Устройство для бесконтактного измерения профиля деталей Советский патент 1990 года по МПК G01B11/24 G02B27/28 G01B11/03 

(21) i622271/24-28

(22)

19И2.88

(46) Z3.11.90. Ьюл. t 43

(72) В. Б. Бирман, В.А,Седельников ,

и М. И. Гроссман

(53)631.717(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 868В41, кл. G 01 В 11/02, 1981,

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ДЕТАЛЕЙ

(57)Изобретение предназначено для измерения линейных размеров и профиля деталей. Цель изобретения - повышение

точно крути роист

:ти измерений за счет повышения, зны выходной характеристики уст:- за. Луч, отраженный от первого

светоделителя, проходит через двулу- чепреломляюи1ий элемент, вьтолнениый в виде изотропного кристалла, и после отражения от зеркала вновь проходит через двулучепреломляющий элемент на второй Светоделитель. Разделенные лучи проходят поляризационные фильтры, установленные соответственно в каящой из разделенных вторым светоделителем ветвей излучения, и пропускающие лучи, поляризованные во взаимно перпен дикуляр ных направлениях, попадают на фотоприемники и далее на блок сравнения, по нулевому сигналу с которого судят о соответствующей координате или профиле детали. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение предназначено для измерения линейных размеров и профиля деталей. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет повышения крутизны выходной характеристики устройства. Луч, отраженный от первого светоделителя, проходит через двулучепреломляющий элемент, выполненный в виде изотропного кристалла, и после отражения от зеркала вновь проходит через двулучепреломляющий элемент на второй светоделитель. Разделенные лучи проходят поляризационные фильтры, установленные соответственно в каждой из раздельных вторым светоделителем ветвей излучения и пропускающие лучи, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях, попадают на фотоприемники и далее на блок сравнения, по нулевому сигналу с которого судят о соответствующей координате или профиле детали. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Из ной т

эбретение относится к измеритель- хнике и может быть использовано

для и змерения линейных размеров и про-

1;еталей.

1ь изобретения - повьииение точ- измерений за счет повьшения кру- выходной характеристики устрой-

фиг. 1 изображена принципиальФиля

Ке

кости тизны ства.

На

ная скема устройства для бесконтактного измерения профиля деталей; на фиг. 2 - график зависимости сигналов, снимаемых с фотоприемников (2а) и блока сравнения (26) при закрытой диафрагме; на фиг. 3 - то же, при открытой диафрагме.

Устройство содержит источник естественного поляризованного света, например лазер 1, первый светоделитель

2, объектив 3, узел 4 перемещения измеряемой детали 5, второй светодели- тел.ь 6, установленный на пути отраженного от детали 3 и первого светоделителя 2 луча, поляризационные фильтры 7 и 8, установленные на пути разделенных вторым светоделителем 6 лучей и предназначенные дляпропусканияизлучения, поляризованного соответственно во взаимно перпендикулярных направлениях, объективы 9 и 10, диафрагмы.11 и 12, фотоприемники 13 и 14 диафрагму 15 переменного диаметра, установленную на пути отраженного от первого светоделителя 2 луча, и установленные за ней двулучепреломляющий элемент 16, пару оптических клиньев 17 и зеркало 18. Диафрагма 12 установлена пе-. ред фокусом объектива 10, а диафрагма

эо 4;

ю :л

,11 за фокусом объектива 9.

Оптические клинья 17 в паре ,имею.т азличный коэффициент преломления и 5 находятся в ойтическом контакте скошенными -поверхностями один к другому. . Фотоприемники 13 и 14 подключены к блоку 19: сравнения.

Устройство работает следующим об- 10 разом.

Лу .от hasера 1 делится светодели- телем 2, проходит через объектив 3 и попадает на поверхность детали 5, ко- торая может перемещаться в трех взаим-15 но перпендикулярных направлениях -Х, Y, Z узлом 4 перемещения. Луч, -отраженный от детали 5, проходит через объектив 3 отражается от светоделителя 2 и расщепляется свето- 20 делителем 6. Разделенные лучи прохо- дят поляризационные фильтры 7 и 8, объективы 9 и 10, диафрагмы 11 и 12 и попадают на фотоприемники 13 и 14. Поляризационные фильтры 7 и 8 уста-i 25 новлены так, чтобы пропускать лучи, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях.

Зависимость сигналов с фотоприемников. 13 и 14 от Y-координаты поверх- 30 ности при закрытой диафрагме 15 представлена на фиг, 2а. Нулевой уровень сигнала на выходе блока 19 сравнения соответствует нахождению измеряемой детали 5 в фокальной плоскости объ- 5 ектива 3. На фиг. 26 представлена зависимость сигнала на выходе блока 19. сравнения от координаты Y поверхности . детали 5. Устанавливая координаты X . и Z и перемещая деталь 5 в направле- 40 НИИ оси Y, добиваются равенства нулю сигнала на выходе блока 19 сравнения и, таким образом, грубо определяют Y-координату поверхности детали.

Для более точного определения Y- 45 координаты поверхности детали 5 открывают диафрагму 15. , отражен- Ньй от первого светоделителя 2, проходит через двулучепреломляющий элемент 16, которьщ молсет быть выполнен jO в виде изотропного кристалла, главная ось которого перпендикулярна лучу, а толщина подобрана так, что при однократном проходе фазы обыкновенного и необыкновенного лучей отлича- ются одна от другой на ii /4. При этом направления распространения лучей совпадают. После отражения от зеркала 18 лучи повторно проходят двулучепреломляющий элемент 16 и подходят к светоделителю 6 с разностью фаз /(Г/. Поляризационные фильтры 7 и 8-распо- лож ены так, что один из них пропускает рбыкновенньш, а другой - необыкновенный луч.

Лучи, отраженные от детали 5 и зеркала 18, интерферируют между собой и эта интерференционная картина наблюдается в фокальных плоскостях объективов 9 и 10, Сигналы с фотоприемников 13 и 14 .имеют вид промодуляро- ванной синусоиды с шагом . Эти сигналы представлены на фиг. За, разность между ними - на фиг, 36,

Перемещая в направлении, перпендикулярном направлению луча, пару клиньев 17, во время юстировки добиваются наилучщего совпадения нуля разностного сигнала при закрытой диафрагме 15 с одним из нулей при открытой диафрагме. После этого пару клиньев устанавливают неподвижно.

Перемещая деталь по направлениям X, Z и находя, при этом координату Y, можно определить профиль детали. Крутизна кривой зависимости тока на выходе блока 19 сравнения при открытой диафрагме 15 значительно больше, чем при закрытой, что обеспечивает повышение точности измерений по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

КЛ1

цнс дп важного

1ньев и зеркалом и двумя поляриза- 1ННЫМИ фильтрами, предназначенными пропускания излучения, поляризосоответственно во взаимно пер|пендикулярных направлениях, и ус- по одному в каждой из

таи овленными

1608425

разделенных вторым светоделителем ветвей излучения.

t

Фи.2