выдержаны сопряженные Фокусы. Второй микроскоп 3 иаблюденвя состоит из объектива 24, в фокальной плоскости которого установлена маска 25 с тремя параялельньми целевыми отверстиями, за каждая из которых расположены первый фотоэлемент 26, второй фотоэлемент 27 и третий фотоэлемент 28. Стойка 4 устройства снабжена сервопривод : 1 29 ее подъема и опускаНИИ, например, через перадачу 30 винт-гайка. Управление сервоприводом 29 осуществляется блоком 31 управления, включающим схему 32 подъе ма, схему 33 остановки и схему 34. опускания стойки 4, причем второй фотоэлемент 27 соединен со схемой 33 остановки, а третий фотоэлемент 28 соединен со схемой 34 опускания стойки 4. Второй микроскоп 3 наблюдения предназначен для наблюдения за вторы изобргикениемсветовой щели 8, образуемым на базовой поверхности пучком лучей, отраженньк от зеркала 9, и системой зеркал 10 и 11. Микроскопы 2 и 3 наблюдения установлены таким образом, что их главные оптические оси 18 и 35 соответственно перпендикулярны наблюдаемым поверхностям детали и базовой поверхности, а осветительный микроскоп 1 установлен так, что ось 36 телескопической системы составляет угол 45 с направлением главной оп;тической оси 18 первого микроскопа 2 ,наблюдения, а система зеркал 10 и 11 ;отрегулирована таким образом, что направление 37 светового потока составляет угол 45 с направлением главной оптической оси 35 второго микроскопа 3 наблюдения. Для этого полупрозрачное зеркало 9 установлено под углом /5 40-50 к оси 36 с возможностью регулировки, а перпендикуляр 38, проведенный из точки 39 пересечения поверхн&сти зеркала 9 с осью 36, пересекает отражающую поверхность зеркала 10 (угол |« равен 90 ). Линия 40, проведенная параллельно оси 36 из точки пересечения поверхности этого зеркала 10 с вышеуказанным перпендикуляром, пересекает отражающую поверхность вторбго зеркала 11. Зеркала 10 и 11 установлены под углами Уи VK оси 36 с возможностью регулировки углов в пределах 40-50 . Регулировка углов установки зеркал в указанных пределах позволяет напра,вить луч 37 в любую заданную то«ку базовой поверхности 41 под углом 45 на которой установлена контролируемая деталь 42. Устройство работает следукщим образом. Лучи света от источника 5 света гелий-неонового лазера через линзовую телескопическую систему Гал- . лилея, световое щель € с резко границей света и тени и полупрозрачнО|е зеркало 9 нап1 авляются на поверхность 1-1 детали 42. На световую цель (границу) отфокусировай микропроекционнъй объектив 14 микроскопа 2 с увеличением 50. При изменении высоты h деталш 42, например, при плоском ишифоваяия, когда с детснш 42 периодически спомаются слсж металла, поверхность Irl и 4еняет свое положение, опускается в положение ,1-ти т.д. np« этом преисхевит смещение границы света и теяи .(на чертеже вправо) на величины d, d и т.д., причем эти величины соответствуют изменениям, размера детали di , Je и т.д. Благодаря увеличению мнкропроекционного объектива 14 в ехх) фокальной плоскости происходит см€маенив изображения границы от величины , tf х50 и т.д. Пучки лучей, идущие от точек Ц ,:,, QJ и т.ж(границы света и тени| падают на зеркало 15 микроскопа 2, причем пучки лучей, идущие от точки-с;, падая на зеркало в точке собираются в фокусе, в точке F и т.д., т.е. сопряженные фокусы выдержаны в некоторой изогнутой поверхности 23, где установлены фотоэлементы 16, которые поключены к счетчику 22 импульсов.

Если положение базовой поверхности 4i изменяется, то коррекция показаний осуществляется с помощью второго микроскопа 3 наблюдения и сервопривода 29 с блоком 31 управления, осуществляющим перемещение стойки 4 .на необходимую величину.

Если базовая поверхность 41 из номинального положения I-lперемещается, например, на некоторую величинуЛ положение & - S, то на ту же самую величину перемещается поверхность I -I детали 42.

В предлагаемом устройстве в этом случае происходит смещение второго изображения световой щели 8 .на базовой поверхности 41 из Положения g--, в положение, , а так как на -это изображение отфокусирован объектив 24 второго микроскопа 3 с увеличением 50 , То в его фокальной поверхности, где расположена 25, происходит смещение изображения световой щели 8 с фотоэлемента 27 на фотоэлемент 28, засвечивание которого приводит к срабатыванию ,схемы 34 опускания, включающей сервопривод 29, который через передачу 30 винтгайка опускает стойку 4 до момента, когда световое изображение щели 8 опять попадет через маску 25 на фотоэлемент 27, засвечивание которого приводит к срабатыванию схемы 33 остановки сервопривода и к остановке перемещения стойки 4. Таким образом обеспечивается компенсация погрешности Л. Аналогич«ым образом включается в работу схема .32 подъема в случае перемещения базовой поверхности 35 из положения 1-Г в положение п.

В качестве сервопривода 29 может быть применен быстродействующий электродвигатель постоянного тока, обеспечиваквдий слежение за перемещениями. бЪ зоной поверхности 41, а передача 30 винт-гайка выполняется без-, люфтовой для повышения точности перемещения стойки 4,

Таким образом, предложенное 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 так, что его отражающая поверхность расположена на оси линзовой телескопической системы Галлилея, под углом 40-50° к ней с возможностью регулировки, системой из двух зеркал полного отражения, одно из которых установлено так, что его отражающая поверхность пересекает перпендикуляр к оси линзовой телескопической системы Галлилея, проведенный через точку ее пересечения с полупрозрачньм зеркалом, а другое установлено так, что его отражакнцая поверхность пересекает линию, проведенную параллельно оси линзовой телескопической системы Галлилея через точку пересечения вышеуказанного перпендикуляра с первым зеркалом,отражающие поверхности обоих зеркал полного отражения расположены под углом 40-50° к оси линзовой телескопической системы с возможностью регулировки, вторым микроскопом наблюдения, состоящим из объектива, установленного так, что его главная оптическая ось расположена под углом 45° к оси линзо§ вой телескопической системы Галлилея, маски с тремя параллельными щелями, установленными в фокальной плоскости объектива, трех фотоэлемен тов, каждый из которых установлен за одной из трех щелей, и сервоприводом с блоком управления, связанным со, стойкой и включакяцим схемы подъема, остановки и опускания стойки, первый из фотоэлементов соединен со схемой N0 подъема, второй фотоэлемент - со схемой остановки, а третий - со схемой опускания стойки. У ЭО :о