Оптико-электронное устройство контроля литейных размеров объектов Советский патент 1986 года по МПК G01B11/02 

. - 124

Изобретение относится к измериельной технике, в частности к оптио-электронным устройствам для контоля .линейных размеров объектов.

Целью изобретения является повыение точности контроля за счет частичной компенсации угла дифракции светового пучка 1-го дифракционного максимума от первой дифракционной решетки ,и обеспечения растрового сопряжения решеток с шагом от 5 до 10 мкм, установленных на расстояниях свьшге 150 мм, и с шагом до 500 мкм на расстояниях 1,5-2.м.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема.оптико-электронного устройства; на фиг. 2 - принципиальная оптическая схема растрового сопряжения (пунктиром показан ход лучей в случае отсутствия бипризмы, а сплошной лини- . . ей - при наличии бипризмы после первой дифракционной решетки, S - световой пучок, Cf, и Ц - углы дифракции соответстве.нно 1-го и 2-го максимумов, 9 - преломляюш 1й угол бипризмы, Н - расстояние между решетками); на фиг. 3 - выполнение первой дифракционной решетки и бипризмы в виде еди ного оптического элемента; на фиг. 4 - изображение максимумов оснещенности . 0-го, 1-го и 2-го порядков от первой дифракционной решетки Гсчитая по ходу луча) в плоскости второй дифракцион- Hoй решетки при наличии бипризмы в оптическом канал е между решетками (I - участки наложения 0-го максимума с .1-ым, где наблюдается интерференционная картина после взаимодействия со второй решеткой); на фиг. 5 - изображение максимумом 0-го, 1-го и 2-го порядков от первой дифра:к- ционной решетки в плоскости второй дифракционной решетки при отсутствии бипризмы между решетками..

Устройство содержит лазе) 1, свето- делительную пластину 2, делящую световой поток на две ветви, последовательно установленные в одной ветви коллимирующую систему 3, фокусирующую линзу 4 и. фотоэлемент 5, последовательно установленные в другой ветви коллимирующуго систему 6, плоские зеркала 7 .и 8, первую дифракционную решетку 9, бипризму 10, вторую дифракционную решетку 11, фокусирующую линзу 12 и фотоэлемент 13, сканирующий элемент 14, расположенный в обеих ветвях между коллимирующей системой 3 и фокусирующей линзой 4 и дифракцион3г

ными peшeткa и 9 и 11, счетчик 15 и схему 16 сравнения, электрически связанную входами с фотоэлементами 5 и 13, а выходом - со счетчиком 15. Бипризма 10 выполнена с преломляющим углом б , определяемым по формуле:

агс5дпС Л|р1-агеЦЧ /ч) . 0.,

где 7 - длина волны света; Р - шаг решетки;

Z - смещение дифракционно- . го максимума относительно

0-го;

Н - расстояние между решетками; п - показатель преломления

стекла.

Первая дифракционная решетка 9 и бипризма 10 конструктивно выполне- ны в виде единого оптического элемен- та (фиг. .3) .

Устройство работает следующим образом.

Луч света от лазера 1 расщепляет- ся на светоделительной пластине 2. на два луча .равной интенсивности. Отраженный от светоделительной пластины 2 луч формируется коллимируницей системой 3 и направляется, на скани- Руюшрсй элемент 14. При своем вращении со скоростью W сканирующий элемент 14 преобразует падакяций неподвижный луч-, в движущийся хщраллельно самому себе. В процессе сканирования луч последовательно пересекает соответствующие границы контролируемого объекта 17 и фокусируется линзой 4 на фотоэлемент 5. Йа выходе фотоэлемента 5 генерируется импульс фототока длительностью, пропор1щональной jjasMepy контролируемого объекта 17. Этот импульс поступает на первьй вход схемы 16 сравнения. Во втором канале луч, прошедший светоделительную пластину 2, формируется коллимирующей системой .6 в широкий нерасходящийся пучок диаметром 6 мм, который посредством зеркал 7 и 8 направляется на первую дифракционную решетку 9, а затем на бипризму 10.

Преломляющий угол 9 бипризмы 10 связан с шагом первой дифракционной решетки 9, с расстоянием Н между дифракционными решетками 9 и 11 и с ве- личиной смещения 0-го и максимумов следуюшрм соотношением:

at«c5in()-c3irclg(2/H / ,

в }

П-1

Выполнение этого соотношения обес печивает сопряжение дифракционных решеток .9 и 11 практически с любым шагом, установленных на расстояниях, от нескольких миллиметров до единиц метров.

Луч, прошедший бипризму 10, на- Гфавляется на сканирующий элемент 14. Лучи первой и второй ветвей проходят через центр сканирующего элемен- та 14 во взаимно перпендикулярных направлениях. Луч второй ветви также преобразуется в движущийся параллельно самому себе и перемещается вдоль

второй дифракционной решетки 11, взаи-|5 чески связанную входами с фотоэлемен

модействуя с ней. Результатом взаимодействия являются движущиеся комбинационные полосы, которые фокусируют.ся линзой 12 на фотоэлемент 13. Так как фотоэлемент 13 расположен в фокальной плоскости фокусирунндей- лин- . зы 12, то продольное смещение лучей отсутствует и дифракционная картина представляется неподвижной. Комбинационные же полосы движутся и фотоэлемент 13, установленный в первом боковом максимуме освещенности ди фракционной картины, регистрирует изменение интенсивности света. Выходной сигнал с фотоэлемента 13 пред- ставляет собой почти синусоидальные сигналы и посвгупает на второй вход схемы 16 сравнения, в которой преобразуется в короткие импульсы. Со схемы 16 сравнения в счетчик 15 поступает пачка коротких импульсов, число которых пропорционально длительности импульса, снимаемого с фотоэлемента 5 первой ветви, и, соответственно, размеру контролируемого объекта 17. Формула- изобретения 1. Оптико-электронное устройство для контроля линейных размеров объек

тон, содержащее лазер, светоделитель- ную пластину, делящую световой поток на две ветви, последовательно установленные в одной ветви коллимирующую систему, фокусирующую линзу и фотоэлемент, последовательно установленные в другой ветви коллимирующую систему, плоские зеркала, две дифракционные решетки, фокусирукицую линзу и фотоэлемент, сканирукнций элеь1е«т, расположенный в обеих ветвях меаду коллимируняцей системой и фокусирующей линзой и дифракционными решетками, счетч«к и схему сравнения, электри

тами, а выходом - со счетчиком, о т л и ч а ю .щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, ойо снабжено бипризмой, установленной между первой по ходу излучения ди- фракционной решеткой и сканирующим элементом, а бипризма выполнена с преломляющим углом 0, определяемым по формуле:

агс51л( А(р)(7/ц)

где 71 - длина волны света;

Р - шаг решеток;

Z - смещение дифракционного максимума относительно 0-го;

Н - расстояние между решетками;

п - показатель преломления стекла.

2. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что .первая дифракционная решетка и бипризма выполнены в виде единого оптического элемента.

}(ff

Фиг.1

LLJIJU

r Т ytnuTiiili

Фиг,

Составитель Л.Лобзова-

Редактор К.В,олощук Техред Л.Олейник Кор.ектор Л.Пилипенко

Заказ 3478/35Тираж 670-Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР.

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг.5

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптико-электронным устройствам для контроля линейных размеров объектов. Целью изобретения является повьшение точности контроля за счет частичной компенсации угла дифракции светового пучка- 1 -го дифракционного максимума от первой дифракционной решетки и обеспечения растрового сопряжения решеток с от 5 до 1.0 мкм, уста- 1{овленных на расстояниях свьше 150 мм и с шагом до 500 мкм на расстояниях 1,5-2 м. Луч света от лазера расщепляется на светоделительной пластине на два луча равной сивности. Луч, прошедггай бипризму, направ ется на сканирующий элемент. Бипризма вьшолнена с преломляющим углом 9, определяемым по формуле e arcsin (/P)-arctg (Z/H)/(n-1), . где длина волны света-; Р - шаг решетки; Z - смещение , дифрак- ционного максимума относительно 0-го; Н - расстояние между решетками; п - показатель преломления стекла. Первая :дифракционная решетка и бипризма выполнены в виде единого оптического элемента. При своем вращении скани- рующий элемент преобразует падающий неподвижный луч в движущийся параллельно самому себе. В процессе сканирования луч последовательно пересекает соответствующие границы контролируемого объекта и фокусируется линзой на фотоэлемент. На выходе фотоэлемента генерируется импульс фототока длительностью, пропорциональной размеру контролируемого объекта. Этот импульс поступает на первый :1од схемы сравнения. Луч второй ветви также преобразуется в движущийся параллельно самому себе и перемещается вдоль второй дифракционной решетки, взаимодействуя с ней. Результатом взаимодействия являются движущиеся сомбинационные полосы, которые фоку- сирзпотся линзой на фотоэлемент, им- .пульс с которого поступает на второй вход схемы сравнения. Со схемы срав- ; нения в счетчик поступает пачка коротких импульсов, число которых пропор ционально размеру контролируемого объекта. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. i (Л го 4 Од СО