Измерительное устройство Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Измерительное устройство относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для прецизионного контроля калибров и конических мерительных эталонов и может быть использовано в метрологических лабораториях и на машиностроительных заводах.

Известно устройство для измерения угла конуса внутренних конических деталей, которое содержит систему освещения конусной поверхности, плоское зеркало и автоколлимационный теодолит. Коллимированный пучок света, сформированный в системе освещения конусной поверхности, падает на

конусную поверхность под таким углом, что отраженные лучи света идут параллельно оси симметрии обмеряемой конусной поверхности. Далее лучи света падают на плоское зеркало, от которого отражаются и затем возвращаются обратно в автоколлимационный теодолит. Наблюдатель видит два точечных изображения. Первое из них сформировано прямым пучком света. Расстояние между указанными двумя точечными изображениями измеряют два раза: в положении, когда освещена верхняя образующая конусной поверхности, а также в положении, когда освещена нижняя образуXI

OJ

о ел со

J

ющая конусной поверхности. Полученные результаты усредняют. Указанную процедуру выполняют сначала для эталона, а затем для контролируемой детали. По совокупности всех этих измерений выносят заключение о том, является ли контролируемая деталь годной или браком.

Недостаток этого устройства состоит в том, что обмер детали или эталона производят в двух различных положениях объекта измерения. Это требует поворота контролируемой детали или эталона на угол 180° вокруг оси симметрии конусной поверхности. Такая операция, которая сама нуждается в контроле, является дополнительным источником погрешностей, а также приводит к очень низкой производительности устройства.

Известно измерительное устройство, которое содержит источник света и оптически связанные светоделитель, установленный под углом 45° к оптической оси, регистратор, установленный в одном из потоков света от светоделителя, и систему из двух конических зеркал, одно из конических зеркал системы выполнено в виде конуса с внешней отражающей поверхностью, а другое - в виде полого усеченного конуса с внутренней отражающей поверхностью, при этом конические зеркала установлены одно внутри другого в ходе второго потока света от светоделителя. В устройстве формируется кольцевой коллимированный пучок света. Поэтому изображение источника света в регистраторе видно в виде окружности. При этом радиус указанной окружности однозначно связан с радиусом кривизны контролируемой оптической поверхности, а величина эксцентриситета характеризует степень децентрировки указанной поверхности.

Однако с помощью данного устройства можно измерить только сферические поверхности и нельзя обмерять конические поверхности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем измерения углов конусности.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительное устройство, содержащее источник света и оптически связанные светоделитель, установленный под углом 45° к оптической оси, регистратор, установленный в. одном из потоков света от светоделителя, и систему из двух конических зеркал, одно из конических зеркал системы выполнено в виде конуса с внешней отражающей поверхностью, а другое - в виде полого усеченного конуса с внутренней отражающей поверхностью, конические зеркала установлены одно внутри другого в ходе второго потока света от светоделителя, а также систему крепления детали, введены второй светоделитель, ориентированный перпендикулярно оптической оси устройства и установленный между первым светоделителем и системой из двух конических зеркал с возможностью перемещения вдоль оптической оси, и конусное зеркало, выполненное вогнутым в виде полого усеченного конуса с внутренней отражающей поверхностью, предназначенное для размещения внутри него детали и расположенное в ходе потока излучения, отраженного от системы

из двух конических зеркал.

Сущность измерительного устройства состоит в том, что измерение угла конусности производят в условиях, когда обмеряемая деталь не подвергается ни перемещениям,

ни вращениям, и когда нет необходимости пользоваться какими-либо вспомогательными калибрами. В данном измерительном устройстве обмеряемая деталь освещается одновременно со всех сторон и это приводит к дополнительному повышению точности измерений.

Коллимированный пучок света из источника 1 света проходит через первый 2 и второй 3 светоделители, попадает на систему из двух конических зеркал 4, а затем на конусное зеркало 5. После отражения от конусного зеркала 5 лучи света освещают эталон 6 со всех сторон и при этом перпендикулярно образующей конусной

поверхности эталона 6. Отразившись перпендикулярно от эталона 6, лучи света пойдут по тем же траекториям, что и в прямом направлении, дойдут до первого светоделителя 2 и, отразившись от него, попадут в

регистратор 9. На экране регистратора 9 возникнет первое точечное изображение. Одновременно в регистратор 9 попадут также те лучи света, которые не дошли до эталона, отразились обратно от второго

светоделителя 3 в сторону первого светоделителя 2 и отразились от первого светоделителя 2 в сторону регистратора 9. Так возникает вторая точка на регистраторе 9. Если в измерительном устройстве установлен эталон 6 с углом конусности а, а угол конусности в конусного зеркала 5 выбран

равным в -у (90° + а),то указанные две

точки совпадут., Если вместо эталона 6 в систему крепления эталона 7 установить обмеряемую деталь, то могут возникнуть два случая. В первом случае, когда разность между углами конусности эталона и обмеряемой детали А в достаточно велика, в регистраторе 9 возникает кольцо. Радиус кольца R задает величину разности Д0 R/L, где L - длина пути лучей света.

Возможен и второй случай, когда разность Л# настолько мала, что соответствующий ей радиус кольца R меньше диаметра D дифракционной точки в регистраторе 9. В этом случае используют возможность перемещения второго светоделителя 3 при помощи системы 8 перемещения второго светоделителя 2. Ход лучей при этом не изменится. Изменится длина оптического пути у тех лучей света, которые испытали отражение от первой плоскости второго светоделителя 3 и возвращаются в регистратор 9, а это . приведет к тому, что изменится разность хода между лучами света, которые вернулись от обмеряемой детали, и лучами света, которые испытали отражение от второго светоделителя 3. При помощи системы 8 добиваются минимума интенсивности света в области положения указанных двух лучей света.

Измерительное устройство работает следующим образом.

Включают источник 1 света и регистратор 9. Устанавливают эталон 6 и производят юстировку системы. Затем при помощи системы 8 получают деструктивную интерференцию света с получением практически темного поля в месте совпадения двух точечных изображений. Затем в систему крепления детали 7 устанавливают обмеряемую деталь. Измеряют радиус кольца R и по этой величине находят разность А в между углами конусности эталона и обмеряемой детали.

Изобретение иллюстрируется следующим примером для контроля конических калибров длиной 28 мм, средним диаметром

18,5 мм и углом конусности а 2,8°. Диаметр коллимированного пучка света 40 мм, Характеристики системы 4 из двух конических зеркал: диаметр конусного зеркала 5 40 мм, диаметр полого конического зеркала 138 мм, диаметр выреза 60 мм. Характеристики конусного зеркала 5: диаметр 138 мм, диаметр выреза 60 мм, угол конусности в 46,4°.

0

Формула изобретения Измерительное устройство содержащее источник света и оптически связанные светоделитель, установленный под углом

5 45° к оптической оси, регистратор, установленный в одном из потоков света от светоделителя, и систему из двух конических зеркал, одно из зеркал системы выполнено в виде конуса с внешней отражающей по0 верхностью, а другое - в виде полого усеченного конуса с внутренней отражающей поверхностью, конические зеркала установлены одно внутри другого в ходе второго потока света от светоделителя, и систему

5 крепления детали, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения также и углов конусности, оно снабжено вторым светоделителем, ориентированным перпен0 дикулярно к оптической оси и установленным между первым светоделителем и системой из двух конических зеркал с возможностью перемещения вдоль оптической оси, и конусным зеркалом, выполненным

5 вогнутым в виде полого усеченного конуса с внутренней отражающей поверхностью, предназначенным для размещения внутри него детали и расположенным в ходе потока излучения, отраженного от системы из двух

0 конических зеркал.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено сдля прецизионного контроля калибров и конических эталонов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем измерения также и углов конусности. Коллимированный пучок света из источника 1 света проходит через первый светоделитель 2, второй светоделитель 3 и попадает на систему из двух конических зеркал 4, а затем - на конусное зеркало 5. После отражения от последнего лучи света освещают эталон 6 со всех сторон перпендикулярно образующей конусной поверхности эталона. Отразившись перпендикулярно от эталона, лучи света пойдут по тем же траекториям, что и в прямом направлении, дойдут до первого светоделителя 2 и, отразившись от него, попадут в регистратор 9. На экране регистратора возникает первое точечное изображение. Одновременно в. регистратор попадут также те лучи света, которые не дошли до эталона, отразившись обратно от второго светоделителя 3 в сторону первого светоделителя 2, и от первого светодолите- ля 2 - в сторону регистратора 9. Так возникнет вторая точка на регистраторе. Если в измерительном устройстве установлен эталон 6 с углом конусности, указанные две точки совпадут. Если вместо эталона 6 в систему крепления эталона 7 установить обмеряемую деталь, то они разойдутся, при помощи системы 8 добиваются минимума освещенности в области этих лучей. Затем измеряют радиус кольца и угол конусности. 1 ил. ЧтГ w Ё