Лазерный прибор для измерения размеров Советский патент 1988 года по МПК G01B11/02 

гэ

37

зг

35

00

00 со со

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к фотоимпульсным сканирующим устройствам для бесконтактного измерения геометрических размеров образцов и их изменений (диаметров, толщин и т. п.).

Цель изобретения - повышение точности, надежности и расширение диапазона измеряемых размеров путем усиления информативной части излучения лазера, снижения степени фоновой засветки и затрат времени на обработку.

На фиг. 1 изображен лазерный прибор для измерения размеров; на фиг. 2 - ска- натор.

Лазерный прибор для измерения размеров содержит передатчик излучения, в состав которого входят источник излучения Не-Ne - лазер 1, направляющие зеркала 2 и 3, зеркальный сканатор 4 излучения, подвижную цилиндрическую каретку 5, направляющую, выполненную в виде трубы 6 с основанием, гайки 7, ходового винта 8, шагового электродвигателя 9, установочные ножи 10, приемник излучения, в состав которого входят зеркало 11 с многослойным диэлектрическим покрытием, фокусирующий объектив 12, фотоприемник 13, подвижная цилиндрическая каретка 14, направляющая, выполненная в виде трубы 15 с основанием, гайка 16, ходовой винт 17, шаговый электродвигатель 18 и установочные ножки 19. Позицией 20 и 21 обозначены соответственно образец и камера. Блок управления и обработки результатов испытаний, в состав которого входят блок 22 управления скоростью вращения электродвигателя сканатора, блок 23 формирования информационного сигнала, блок 24 измерения интервалов времени, микропроцессорный программируемый контроллер 25 с блоком питания, цифропеча- тающее устройство 26, блок 27 синхронного программного управления шаговыми двигателями и пульт 28 управления.

Скапатор содержит фокусирующий объ- ектив 29, направляющее зеркало 30, первое 31 и второе 32 зеркала, диск-33, держатель 34 зеркала 31, электродвигатель 35, установочную платформу 36 и держатель 37 объектива 29.

Лазерный прибор для измерения размеров работает следующим образом.

Луч лазера 1 через систему зеркал 2 и 3 попадает на зеркальный сканатор 4. Приводимая в движение посредством электродвигателя 35 система зеркал 30-32 сканатора обеспечивает поступательное движение лазерного луча в плоскости XY с некоторой скоростью V, причем каждое последующее положение сканирующего луча параллельно предыдущему.

Сканирующий таким образом лазерный луч прерывается образцом 20, находящимся в испытательной камере 21, на время, соответствующее его поперечному размеру. За

5

5

0

0

5

0

5

5

0

тем луч попадает на приемное зеркало И с многослойным диэлектрическим покрытием, отклоняется на 90° от первоначального положения, перемещаясь в плоскости YZ, и фокусируется объективом 12 в точку на светочувствительной площадке фотоприемника 13, где преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал в блоке 23 формирования информационного сигнала принимает прямоугольную форму стандартного сигнала и время экранирования луча образцом 20 регистрируется блоком 24 измерения интервалов времени. Параллельным каналом блока 24 также измеряется время, определяющее временное положение импульса затемнения луча образцом 20 относительно начала зоны сканирования, которая задается размером сквозных отверстий в цилиндрической перемещающейся каретке 5 и цилиндрической направляющей трубы 6. Обмен и обработка информации блоков 23 и 24 осуществляется микропроцессорным программируемым контроллером 25. Причем связь блоков 23 и 25 позволяет автоматически осуществлять слежение за уровнем формирования стандартного сигнала в зависимости от уровня сигнала фотопреобразователя. Обработка данных блока 24 включает также учет градуировочной зависимости сканатора 4 с учетом формы поверхности сканирования. Данные контроллера 25 о результатах испытания образцов 20 фиксируются на бумажной ленте посредством цифропечатаю- щего устройства 26. Информация о синхронном перемещении подвижных кареток 5 и 14, на которых закреплены сканатор 4 и приемное зеркало 11, выдается в блок 27, который управляет работой шаговых электродвигателей 9 и 18, обеспечивая синхронность их перемещения. Движение кареток 5 и 14 осуществляется за счет преобразования вращательного движения щаговых двигателей 9 и 18 посредством ходовых винтов 8 и 17 в поступательное движение гаек 7 и 16, прикрепленных- к подвижным кареткам 5 и 14. В свою очередь, подвижные каретки 5 и 14 перемещаются на щарикоподшипниках по направляющим в виде труб 6 и 15 с основаниями. Таким образом, после обработки данных испытаний в данном сечении выбор другого исследуемого сечения осуществляется посредством синхронного перемещения кареток 5 и 14 передатчика и приемника. Количество исследуемых сечений зависит от параметров электромеханических приводов кареток 5 и 14, а также задается оператором посредством пульта 28 управления при записи и модификации программы испытаний. Установочные ножки 10 и 19 позволяют располагать прибор в двух плоскостях в зависимости от положения испытуемого образца. Таким образом, достигается большой диапазон измеряемых размеров по обеим координатам за счет расположения сканатора 4 и приемного зеркала 11 на линейно

перемещающихся каретках 5 и 14, а также за счет использования сканатора, работающего по принципу отражения излучения от параллельных плоскостей исключающего составляющую погрешности, связанную с неточностью установки образца 20 по фронту, тем самым повыЩая точность измерения прибором. Использование в сканаторе 4 гармонического закона изменения положения лазериого луча позволяет без ухудшения точности вычислений производить обработку результатов эксперимента средствами микропроцессорной техники, что дает ощутимый выигрыш в затратах времени на обработку и значительно снижает себестоимость всего эксперимента.

Применение зеркала 11 с многослойным диэлектрическим покрытием с максимумом коэффициента отражения на частоте излучения лазера 1 в качестве приемного позволило существенно снизить степень фоновой засветки фотоприемника 13 нагретым образцом 20 и соответственно повысить точность измерения, а отклонение хода лазерного луча на 90° этим же зеркалом 11 устраняет прямое воздействие теплового излучения нагретого образца 20, что повышает надежность и долговечность их работы.

Формула изобретения

1. Лазерный прибор для измерения размеров, содержащий последовательно установленные лазер, сканатор, объектив, фотоприемник и блок обработки результатов измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, надежности и расширения диапазона измеряемых размеров, он снабжен зеркалом с многослойным диэлектрическим покрытием, максимальный коэффициент отражения которого совпадает с частотой излучения лазера, последовательно установленными своими отражающими поверхностями навстречу друг другу двумя

зеркалами, первое по ходу излучения из которых оптически связано с лазером, а второе - со сканатором, двумя каретками с соответствующими шаговыми электродвигателями, направляющими, на которых установлены каретки с возможностью перемещения по ним, и блоком синхронного программного управления шаговыми электродвигателями, многослойное зеркало установлено на одной из кареток и оптически

с связано с фотоприемником и со сканатором, который установлен на другой каретке и выполнен в виде платформы с электродвигателем и закрепленным на его валу диском, двух зеркал, расположенных на диске отражающими поверхностями навстречу друг

0 другу таким образом, что их центры смещены друг относительно друга вдоль оси, совпадающей с осью вращения платформы, а зеркала наклонены под острым углом к этой оси и последовательно установленных по ходу излучения фокусирующего объектива и третьего зеркала, оптически связанного с вторым по ходу излучения из двух первых зеркал, блок синхронного программного управления электрически связан с электродвигателем платформы сканатора через

0 блок стабилизации скорости вращения сканатора и с блоком обработки результатов измерения, лазер установлен на одной каретке со сканатором, а фотоприемник - на одной каретке с многослойным зеркалом. 2. Лазерный прибор по п. 1, отличающий5 ся тем, что каретки выполнены в виде полых цилиндров, а направляющие - в виде труб.

5

vl

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения геометрических размеров образцов и их изменений. Цель изобретения - повышение точности, надежности и расширение диапазона измеряемых размеров путем усиления информативной части излучения лазера. снижения степени фоновой засветки и затрат времени на обработку. Посредством электродвигателя 35 система зеркал 30, 31, 32 ска- натора обеспечивает поступательное движение лазерного луча, который прерывается образцом на время, соответствуюидее его поперечному размеру. Зеркалом с многослойным диэлектрическим покрытием луч отклоняется на 90° от первоначального положения и объективом фокусируется на фотоприемник, сигнал с которого преобразуется в блоке формирования в прямоугольную форму, а время экранирования луча образца регистрируется блоком измерения интервала времени. Контроллер осуществляет обмен и обработку информации о результатах испытания образца, что фиксируется на бумажной ленте с помош,ью цифропечатаюш,е- го устройства, управляюш.его шаговыми двигателями, обеспечивая синхронность их перемещения. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. Q сл