Устройство для контроля линейных размеров Советский патент 1989 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности в системах активного контроля диаметра проволоки и изделий волоконной оптики при их изготовлении.

Цель изобретения - повышение точности контроля путем достижения равномерной скорости перемещения светового пучка в пространстве контролируемого объекта.

На фиг. 1 представлена схема устройства, работающего с параллельным пучком лучей; на фиг. 2 - схема устройства, работающего со сходящимся пучком лучей.

Излучение лазера 1 системой плоских зеркал 2 и 3 направляется вдоль оптической оси объектива 4. Пройдя

объектив 4 цветовой пучок фокусируется и попадает на грани вращающейся призмы 5. Отражаясь от последней, световой пучок проходит в обратном направлении через объектив 4. Поскольку сферическая аберрация объектива 4 равна по величине и противоположна по знаку дефокусировке, вносимой вращающейся призмой 5, независимо от угла d поворота поспедней, световой пучок в измеряемом пространстве, т.е. между объективом 4 и регистрирующей системой 6, перемещается параллельно самому себе и пересекает объект 7. Фотоэлектрическая регистрирующая система 6 формирует электрический сигнал, длительность которого прямо пропорциональна размеру измеряемого объекта 7.

4 1

СО 00

к

14)

314

Положение оси пучка в измеряемом пространстве в зависимости от угла d

поворота призмы 5 представляется функцией:

I f (d)sin6 f (d)sin2e(, d)

где d - угол поворота призмы 6j

6 - апертурный угол, равный 2о(; Ј (6) -- фокусное расстояние объектива 4 для луча, образующего с оптической осью угол 6. Для достижения линейной скорости перемещения светового пучка в изме- ряемом пространстве конструктивные параметры объектива должны обеспечивать изменение его фокусного расстояния f (6) по закону:

f (6) f0 6/sin 6, (2)

где f Q - параксиальное фокусное расстояние объектива 4. Величина f (б) может быть представлена как

14

S - вторая сумма Зейбеля, характеризующая кому объектива.

Продольная сферическая аберрациь объектива

AS1 -0,5foSroin26; (7)

где S .. - первая сумма Зейбеля объек

тива, вычисленная в обратном ходе. Величина S j из условия компенсации

дефокусировки, вносимой вращающейся

призмой 5, равна

R

Г 4Г

(8)

Подставляя это значение S r в равенство (7), получают

3S -0,125Rsin2 6,

(9)

25

С учетом последнего равенство (6) может быть представлено в виде

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности контроля - достигается за счет обеспечения равномерной скорости перемещения светового пучка. Излучение от источника света, например лазера, отразившись от системы плоских зеркал, падает на вращающуюся зеркальную призму. Отраженный от призмы пучок проходит через объектив, конструктивные параметры которого выбраны так, что выполняется соотношение S_П=4F¹+3R/12F¹, где S_П - вторая сумма Зайбеля объектива, F¹ - фокусное расстояние объектива, R - радиус вписанной в многогранник окружности, и с равномерной скоростью сканирует пространство контролируемых объектов. С помощью фотоэлектронного приемного блока регистрируется время прерывания пучка и определяется контролируемый размер. 2 ил.

f(d) uL . (3) Заменяя в (2) f (6) его значением (3), получают

4f

6-sin sin 6

(4)

Равенство (4) представляет собой условие, которому должен удовлетворять объектив 4 устройства с линейной скоростью перемещения светового пучка в измеряемом пространстве.

Учитывая, что величины рабочих углов 6 невелики (,1), отступление ДЈ /Јц от условия синусов объектива 4 может быть представлено приближенным равенством

li d-62

(5)

В то же время отступление йЈ /f 0 от условия синусов может быть пред- 50 ставлено как

4f as 1 „ ... Г- T + 2

(6)

. i

где Д5 - продольная сферическая

аберрация, соответствующая апертурному углу &;

s - -2 + 5 S 6-62 4f{,

(10)

30

Пренебрегая величиной Ь7(,1) в знаменателе первого члена правой части равенства (10), получают

SLT

12f

(11)

5

0

5

0

5

Равенство (11) устанавливает взаимосвязь конструктивных параметров объектива 4 с размерами призмы 5, при удовлетворении которой в устройстве обеспечивается линейная скорость перемещения светового пучка в измеряемом пространстве.

Выполнение лазерного измерительного устройства не только упрощает обработку и преобразование сигнала, вырабатываемого фоторегистрирующей системой, но и исключает ошибку измерения, вызываемую нестабильностью положения измеряемого объекта 7 относительно оси.

Лазерное измерительное устройство (фиг. 1) использует для сканирования параллельный световой пучок. Такого же эффекта (параллельного сканирования с линейной скоростью) можно достичь и при сфокусированном в измеряемом в пространтсве световом пучке. Поэтому в устройстве (фиг. 2) зеркало 3 размещено между объективом 4 и призмой 5. В этом случае в

Фиг.1

фиг. г