Устройство для контроля линейных размеров Советский патент 1985 года по МПК G01B11/00 

Изобретение отно 1ится к контрол но-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в системах активного контроля диамет ра проволоки, стеклянных трубок, изделий волоконной оптики при их изготовлении. Известны устройства контроля геометрических параметров изделий, в которых сканирующим элементом является плоское вращающееся зеркало , при этом ось вращения зеркала совпадает с отражающей поверх ностью и проходит через точку фокуса объектива СО- Если в объективе сферическая аберрация отсутст вует, то в пространстве за объективом световой пучок остается параллельным самому Себе. Недостатком такого устройства является низкое быстродействие, а также сложность реализации стабиль ного вращения зеркала вокруг оси, совпадающей с отражающей поверхнос Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для контроля линейных размеров, содержащее лазер, последовательно расположенные источник излучения, систему зеркал, направляющую его пучок на правильную многогранную зеркальную призму, вращающуюся вокруг своей оси, пере секающей оптическую ось объектива на расстоянии R от его фокуса, где R - радиус вписанной в многогранник окружности, и фотоэлектрическую регистрирующую систему t2. Недостатком известного устройст ва является непараллельное перемещение светового пучка в пространстве измерения, что приводит к погрешности контроля геометрических параметров изделий, зависящей от положения последнего. Зависимость указанной погрешности лУ от угла d поворота призмы относительно положения, при кот ром ее грань перпендикулярна опти ческой оси объектива, определяется выражением , F Г где а - расстояние от задней фокал ной плоскости объектива д плоскости, в которой лежи измеряемый размер изделия f - фокусное расстояние объек тива. Из (1) следует, что для уменьшения погрешности измерений можно уменьшать радиус R зеркальной призмы, увеличивать фокусное расстояние f объектива и уменьшать рабочий угол d поворота призмы. Однако указанные изменения R и f ограничены конструктивными возможностями. Другим путем уменьшения погрешности измерений является расположение контролируемого объектива. Однако при контроле движущихся в процессе их изготовления изделий практически невозможно стабилизировать положение контролируемого сечения. Недостатком устройства является неустранимая погрешность измерений из-за смещения измеряемой детали из фокальной плоскости объектива, обусловленная дефокусировкой л , вносимой зеркальной призмой. Цель изобретения - повьш1ение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем лазер и установленные последовательно по ходу его излучения систему плоских зеркал, узел сканирования, выполненный в виде объектива и правильной многогранной призмы, устанорленной с возможностью вращения вокруг оси ее симметрии таким образом, что ось симметрии призмы пересекает оптическую ось объектива под прямым углом в точке, расположенной на расстоянии R от фокуса объектива, где R - радиус окружности, вписанной в сечение призмы, и приемный блок, система зеркал установлена таким образом, что ось лазерного пучка на входе узла сканирования совпадает с оптической осью объектива, а призма выполнена таким образом, что R 4f Si,, где f - фокусное расстояние, а S - первая сумма Зейделя объектива. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник 1 излучения (лазер), систему зеркал 2 и 3, объектив 4, вращающуюся многогранную зеркальную призму 5, ось вращения которой пересекает оптическую ось объектива 4 перед его передним фокусом на расстоянии, равном радиусу R вписанной в многогранник окружности, и приемный блок фотоэлектрическуто регистрирующую 3. систему 6, расположенную за объек тивом 4. В пространстве за объективом помещено контролируемое изделие 7. , Устройство работает следующим образом. Световой поток от лазера 1 при помощи системы зеркал 3 направляется через объектив 4 на отражающие грани вращающейся правильной многогранной призмы 5. В процессе вращения прцзмы 5 точка отражения Умещается вследствие дефокусировки, вносимой вращающейся многогра ной призмой,на величину sin2 Л 2R -: cos tC , Продольная сферическая аберрац AS объектива 4 в обратном ходе в общем, случае может быть предста лена выражением as- -1 где т - координата луча во входн зрачке объектива-, S, - первая сумма Зейделя объ тива. Обозначая через d апертурный угол, выражение (3) можно предста вить в виде 4S J - . (+1 IIocKQJ -5Ky В предлагаемом устрой стве углы ci и связаны зависи - мостью , то выражение (3) может быть предс лено в виде АЧ - -Is f - . д и - 2 Для взаимной компенсации сфери кой аберрации объектива и дефоку сировки, вносимой призмой, необход мо выполнить условие 4+ AS 32Л Подставляя в последнее равенство (6) значения 4 и лз из (2) и (5) соответственно,, получим 2К(з1пЯ oL/2/cosdy у S fsin 2ci L . r. Ввиду малости угла eL( о XlS) выражение (7) может быть представлено в виде R 4S,,f.(8) В результате за объективом 4 независимо от величины угла поворота призмы 5 пучок перемещается параллельно самому себе и пересекает контролируемое изделие 7. Фоторегистри рукяцая система 6 регистрирует время прерывания пучка, и по величине этого времени определяется контролируемый размер. Устройство для контроля геометрических параметров изделий (см. чертеж) использует параллельный световой пучек для сканирования в пространстве установки контролируемого изделия. Такого же эффекта (параллельности переноса пучка в пространстве измерений) можно достигнуть и при сфокусированном после о&ьектива 4 световом пучке. Поэтому в устройстве зеркало 3 может быть расположено между объекти1вом 4 и призмой 5. В этом случае в пространстве за объективом 4 сканирование осуществляется сходящимся лазерным пучком, что позволяет повысить при необходимости крутизну фронтов информационных сигналов на выходе фотоприемника, входящего в состав фоторегистрирующей системы. При этом повышается точность определения времени прерывания. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается В повьшении точности измерений вследствие компенсации продольной дефокусировки, вносимой зеркальной призмой, сферической аберрацией объектива.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ, содержащее лазер и установленные последовательно по ходу его излучения систему плоских зеркал, узел сканирования, выполненный в виде объектива и правильней многогранной призмы, установленной с возможностью вращения вокруг оси ее симметрии таким образ(Я4, что ось симметрии призмы пересекает оптическую ось объектива под прямым углом в точке, расположенной на расстоянии R от фокуса объектива, где R - радиус окружности, вписанной в сечение ,призмы, и приемный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, система зеркал установлена таким образом, что ось лазерного пучка на входе узла сканирования совпадает с,оптической осью объектива, а призма выполнена так, что R 4fSj где f - фокусное расстояние объектива, а первая сумма Зейделя объектива.