Способ измерения углов,образуемых тремя гранями призмы,и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и допускового контроля погрешностей изготовления трех углов и пирамидальности различ- ных призм на одну, установку.

Целью изобретения повышение Точности и производительности измерений, а также их автоматизация за счет измерения всех угловых погре- шностей изготовления за одну установку.

На фиг.1 показан ход лучей, направляемых на контролируемую призму на фиг.2 - расположение автоколлимацион- ных бликов в поле зрения; на фиг.З - схема устройства; на фиг.4 - радиаль- но секторный растр, вид в плоскости, перпендикулярной оси устройства.

На чертежах приняты следующие обо- значения: контролируемая призма 1, установочная поверхность 2 столика, направляющий упор 3, плоские зеркала 4 и 5, вспомогательные зеркала 6 и 7 автоколлиматор 8,осветительная систе- ма 9, источник излучения 10, конденсор 11, волоконно-оптический световод 12, марка 13, вьшолненная в виде диафрагмы, плоское зеркало 14, объек- тив 15, светоделительный блок 16, светоделительная призма 17, плоские зеркала 18-20, анализатор 21, генератор 22 опорного напряжения (ГОН), фотоприемный блок 23, электронный блок обработки сигнала 24-30, фазо- метр 31, индикатор 32 измеряемых величин.

Способ измерения углов заключается в следующем.

Контролируемая призма 1 устанавли- вается одной из контролируемых граней на установочную плоскую поверхность 2 столика и прижимается второй контролируемой гранью к направляющему упору (фиг.1). Столик предварительно ори- ентирован относительно двухкоординат- ного автоколлиматора 8 таким образом, что его поверхность 2 перпендикулярна оси пучка автоколлиматора, а базовая линия упора 3 параллельна одной из координатных осей, например оси У, системы отсчета координат в автокол- . ЛИматоре 8. Излучение автоколлиматора, отраженное обращенными к нему контролируемыми гранями призмы, на- правляется на плоские зеркала 4 и 5, установленные на столике таким образом, что их нормали перпендикулярны

базовой линии упора 3 и образуют с осью автоколлиматора углы 2Л & и 2|з (S , где J. и Ь - номинальные значения углов, образуемых обращенными к автоколлиматору контролируемыми гранями с третьей гранью, а - угол, соответствующий необходимому для анализа разнесению автоколлимационных бликов в поле зрения автоколлиматора. Благодаря описанной ориентации плоских зеркал 4 и 5, они направляют падающие на них пучки обратно на те же грани призмы и затем в объектив автоколлиматора. При этом в поле зрения автоколлиматора формируются два автоколлимационных блика, соответствующих пучкам, образованн1л 1 после последовательного отражения от грани призмы соответствующего плоского зеркала и вновь от той же грани.

При отсутствии отклонений контролируемых углов от номинальных значений блики оказываются симметричньв и относительно оси У и отстоящими от нее на расстояние х 26fo5) где f - фокусное расстояние объектива авто- коллиматора.

При наличии погрешностей контролируемых углов автоколлимационные блики смещены из указанных положений (фиг.2). Причем их смещение по оси X несет информацию об ошибках (Jj и « углов . и р соответственно ДХ fcS tg 4с (i 1, 2), а смещение блика, соответствукнцего отражению от зеркала 5, по оси У определяет пира- мидальность JT контролируемых граней

1 cosX

ЛУог

05tg 41

sin б

Устройство, реализующее предлагаемый способ измерения погрешностей изготовления углов и пирамидальности призм (фиг.З), содержит предметный столик, снабженный установочной поверхностью 2 с расположенными на ней направляющим упором 3 и двумя плоскими зеркалами 4 и 5, вспомогательные зеркала 6 и 7, и фотоэлектрический автоколлиматор 8, в состав которого входит осветительная система 9, содержащая источник 10 излучения, конденсор 11, волоконно-оптический световод 12, малоразмерную диафрагму 13 и плоское зеркало 14, объектив 15, фокальная плоскость которого совмещена с плоскостью диафрагмы 13, светоделительный блок 16, расположенный между осветительной системой и объек

тивом, и образ Ю ций дна оптических канала - канал измерения отклонений углов и канал измерения пирамидально сти. В состав светоделительного блок входят светоделительная призма 17 и плоские зеркала 18-20. Призма 17 пре представляет собой склейку трех прямоугольных призм, причем склеиваемые грани имеют полупрозрачное покрытие. Фокальные плоскости каналов совмещен с плоскостью анализатора 21, который представляет собой радиально-сектор- ный растр с чередуюищмся прозрачными и непрозрачными штрихами равной ширины, установленный на оси вращения, перпендикулярной плоскости изображения . Оптические оси каналов X и У пересекают растр через 90 по окружности его рабочей дорожки. В каждом канале размещен ГОН 22, соединенный с электронным блоком обработки сигнала. За растром по оси X в каждом канале расположено фотоприемное устройство 23, содержащее волоконно-оптические световоды 24-26, выходные торцы которых подведены к чувствительным площадкам приемников 27-29 излучения. Приемники излучения подключены к электронному блоку 30 обработки сигнала, соединенному с фазо- метром 31 и индикатором измеряемых величин 32.

Первая полупрозрачная грань призмы 17 играет роль светоделителя, совмещающего оси коллиматора и блока регистрации. Вторая полупрозрачная грань совместно с зеркалом 18 и зеркало 19 совместно с зеркалом 20 составляют зе ркальные ромбы, образующие два канала блока регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Поток излучения от осветительной системы, прошедший через диафрагму 13 и первое полупрозрачное покрытие светоделительной призиь 17, коллими- руется объективом 15. Параллельный пучок лучей, выходящий из объектива 15, попадает на призму 1, где он делится на три части; первая отражается одной гранью призмы, вторая - другой гранью, а третья - с помощью вспомогательных зеркал 6 и 7 непосредственно . от грани, базируемой отно.си- тельно установочной плоскости.. Каждая из этих частей формирует автоколлимационное изображение диафрагмы 13 в плоскости анализатора 21. Первое изо20

10 15зо

5 0 5

2508А84

бражение создается потоком излучения, отразившимся последовательно от первой грани призмы 1, зеркала 4, и вновь от той же грани. Второе изобра- 5 жение создается ртражением от второй грани призмы 1 аналогично первому, только с помощью зеркала 5, а третье - потоком Излучения, отразившимся от вспомогательных зеркал 6 и 7, грани призмы, базированной относительно установочной плоскости, и снова от вспомогательных зеркал. Каждый из потоков делится пополам вторым полупрозрачным покрытием светоделитель- Ной призмы 17 и, отразившись от соответствующих зеркал 18-20, создает в каждом из каналов в плоскости анализатора 21 автоколлимационные изображения диафрагмы 13:. На фиг.4 показано взаимное расположение автокол- лимационньгх изображений в плоскости анализатора. В канале измерения отклонений углов анализатор движется по оси X, а в канале измерения пирами- дальности - по оси У.

Если на измерительный столик установлена эталонная призма, то автоколлимационные изображения располагаются по оси X на расстоянии, равном или кратном периоду растра Т. Поток излучения от каждого изображения после анализатора по световодам 24-26 поступает на чувствительную площадку соответствующего приемника 27-29 излучения. При вращении анализатора 21 (движение растра по оси X в канале измерения углов и по оси У в канале измерения пирамидальности) потоки из- излучения от каждого изображения преобразуются фотоприемными устройствами 23 в электрические сигналы, соответствующие положению каждого из изображений, разность фаз которых равна нулю.

25

35

40

При установке на измерительный столик контролируемой призмы автоколлимационные изображения занимают положения, отличные от эталонных, при этом изображение, полученное от первой грани, смещается по оси X, изображение, полученное от второй грани призмы, может сместиться как по оси X, так и по оси У, а центральное токоллимационное изображение по осям X и У по-прежнему занимает нулевое положение, т, е. разность фаз между электрическими сигналами с ГОНов 22 и центральных фотоприемников 28 равна

нулю. Некоторому угловому расстоя 1;ю между автоколлимационными изображениями от граней двугранного угла соот- , ветствует разность фаз между электрическими сигналами. Угловому расстоянию ЛХоа между цеятральным автоколлимационным изображением и автоколлимационным изображением от первой грани соответствует разность фаз (рис.4)

Afa. Ц f

05

360 Т

по которой можно определить отклонение сГ угла «Х- .

По разности фаз ЛТ, to .- t х

ЛТог - 05

360 X -; можно определить погрешность

изготовления С угла b. Эти разности фаз также измеряются фазометром 31.

В канале измерения пирамидальности расположение автоколлимационных изображений такое же, как и в канале измерения углов, но растр движется по оси У. Это дает возможность преобразовать угловое расстояние между автоколлимационными изображениями от граней двугранного угла в разность фаз

. 5-L-fo5

.360

т ,

sin

где TL - пирамидальность призмы. Разность фаз также измеряется фазометром 31.

В электронном блоке 30 эти сигналы сравниваются и поступают на индикатор измеряемых углов 32, который выдает отклонения трех углов и пирамидальность призмы в цифровом виде.

Предлагаемый способ измерения углов призм и устройство для его осуществления обеспечивают повьшение точности измерений за счет увеличени коэффициента преобразования угла в перемещение до 4-х в силу двухкратного отражения коллимированного пучка от граней контролируемой призмы , повышение производительности процесса измерения благодаря сокращению времени, затрачиваемого на базирование призмы относительно автоколлиматора; автоматизацию процесса измерений, благодаря примененной форме выполнения блока регистрации.

Формул

изобретения

1. Способ измерения углов, образуемых тремя гранями призмы, заключаю

10

15

20

5

0

5

0

5

0

5

щийся в том, что направляют на призму со сторо 1ы ребра, образованного двумя из контролируемых граней, пучок лучей двухкоординатного автоколлиматора, определяют расположение авто- коллимационных бликов в поле зрения автоколлмматора и по расположению бликов судят об измеряемых углах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, пучок автоколлиматора направляют перпендикулярно третьей контролируемой грани с помощью плоских зеркал, ориентированных в системе координат, связанной с автоколлиматором, возвращают отраженные контролируемыми гранями пучки на те- же грани призмы и определяют расположение бликов, полученных после двухкратного отражения от одной и той же контролируемой грани.

2. Устройство для измерения углов, образуемых тремя гранями призмы, содержащее двухкоординатный автоколлиматор, включающий осветительную оптическую систему, выполненную в виде источника излучения и последовательно расположенных по ходу его лучей конденсора и марки, светоделитель, оптически связанный с осветительной системой, объектив, установленный по ходу одного из пучков, полученных из пучка, выходящего из осветительной системы после однократного прохождения им светоделителя, и блок регистрации, установленньй таким образом, что его ось оптически сопряжена с осью осветительной системы относи-i тельно све-тоделителя, столик для установки контролируемой призмы с расположенными на нем элементами для базирования призмы, расположенный на пути пучка, выходящего из автоколлиматора со стороны объектива, о т л и- чающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, устройство снабжено двумя плоскими зеркалами, элементы базирования призмы выполнены в виде плоской установочной поверхности и направляющего упора, столик ориентирован таким образом, что плоская поверхность перпендикулярна оси падающего на столик пучка, а базовая линия направляющего упора параллельна одной из координатных осей системы отсчета координат в автоколлиматоре, зеркала установлены неподвижно на пути пучков, получаемых путем отражения

пучка автоколлиматора контролируемыми гранями призмы, и ориентированы таким ч образом, что нормали к их отражающим поверхностям перпендикулярны ба- зовой линии направляющего упора и : составляют с визирной осью автоколлиматора углы 2jL +(§ и 2b -4 соответственно, где оС и fo - номинальные значения углов, образуемых обращенными к автоколлиматору контролируемыми гранями призмы с третьей контролируемой гранью, (5 - угол, соответствующий раздельному изображению автоколлима- ционньпс бликов в поле зрения автоколлиматора ,

3. Устройство по п,2, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью автоматизации процесса измерений, блок регистрации выполнен двухканальным и содержит размещенные последовательно по ходу пучка, идущего от светоделителя в направлении блока регистрации, два зеркальных ромба, ориентированных таким образом, что главная плоскость одного из ромбов параллельна базовой линии направлякнцего упора, главная плоскость второго ромба перпендикулярна главной плоскости первого, а линия пересечения их главных плоскостей совпадает с прямой, оптически :сопряженной с,осью осветительной системы относительно светоделителя, радиально-секторный растр, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси симметрии в положение, при котором его ось симметрии совпадает С линией пересечения главных плоскостей ромбов, а плоскость растра оптически сопряжена с фокальной плоскостью объектива относительно оптической систе1« 1, образованной светоделителем и зеркальными ромбами, два фотоприемных блока, каждый из которых включает по два фотоприемника, установленных на пути пучков, вышедших из ромбов и прошедших прозрачные участки растра, попарно симметрично относительно осей каналов блока регистрации в плоскости, перпендикулярной базовой линии направляющего упора на расстояниях 4б друг от друга, и блоки обработки электрических сигналов на выходе фотоприемников, причем входное зеркало первого по ходу лучей ромба выполнено полупрозрачным, а период растра выбран кратным величине 26f,, , где f - фокусное расстояние объектива автоколлиматора.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения и допускового контроля погрешностей изготовления углов и пирамидальности призм.. Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений, а также их автоматизапия. Поток излучения от осветительной системы, прошедший через диафрагму и полупрозрачное покрытие светоделителя, коллими- руется объективом. Вьрсодящий из объектива пучок попадает на призму, где делится на три части, одна из которых отражается одной гранью призмы, вторая - другой гранью, третья - с помощью вспомогательных зеркал непосредственно от грани, базируемой относительно установочной плоскости. Каждая из зтих частей формирует автоколлимационное изображение диафрагмы в плоскости анализатора, выполненного в виде радиально-секторного растра. Если на измерительный столик установлена эталонная призма, то автоколлимационные изображения располагаются по одной оси на расстоянии, равном или кратном периоду растра. При установке на измерительный столик контролируемой призмы авт околлимационные : изображения займут положения, отличные от эталонных. Величина отклонения угла определяется по разности фаз между электрическими сигналами с генератора опорного напряжения (ГОНов) и центральных фотоприемников. Автоматизация процесса измерений достигается выполнением блока регистрации и определенной ориентацией двух зеркальных ромбов и их выполнением. 2 с. и 1 3.п. ф-лы, 4 ил. S (Л С

г /

)Ji

J

j

фие.2

ipue.t

ь-сг

(pua.Z

Редактор Т.Парфенова

Составитель М.Семчуков

Техред в. рсадар Корректор С.Черни

Заказ 5146 Тираж 670Подписное

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