Устройство для измерения расстояний между отражающими поверхностями Советский патент 1985 года по МПК G01B21/08 G01B21/16 

1 1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояний между отражающими поверхностями прозрачных и непрозрачных объектов, например, в сборочном производстве при контроле толщины линз. Целью изобретения является повыш ние точности измерений. На фиг.1 представлена .функциональная схема устройства; на фиг.2 относительные положения фокальных плоскостей объектов ,. I - Устройство содержит оптически связанные источник 1 света, диафраг му 2, оптический блок 3 построения изображения диафрагмы, состоящий из полупрозрачного элемента 4, коллимирующего и фокусирующего объекти вов 5 и 6, образующих первую ветвь, полупрозрачного элемента 7, зеркал 8-10, фокусирующего объектива 11, образующих вторую ветвь, анализатор 12 изображения, выполненный в виде щелевой диафрагмы, фотоприем ник 13, привод Н, выход которого кинематически связан с фокусирующими объективами 6 и 11, датчик 15 перемещений, кинематически связанный с приводом 14, триггер 16, счетный вход которого подключен к выходу датчика 15 перемещений, усилитель 17, вход которого подключен к фотоприемнику 13, формирователь 18, вход которого подключен к выхо ду усилителя 17, блок 19 разделения сигналов, состоящий из триггера 20, счетный вход которого подключен к выходу формирователя 18, инвертора 21, вход которого подключен к выход формирователя 18, триггера 22,счетный вход которого подключен к выходу инвертора 21, логического элемента И 23, входы которого подключе ны к выходу триггеров 20 и 22, коммутатора 24, состоящего из логического элемента И 25, входы которого подключены к выходам логического элемента И 23 и к выходу датчика 15 перемещений, логического элемента И 26, входы которого подключены к выходу формирователя 18 и триггера 16, логического элемента ИЛИ 27, входы которого подключены к выходам логических элементов К 25 к 26 счетчик 28, счетный вход которого подключен к вьпйоду логического элемента ИЛИ 27, индикатор 29, вход 72 которого подключен к выходу счетчика 28, узел 30 задержки, -выход которого соединен с установочным входом счетчика 28, входы узла 30 задержки, считывающего входа индикатора 29, установки нуля триггеров 16, 20 и 22 подключены к дополнительному выходу датчика. 15 перемещений. Кроме того, измеряется расстояние между отражающими поверхностями объекта 31, например линзы. Устройство работает следующим образом. Источник 1 света освещает щелевую диафрагму 2, автоколлимационное изображение кото.рой от первой поверхности строится с помощью полупрозрачного элемента 3, коллимирующего и фокусирующего объективов 5 и 6 в плоскости анализа, в которой -установлена щелевая диафрагма 2, Автоколлимационное изображение щелевой диафрагмы 2 также строится в плоскости анализа с помощью полупрозрачного элемента 7, зеркал 8-10 и фокусирующего объектива 11. Фокусирующие объективы 6 и 11 установлены таким образом , что расстояние между их фокальными плоскостями больше максимального расстояния между отражающими поверхностями линзы 31. При перемещении приводом 14 фокусирующих объективов 6 и 11, установленных на одной оптической оси, вдоль их оптической оси, происходит последовательное фокусирование автоколлимационных изображений щелевой диафрагмы 2 на первую и вторую поверхности линзы 31, что приводит к увеличению сигнала, снимаемого с фотоприемника 13. Сигнал, снимаемьй с фотоприемника 13, усиливается усилителем 17 и поступает на формирователь 18 формирующий прямоугольные импульсы, длительность которых связана с длительностью колоколообразных сигналов, снимаемых с усилителя 17 на определенном уровне, например 0,5 от максимального значения. Сигнал, снимаемый с формирователя 18, поступает на счетный вход триггера 20 и инвертор 21, с выхода которого он поступает на счетный вход триггера 22. Выходные сигналы с триггеров 20 и 22 поступают на логический элемент И 23, выходной

сигнал с которого поступает на . первый вход логического злемента И 25, на второй вход которого поступает последовательность импульсов с датчика 15 перемещений, кинематически связанного с приводом 14.

На выходе логического элемента И 26 формируется пачка им- пульсов, длительность которой равна длительности временного ин- , терзала между задним и передним фронтами импульсов, сформированными формирователем 18.

На первый вход логического элемента И 26 поступают импульсы,сформированные формирователем 18j на второй вход логического элемента И 26 поступают импульсы с выхода триггера 16, на вход которого поступает последовательность импульсов с датчика 15 перемещений.

Количество импульсов, сформированных на выходе логического элемента И 26, связано с длительностью двух импульсов, снш {аемых с выхода формирователя 18.

Пачки импульсов, сформированные на выходе логических элементов И 25 и 26, суммируются логическим элементом ИЛИ 27 и поступают на счетньй вход счбтчика 28.

Таким образом, за один цикл перемещения фокусирующих объективов 6 и 11 в счетчике 28 накапливается результат, связанный с расстоянием между отражающими поверхностями, определяемый выражением

-),

(г-

K.f.

Nc4 де N

- количество импульсов.

сч

накопленных в счетчике 28;

К - масштабный коэффициенту

4-- частота следования импульсов с датчика 15 перемещений I

ij - длительность импульса, определяемая формой расфокусировочной кривой от первой поверхности;

длительность импульса, связанная с расстоянием

между первой и второй поверхностями длительность импульса,определяемая формой расфокусировочной кривой от второй поверхности.

Количество импульсов, формируемых на выходе логического элемента ИЛИ JO 27, соответствует пространственному положению максимумов расфокусиро , вочных кривых, формируемых от первой и второй поверхностей линзы 31.

Изменение отражающей способности . поверхностей линзы 31, приводящее к изменению амплитуды электрическо-. го сигнала, снкмае 5ого с фотоприем- ника 13, не изменяет результат измерения .

При выполнении счетчика 28,реверсивным j при аттестации устройства вместо линзы 31 устанавливается эталон и в счетчик 28 записываются результаты измерения в обратном коде.

При этом значение расстояний между отражающими поверхностями линзы 31 при работе устройства накапливаются в счетчике 28 относительно эталона с учетом знака.

По окончании перемещения фокусирута1щх объективов б и 11 датчик 15 перемещений формирует импульсньй 5 сигнал, по которому результат измерения переписывается в индикатор 29, сбрасываются в исходные состояния триггеры 16, 20 и 22 и импульсный сигнал, пройдя узел 30 задержки, 0 сбрасывает счетчик 28.

Перед началом перемещений фокусирующие объективы 6 и 11 устанавливаются таким образом, чтобы фокальная плоскость одного из них находилась между отражающими поверхностями линзы 31 (фиг,2).

Использование предлагаемого устройства позволяет измерять расстояние между отражающими поверхностями объекта бесконтактным способом, не нарушая просветляющего покрытия объектов.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ МЕЖДУ ОТРАЖАЮЩИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ, содержащее оптически связанные источник света, диафрагму, оптический блок построения изображения диафрагмы в плоскости анализа, анализатор изображения, установленный в плоскости анализа, фотоприемник, привод, кинематически связанный с оптическим блоком построения изображения диафрагмы в плоскости анализа, датчик перемещений, кинематически связанный с приводом, коммутатор, первый информационный вход которого подключен к датчику перемещений, счетчик, вход которого подключен к выходу коммутатора, индикатор, подключенный к счетчику. отличающеес.я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено блоком разделения сигналов, вход которого связан с фотоприемником и первым управляющим входом коммутатора, триггером, счетный вход которого подгслючен к выходу датчика перемещений, коммутатор снабжен,вторыми информационным и управляющим входами, подключекньми соответственно к выходу триггера и выходу блока разделения сигналов. 2. Устройство по n.i, о т л ичающееся тем, что оптический блок построения изображения диафрагмы в плоскости анализа выполнен в виде первого полупрозрачного элемента, коллимирующего и первого фокусирующего объективов, второго полупрозрачного элемента, установленного мещду коллимирующим и фокусирующим объективами, системы зеркал и второго фокусирующего объектива, оптическая ось которого совпадает с оптическими осями кол09 лимирующего и первого фокусирующе го объективов, а фокальные плоскости первого и второго фокусирующего объективов не совпадают одна с другой.