Способ измерения диаметров и межосевого расстояния отверстий Советский патент 1987 года по МПК G01B21/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике.

Цель изобретения - повышение информативности и точности измерений за счет исключения интегральной оценки интерференционной картины и влияния изменений и 5 неравномерности распределения мощности лазерного луча.

На чертеже представлена оптическая схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит лазер 1, коллима- ю тор 2, первый светоделитель 3, двухклино- вый измерительный компенсатор 4, второй светоделитель 5, первое зеркало 6, третий светоделитель 7, контролируемая деталь обозначена позицией 8, четвертый светоделитель 9, первый объектив 10, второе зер- кало 11, эталонная деталь обозначена позицией 12, пятый светоделитель 13, первую 14 и вторую 15 фокусирующие линзы, первый 16 и второй 17 фотоприемники, второй

а межосевое расстояние

(t5-t,) -f (t,.

Устройство работает следующим образом.

Световой луч от источника когерентного монохроматического излучения лазера 1 направляют в коллиматор 2, после которого получают расширенный параллельный пучок света а диаметром 12 мм. Этот пучок направляется на первый светоделитель 3, который разделяет входящий луч на два вторичных взаимно перпендикулярных ai и аг равной интенсивности. Первый из них, пройдя двух- клиновый измерительный компенсатор 4, дополнительно делится вторым светоделителем 5 на два вторичных взаимно перпендикулярных опорных пучка - первый а ( и второй а. Световой луч at направляется на третий светоделитель 7, который дополнительно разделяет его на два вторичных взаимно перпендикулярных - первый измериобъектив 18, третью 19 и четвертую 20 фо- 20 тельный а и второй измерительный а|. В хо25

кусирующие линзы, третий 21 и четвертый 22 фотоприемники и электронный блок 23.

Способ осуществляется следующим образом.

Создают коллимированный лазерный луч, разделяют его по амплитуде на два вторичных взаимно перпендикулярных. Затем один из вторичных пучков также амплитудно делят на первый и второй измерительные пучки, а другой - на первый и второй опорные пучки. Далее одновременно освещают пер- Q вым и вторым измерительными пучками соответственно контролируемую 8 и эталонную 12 детали и получают изображение отверстий от обеих деталей. Затем путем рекомбинации первого и второго соответственде лучей пучка а г. перпендикулярно ему устанавливают контролируемую деталь 8.

При этом на светоделительной поверхности четвертого светоделителя 9 проецируется изображение отверстий контролируемой детали. Первый опорный пучок а рекомбини- рует на поверхности светоделительного покрытия четвертого светоделителя 9 с первым измерительным пучком а, в результате чего получают комбинированную картину, представляющую собой совмещенную в одной плоскости интерференционную картину и изображение отверстий контролируемой детали. Эта комбинированная картина увеличивается первым объективом 10, а

но измерительных и опорных пучков фор- 35 изображения отверстий фокусируются пермируют интерференционную картину измерительного и эталонного оптических каналов, щирина полосы которой определяется выражением b L-f 1,5(R,+Ra), где L - максимально допустимое значение межосевого расстояния; R, и R - соответственно максимально допустимые значения радиусов отверстий, и совмещают ее в плоскости анализа с изображением отверстий обеих деталей. Далее осуществляют синхронное сканивой 14 и второй 15 фокусирующими линзами соответственно на первый 16 и второй 17 фотоприемники, выходы которых электрически связаны с электронным блоком 23. Второй измерительный пучок а, которому 40 задается посредством второго зеркала 11 взаимно перпендикулярное направление, на входе лучей которого перпендикулярно пучку устанавливается аттестованная эталонная деталь 12 с двумя точечными отверстиярование изображения отверстий интерферен- дс пройдя через отверстие эталона, интер-о -Ч .4 .-fbpnun 7AT ия П А ПиТР ГТР,НПЫ ППП ПУНПГТи

ционной ПОЛОСОЙ контролируемой детали и эталона. При этом регистрируют моменты начала t| и tj и окончания tj и t/, затемнения отверстий обеих деталей. После чего определяют скорость сканирования по формуле

Vc Ur/tsT ,

где Ьэт. - межосевое расстояние пары отверстий эталонной детали;

tsT - время ее сканирования, и находят диаметр отверстий d из выражения

d (,)-Vc,

ферирует на светоделительной поверхности пятого светоделителя 13 с вторым опорным пучком а, которому предварительно задают посредством первого зеркала 6 взаимно перпендикулярное направление. При этом фор50 мируется интерференционная картина, которая совмещается в одной плоскости с изображением отверстий эталона. Эта комбинированная картина увеличивается вторым объективом 18, а изображения отверстий фокусируются третьей 19 и четвертой 20 фо55 кусирующими линзами на третий 21 и четвертый 22 фотоприемники, выходы которых подключены к электронному блоку 23. Сканиа межосевое расстояние

(t5-t,) -f (t,.

Устройство работает следующим образом.

Световой луч от источника когерентного монохроматического излучения лазера 1 направляют в коллиматор 2, после которого получают расширенный параллельный пучок света а диаметром 12 мм. Этот пучок направляется на первый светоделитель 3, который разделяет входящий луч на два вторичных взаимно перпендикулярных ai и аг равной интенсивности. Первый из них, пройдя двух- клиновый измерительный компенсатор 4, дополнительно делится вторым светоделителем 5 на два вторичных взаимно перпендикулярных опорных пучка - первый а ( и второй а. Световой луч at направляется на третий светоделитель 7, который дополнительно разделяет его на два вторичных взаимно перпендикулярных - первый измерительный а и второй измерительный а|. В хо

де лучей пучка а г. перпендикулярно ему устанавливают контролируемую деталь 8.

При этом на светоделительной поверхности четвертого светоделителя 9 проецируется изображение отверстий контролируемой детали. Первый опорный пучок а рекомбини- рует на поверхности светоделительного покрытия четвертого светоделителя 9 с первым измерительным пучком а, в результате чего получают комбинированную картину, представляющую собой совмещенную в одной плоскости интерференционную картину и изображение отверстий контролируемой детали. Эта комбинированная картина увеличивается первым объективом 10, а

изображения отверстий фокусируются первой 14 и второй 15 фокусирующими линзами соответственно на первый 16 и второй 17 фотоприемники, выходы которых электрически связаны с электронным блоком 23. Второй измерительный пучок а, которому задается посредством второго зеркала 11 взаимно перпендикулярное направление, на входе лучей которого перпендикулярно пучку устанавливается аттестованная эталонная деталь 12 с двумя точечными отверстия пройдя через отверстие эталона, интерfbpnun 7AT ия П А ПиТР ГТР,НПЫ ППП ПУНПГТи

ферирует на светоделительной поверхности пятого светоделителя 13 с вторым опорным пучком а, которому предварительно задают посредством первого зеркала 6 взаимно перпендикулярное направление. При этом формируется интерференционная картина, которая совмещается в одной плоскости с изображением отверстий эталона. Эта комбинированная картина увеличивается вторым объективом 18, а изображения отверстий фокусируются третьей 19 и четвертой 20 фокусирующими линзами на третий 21 и четвертый 22 фотоприемники, выходы которых подключены к электронному блоку 23. Сканирование изображений интерференционной полосой осундествляется за счет возвратно- постунательного движения подвижного клина двухклинового измерительного комненса- тора 4, который приводится в движение электромеханическим приводом (не показан), что вызывает изменение разности хода лучей в плечах обоих оптических каналов и обеспечивает синхронное сканирование изображений, формируемых в измерительном и контрольном каналах. Далее оптические сигналы преобразуют в электрические сигналы фототоков посредством фотоприемников 16, 17, 21 и 22, которые электрически связаны с электронным блоком 23. В электронном блоке по сигналам с фотоприемников 21 и 22 контрольного канала фиксируется время сканирования tar эталонной детали и вычисляется скорость сканирования Vc по формуле Vc LjT/tjT, где LST- расстояние между точечными отверстиями аттестованного эталона, а по сигналам с фотоприемников 16 и 17 измерительного канала фиксируются моменты начала tt и tj и окончания ii и t;, затемнения отверстий контролируемой детали интерференционной полосой и вычисляется диаметр отверстия d по формуле d (ti-t, ) Vc , a межосевое расстояние L Vc ts-t,) +-(t.-U)/2.

Таким образом, за счет совмещения в плоскости анализа изображения объекта и интерференционной картины, введения контрольного канала и синхронного сканирования 13ображения отверстий измеряемого объекта и эталона повышена точность измерения и исключены влияние изменения интенсивности первичного лазерного луча и неравномерность распределения мощности в его поперечном сечении, что накладывает жесткие ограничения на пространственное расположение измеряемого объекта.

Кроме того, за счет определения скорости сканирования в каждом цикле измерения исключено влияние на точность измерения разъюстировки оптической схемы, что может привести к изменению щирины интерференционной полосы, а следовательно, и скорости сканирования.

Ширину интерференционной полосы b регулируют путем изменения угла 0 между пучками света а, и а, которая определяется выражением

b

Slfl T

где 1 - длина световой волны;

0 - угол между пучками света а, и а.

Составитель О. Несова

Техред И. ВересКорректор И. Эрдейн

Тираж 678Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Установку угла 0 осуществляют поворотом на небольшой угол первого 3, четвертого 9 и пятого 13 светоделителей. При этом светоделители 9 и 13 поворачиваются на один и тот же угол с тем, чтобы ширина интерференционной полосы в измерительном и контрольном оптических каналах была одинаковой.

Сканирование изображений интерференционной полосой осуществлялось за счет возвратно-поступательного движения подвижного клина двухклинового измерительного компенсатора 4 с частотой 10 Гц, что приводит к изменению разности хода в обоих оп- тических каналах и обеспечивает синхронное сканирование изображений отверстий, получаемых в измерительном и контрольном каналах.

20

Формула изобретения

Способ измерения диаметров и межосевого расстояния отверстий, заключающийся в том, что формируют коллимированный лазерный луч, освещают им отверстия контро5 лируемой детали, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и точности измерений, делят лазерный луч на два взаимно перпендикулярных потока равной интенсивности, один из полученных потоков делят на перпендикулярные ему первый и

0 второй измерительные пучки, второй поток - на перпендикулярные ему первый и второй опорные пучки, размещают контролируемую деталь и эталонную деталь с отверстиями соответственно по ходу первого и второго измерительных пучков, формируют

5 изображения отверстий контролируемой и эталонной деталей, формируют интерференционные картины первого и второго измерительных, первого и второго опорных пучков соответственно с шириной полос, пре выщающей максимально допустимое значение межосевого расстояния отверстий контролируемой детали, совмещают в плоскости анализа интерференционные картины с изображениями отверстий соответственно контролируемой и эталонной деталей, осуществля5 ют синхронное сканирование изображений интерференционными полосами, регистрируют моменты начала и окончания затемнения отверстий контролируемой и,эталон ной деталей, определяют скорость сканирования по результатам сканирования эталонной де тали и по полученным результатам определяют искомые параметры.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. Цель изобретения - повышение информативности и точности из.мерений за счет исключения интегральной оценки интерференционной картины и влияния изменений и неравномерности распределения мощности лазерного луча. Сущность способа заключается в том, что коллимированный луч лазера 1 при помощи светоделителя 3 разделяют на два взаимно перпендикулярных потока. Затем один из потоков светоделителем 5 делят на первый и второй измерительный пучки, а другой светоделителем 7 - на первый и второй опорные пучки. Освещают первым и вторым измерительными пучками соответственно контролируемую и эталонные детали 8, 12. Формируют путем рекомбинации первого и второго соответственно измерительного и опорного пучков интерференционную картину, щирина полосы которой превышает максимально допустимый размер межосевого расстояния отверстий контролируе.мой детали, и совмещают ее в плоскости анализа с изображением отверстий обеих деталей. При помощи компенсатора 4 осуществляют синхронное сканирование изображений отверстий. Фотоприемниками 16, 17, 21, 22 регистрируют моменты начала t,, t, и окончания tz, i зате.мнения отверстий обеих деталей. В электронном блоке 23 определяют скорость сканирования по формуле V LjT/taT, где Ьэт - межосевое расстояние пары отверстий эталонной детали; 1эт - время ее сканирования, диаметр отверстий - по формуле d (ta-ti)Vc , межосе вое расстояние - по формуле (t3 - tO + + (t.,-1г)/2. 1 ил. S сл со о оо 00 со сд