Устройство для измерения геометрических размеров объекта Советский патент 1987 года по МПК G01B11/06 

t3

измеряемых объектов. Устройство содержит источник когерентного излучения и две одинаковые измеритель- ные головки, первая из которых включает последовательно установленные по ходу излучения освещающий световод 1,, Фурье-преобразующий объектив 2j анализатор 3 пространственно-частотного спектра, приемньй световод 4 и приемник 5 излучения и датчик 6

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использова.но при измерении линейных размеров протяженных объектов, в частности для бесконтактного оптического контроля геометрической толщины таких оптических деталей, как линзы со сферическими и асферическими по- верхностями, плоскопараллельные пластины, волоконно-оптические шайбы.

Цель изобретения: - повышение точности, надежности измерения и расширение Номенклатуры измеряемых объектов за счет перехода от регистрации отраженного (предельно дифрагированного) излучения к регистрации эффективно дифрагированного излучения на щели, образованной датчиком линейного перемещения и контролируемой поверхностью объекта, путем измерения абсолютной величины контролируемого геометрического размера, а также за счет контроля объектов не только с полированными, но и грубоматовыми (шлифованными) поверхностями.

На чертеже изображена принхщпиаль- ная схема устройства для измерения геометрических размеров объекта.

Предлагаемое устройство содержит источник ког ерентного излучения (на чертеже не показан), две одинаковые измерительные головки, первая из которых включает последовательно установленные по ходу излучения освещающий световод 1, Фурье-преобразующий объектив 2, анализатор 3 пространственно-частотного спектра, приемный световод 4 и приемник 5 излучения и датчик 6 линейного перемеще- ния, а вторая головка включает после28

линейного перемещения, а вторая головка включает последовательно установленные по ходу излучения освеща- ющий световод 7, Фурье-преобразующий объектив 8, анализатор 9 пространственно-частотного спектра, приемный световод 10 и приемник II излучения и датчик 12 линейного перемещения. Датчики 6 и 12 расположены

СООСН0.1 З.П. ф-ЛЫ, 1ИЛ.

довательно установленные по ходу излучения освещающий световод 7,Фурье- преобразующий объектив 8, анализатор 9 пространственно-частотногЬ спектра

5 приемный световод 10 и приемник 11 излучения и датчик 12 линейного перемещения. Датчики 6 и 12 линейных перемещений головок расположены соос но.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Монохроматическое излучение от источника 1 кот ерентного излучения попадает в освещающий световод 1 пер- вой измерительной головки и направляется на щель 13,, образованную датчиком 6 линейного перемещения и контролируемой поверхностью объекта 14. При этом датчик 6 линейного переме щения смещают в положение, при котором происходит эффективная дифракция на щели 13. Фурье-преобразующий объектив 2 осуществляет оптическое Фурье-преобразование дифрагированной волны и формирует пространственно- частотный спектр 15 в плоскости анализатора 3 пространственно-частотного спектра. Последний осуществляет пространственно-частотную фильтрацию полученного спектра 15, пропуская в приемный световод 4 определенные участки спектра (например, минимальные или максимальные).Приемник 5 из- .лучения регистрирует распределение

35| интенсивности в отфильтрованном оптическом сигнале, собираемом приемным световодом 4.

Анализатор 3 пространственно- 40 частотного спектра настраивается на конкретный размер щели d, например.

25

Ж)

. 3 .1 по минимальному или максимальному значению спектра. При этом изменение величины смещения d, датчика 6 линейного перемещения определяет относительное изменение контролируемого размера d объекта 14 по сравнению с эталоном.

При использовании второй измерительной головки в начальном положении с помощью вспомогательного эталона измеряется расстояние d. между датчиками 6 и 12 линейного перемещения. После этого измеряют величины d, и d| с помощью соответствующей головки при одновременной фиксации размеров d и d. Решая размерную цепь

do d, -н d.

+ d + d

1 ;

находят искомый абсолютный геометрический размер объекта 14, равный

d d.

- (d,+ d + d +

dl ),

Когерентное излучение, дифрагирующее на щели 13, отражается от контролируемой поверхности объекта 14 и направляется в сторону Фурье-преоб- разующего объектива 2. Таким способом можно контролировать объекты не только с полированными, но и гру- боматовыми (шлифованными) поверхностями, которые хорошо отражают свет при направлении освещающей волны, близком к скользящему, когда угол падения больше 60 . Форма контроли- руемой поверхности при данном способе контроля тоже не иг рает роли,так как излучение, дифрагировавшее на узкой щели, отражается от контролируемой поверхности практически сразу же после щели, когда оно еще локализовано в пределах малого телесного угла. В результате отражение происходит от небольшого участка (локаль

Редактор Л.Повхан

Составитель Л.Лобзова

Техред А.Кравчук; Корректор А.Обручар

Заказ 1879/36Тираж 678Подписное

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

106284

но-плоского) контролируемой поверхности, что устраняет влияние макрогеометрии объекта и повышает точность измерения.

Фурье-преобразующий объектив 2 устанавливают таким образом, что отраженное после дифракции на щели излучение распространяется в пределах его апертуры. В процессе измерения перемещают датчик 6 до тех пор,пока сигнал, регистрируемый приемником 5 излучения, не становится минимальным. Это означает, что ширина щели 1.3 имеет, заданное значение d, на которое настроен анализатор 3.

Формула

зобретения

5

0

5

0

1. Устройство для измерения геометрических размеров объекта, содержащее источник излучения и измерительную головку, включающую последовательно установленные по ходу излучения освещающий световод, приемный световод и приемник излучения, о т- личающееся тем, что, с целью повышения точности, надежности измерения и расширения номенклатуры измеряемых объектов, оно снабжено последовательно расположенными между освещающим и приемным световодами датчиком линейного перемещения,Фурье- преобразующим объективом и анализатором пространственно-частотного спектра, а источник излучения выполнен когерентным.

2. Устройство по п. 1, о т л и - ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых размеров, оно снабжено второй измерительной головкой, датчик линейных перемещений которой расположен соосно с датчиком линейного перемещения пер J.

1ВОЙ головки.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении линейных размеров протяженных объектов, в частности для бесконтактного оптического контроля геометрической толщины таких оптических деталей, как линзы со сферическими и асферическими поверхностями, плоскопараллельные пластины, светофильтры волоконно-оптические щайбы. Цель изобретения - повышение точности, надежности измерения и расширение номенклатуры S