Способ бесконтактного контроля взаимного положения смежных поверхностей двух объектов и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01B9/08 

10

1366876

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения пространственного положения двух смежных поверхностей контролируемого объекта в строительстве и машиностроении.

Цель изобретения - расширение информативности за счет измерения также разворота, взаимного наклона и кривизны смежных поверхностей двух объектов и радиуса закругления их боковых граней.

Поставленная цель достигается за счет формирования на контролируемых поверхностях трех световых линий, ориентированных перпендикулярно к смежным граням двух объектов, и измерения их относительного смещения на экране.

На фиг. 1 изображена принцициаль- ная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - изображение на экране при проектировании на контролируемые объекты световых изображений щели; на фиг. 3 и 4 - изменение изображения на экране при смене местами выходных концов разветвленного волоконно-оптического жгута.

Устройство содержит источник 1 света, коллиматор 2, диафрагму с тремя параллельными щелями 3 и микрообъектив 4, образующие осветительную трубку, зеркало 5, второе зеркало 6, второй микрообъектив 7, волоконно- оптический жгут 8 с разветвленным выходным концом 9, имеющим две равные части, фокон 10, больший торец 11 коПри контроле внутренних поверх- ностей полых объектов устройство выполнено в виде накладного датчика и индикаторного устройства (фокона), соединенных друг с другом волоконно- оптическим жгутом. При этом осветительная и приемная трубка в корпусе . датчика располагаются параллельно друг другу и параллельно основанию корпуса (не показано), накладываемому на контролируемую поверхность объекта 12. Применяемые в этом случае для направления оптических осей под 15 углом 45° к поверхности образца зеркала 6 и 5 поворачивают изображение щелей на 45° вокруг оптических осей. Компенсация этого поворота осуществляется соответствующей ориентацией 20 щелей 3 в осветительной трубке под углом 45 по отношению к поверхности образца и соответствующим закручиванием волоконно-оптического жгута 8 вокруг своей оси для разворота изобра- 25 жения светового изображения щелей на выходном торце 11 фокона 10.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 света, 30 падающее на коллиматор 2, направляется коллимированным пучком на диафрагму со щелями 3. Свет, прошедший через щели 3 диафрагмы, направляется микрообъективом 4 через зеркало 5 на объект 12, на контролируемой поверхности которого фокусируются световые изображения З -З щелей. Направляемый зеркалом 5 световой пучок

35

45

падает на поверхность объекта под торого является экраном и относитель- 40 УГЛОМ 45 . Отраженный от поверхности но которого перемещается измеритель- объекта 12 пучок света в направлении,

составляющем 90 к направлению падающего на поверхность пучка и образующем с поверхностью угол 45 , падает на зеркало 6, направляющее этот пучок во второй микрообъектив 7. Микрообъектив 7 рисует на входном торце волоконно-оптического жгута 8 световое изображение 3 -З профиля поверхности объекта, образованного тремя световыми штрихами, видимое через зеркало 6. Благодаря соблюдению пря- мого угла между падающим и отраженным лучами от объекта 12 изображение профиля поверхности получают в одиная сетка со шкалой (не показана). Второй микрообъектив, волоконно-оптический жгут и фокон образуют приемную трубку.

На чертежах также показан контро- лируемьй объект 12 в виде двух разно- высотных плиток. Буквами Z и Ъ обозначены оптические оси осветительной и приемной трубок соответственно, а Лх и йУ - величины смещений световых изображений щелей вдоль координатных осей.

Позицией З -З обозначено световое изображение диафрагмы на смежных поверхностях объекта 12.

Входной торец волоконно-оптического жгута 8 совмещен с плоскостью изображения второго микрообъектива

50

55

наковом масштабе как по высоте, так и по ширине.

Визуальное считывание разности уровней смежных поверхностей возмож0

При контроле внутренних поверх- ностей полых объектов устройство выполнено в виде накладного датчика и индикаторного устройства (фокона), соединенных друг с другом волоконно- оптическим жгутом. При этом осветительная и приемная трубка в корпусе . датчика располагаются параллельно друг другу и параллельно основанию корпуса (не показано), накладываемому на контролируемую поверхность объекта 12. Применяемые в этом случае для направления оптических осей под 5 углом 45° к поверхности образца зеркала 6 и 5 поворачивают изображение щелей на 45° вокруг оптических осей. Компенсация этого поворота осуществляется соответствующей ориентацией 0 щелей 3 в осветительной трубке под углом 45 по отношению к поверхности образца и соответствующим закручиванием волоконно-оптического жгута 8 вокруг своей оси для разворота изобра- 5 жения светового изображения щелей на выходном торце 11 фокона 10.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 света, 0 падающее на коллиматор 2, направляется коллимированным пучком на диафрагму со щелями 3. Свет, прошедший через щели 3 диафрагмы, направляется микрообъективом 4 через зеркало 5 на объект 12, на контролируемой поверхности которого фокусируются световые изображения З -З щелей. Направляемый зеркалом 5 световой пучок

5

45

50

составляющем 90 к направлению падающего на поверхность пучка и образующем с поверхностью угол 45 , падает на зеркало 6, направляющее этот пучок во второй микрообъектив 7. Микрообъектив 7 рисует на входном торце волоконно-оптического жгута 8 световое изображение 3 -З профиля поверхности объекта, образованного тремя световыми штрихами, видимое через зеркало 6. Благодаря соблюдению пря- мого угла между падающим и отраженным лучами от объекта 12 изображение профиля поверхности получают в оди5

наковом масштабе как по высоте, так и по ширине.

Визуальное считывание разности уровней смежных поверхностей возможно непосредственно с экрана при щи измерительной сетки, расположенной на выходной торцовой поверхности фокона 10, в величинах, пропорциональных лх (фиг.1).

В случае оперативного контроля взаимного положения смежных поверхностей явук. объектов по получаемой картине трех пар световых линий на выходном торце 11 фокона 10 можно судить об ориентации и глубине поверхности контролируемого объекта.

Для считывания величины разноглупомо-

1,)

6876

Отношение (лу-,- ьу,)/(1, +

позволяет определить относительный разворот установки плиток одна относительно другой.

Сравнение величин (лх.- АХ, )/1, и (ix, + дхг)/ а также величин

У ) Ij

дает

10

(Уг - лу,)/1, и (ьу - возможность определить неплоскостность плиток и соответственно отступления от линейности их граней.

При применении в качестве измерительной шкалы прозрачной пластины с нанесенными на нее калиброванными

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение информативности за счет измерения разворота, взаимного наклона и кривизны смежных поверхностей. Диафрагму, выполненную в виде трех параллельных щелей освещают с помощью источника света и коллиматора. Микрообъективом строят световое изображение щелей диафрагмы на , поверхностях двух смежных контролируемых объектов и ориентируют его перпендикулярно сопрягаемым ребрам обоих объектов путем выбора ориентации щелей диафрагмы и применения зеркала, направляющего излучение после микрообъектива под углом к контролируемым объектам. Принимают зеркально- отраженное световое излучение с помощью второго зеркала и второго микрообъектива, который переносит световое изображение щелей с контролируемых объектов в плоскость входного торца волоконно-оптического жгута. По жгуту передают световое изображение на больший торец фокона, оптически сопряженный с волоконно-оптическим жгутом своим малым торцом. На большом торце фокона, являющемся экраном, наблюдают положение светового изображения щелей диАфрагмы на контролируемых объектах, измеряют их пространственное положение с помощью измерительной шкалы и по искажению и смещению частей светового изображения щелей судят о контролируемых параметрах. 2с, и 1 з.п.ф-лы. 4 ил. , (Л со О5 О5 СХ) О5

бинности измеряемых поверхностей при- 15 окружностями различных радиусов (г,, меняется ортогональная сетка (не показана) , непосредственно находящаяся в контакте с большим торцом фокона 10. Цена делений сетки выполняется в соответствии с масштабом увеличения (М) устройства, суммирующимся из увеличения (Гд) микрообъектива 7 и увеличения (Г,) фокона 10:

20

т.д.) на экране выходного торца фокона могут быть измерены радиусы закругления краев верхних кромок контролируемых плиток.

Благодаря тому, что измерение .. изображения светового сечения производится не в одном, а в двух взаим но перпендикулярных направлениях, получаемая информация несет сведения

М Г„

где М

дх uh

По шкале ортогональной сетки может быть непосредственно определена раз

новысотность сравниваемых поверхностей вдоль оси х-х. По взаимно перпендикулярной линиатуре у-у сетки может быть непосредственно измерен зазор у стыка соизмеряемых поверхностей.

Для измерения уклонов контролируемой . поверхности относительно смежной поверхности, на стык этих поверхностей проецируется вместо одной световой ш,ели три параллельные друг другу щели, образующие три световых изображения щели. Наблюдая эти изображения на большем торце фокона можно судить о направлении относительного уклона поверхности и об относительном развороте контролируемой плитки, относительно смежных плиток (фигi2).

Интервалы их,, йх и кх , дают представление о разновысотности по- -верхностей этих плиток в сечениях, удаленных от среднего на расстояния 1, и 1.

Отношение ( их,,)/(, + l) позволяет судить -об относительном уклоне поверхностей смежных плиток.

Измеренные интервалы и у, , йУ dy и показывают величины зазоров между плитками в этих же сечениях, удаленных от среднего на расстояния 1, и li.

и

15 окружностями различных радиусов (г,,

20

25

30

35

40

45.

50

55

т.д.) на экране выходного торца фокона могут быть измерены радиусы закругления краев верхних кромок контролируемых плиток.

Благодаря тому, что измерение .. изображения светового сечения про/ изводится не в одном, а в двух взаимно перпендикулярных направлениях, получаемая информация несет сведения

0разноглубинности контролируемых поверхностей и о зазоре между ними. Благодаря тому, что вместо обычно проектируемой одной световой линии

на объект проецируются три параллельные световые линии, то получают ин- формацию о взаимном наклоне контролируемых поверхностей и их взаимном развороте.

Для удобства визуального и электронного считьшания индикации сигналов возможно инвертирование светового изображения посредством разделения волоконно-оптического жгута на

две ветви и их перекрещивания, позволяющего сравнивать индексы уровня глубины контролируемых поверхностей, микрометрически перемещая одну половину изображения относительно другой по неподвижной шкале, или индексы уровня глубины контролируемых поверхностей считывать вдоль общей линейной шкалы (фиг.З).

На фиг. 3 показан входной нераз- ветвленньш торец жгута а, Ь, с, d с изображенным на нем профилем двух сравниваемых по уровню поверхностей (по изображенной шкале). Жгут разде- лен на две ветви и выходные торцы, этих ветвей сложены таким образом, что волокна, расположенные вдоль . входных противоположных граней аЬ и cd, на выходном торце образуют общую грань а Ь /с d . Благодаря этому происходит инверсия двух половин изображения профиля световой щели, образую щая четкие,, удобно считываемые штрихи отметок уровня сравниваемых поверхностей.

Формула и 3 обретения

1,Способ бесконтактного контроля взаимного положения смежных поверхностей двух объектов, заключающийся в том, что освещают с помощью источника света щелевзта диафрагму, проектируют ее световое изображение на обе смежные контролируемые поверхнос ти перпендикулярно к границе их раздела, принимают зеркально отраженный световой пучок от обеих контролируемых поверхностей, переносят изображе

. ние щелевой диафрагмы от каждой из двух контролируемь х поверхностей на экран и по относительному смещению изображений обеих частей щелевой диафрагмы судят о разновысотности смежных поверхностей, о т л и ч а ю - гд и и с я тем, что, с целью расширения информативности, формируют два дополнительных изображения щелевой диафрагмы, параллельных первому, проектируют их на смежные контролируемые поверхности перпендикулярно к границе их раздела, на экране наблюдают три пары световых изображений щелевой диафрагмы, измеряют относительные смещения между соседними световыми изображениями по двум координатам и по ним определяют контролируемые параметры. .

2,Устройство для бесконтактного контроля взаимного положения смежных

668766

поверхностей двух объектов, содержащее последовательно установленные источник .света, коллиматор, щелевую диафрагму и микрообъектив, образующие осветительную трубку, второй микрообъектив и экран, располагаемые последовательно по направлению излучения, отраженного от объекта, и об10 разующие приемную трубку, отличающееся тем, что оно снабжено волоконно-оптическим жгутом, входной конец которого совмещен с плоскостью изображения второго микрообъ- -(5 ектива, фоконом, меньщий торец которого соединен с выходным торцом во- локонно-оптиггеского жгута, измерительной сеткой со шкалой, установленной с возможностью перемещения отно20 сительно большего торца фокона в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и двумя зеркалами, одно из которых расположено на выходе осветительной трубки, а другое - на выходе емной трубки, в диафрагме выполнены два дополнительных щелевых отверстия, параллельные первой щели и расположенные от нее на равных расстояниях, трубки установлены параллельно друг

30 другу а зеркала ориентированы таким образом, что нормали к их поверх- ностям взаимно перпендикулярны и расположены под углом 45° к оптической оси соответствующей трубки.

LLZ.I

Фаг. 2

Фиг.З

с о

d b ФигЛ