Устройство для измерения угла конуса внутренних конических поверхностей деталей Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, предназначено для прецизионного бесконтактного контроля угла конуса внутренних конических поверхностей деталей и может быть использовано в исследовательских лабораториях и на машиностроительных заводах.

Известно устройство для измерения угла конуса внутренних конических поверхностей деталей, содержащее точечный источник монохроматического излучения, коллиматор, светоделитель, два плоских эталонных зеркала, причем одно из них выполнено с возможностью вращения вокруг оси, совпадающей с осью симметрии контролируемой конической поверхности, окуляр и фоторегистратор. Лучи света из точечного источника монохроматического излучения проходят через коллиматор и расщепляются в светоделителе на два пучка

света Отраженный пучоксвета направляется к первому плоскому эталонному зеркалу отражается от него и попадает на окуляр Прошедший через светоделитель пучок света направляется на контролируемую коническую поверхность, при этом отраженные от конической образующей лучи света попадают на второе плоское эталонное зеркало, отражаются от него, повторно отражаются от той же конической образующей, отражаются от светоделителя и попадают на окуляр. Два пучка света перед окуляром интерферируют между собой, а возникшая интерференционная картина регистрируется фоторегистратором. По виду интерференционной картины измеряют величину угла конической поверхности, а также степень прямолинейности образующей конуса Недостаток устройства состоит в том что эталонное плоское зеркало необходимо

vj СО | Ю О

сл

вращать в процессе обмера. Эта операция, которая сама по себе нуждается в контроле, является дополнительным источником погрешностей. В результате прецизионную диагностику конической поверхности сделать не удается.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения угла конуса внутренних конических поверхностей, которое содержит последовательно расположенные осветительную систему, оптической блок, приспособление для установки детали и систему регистрации. Осветительная система выполнена в виде автоколлимационного теодолита, а в оптический блок входит плоское зеркало, установленное перпендикулярно падающему лучу света. Система регистрации выполнена в виде окуляра с перекрестком, входящего в автоколлимационный теодолит.

Лучи света, вышедшие из осветительной системы, освещают внутреннюю коническую поверхность обмеряемой детали, а отраженные лучи света падают на плоское зеркало. При обратном прохождении лучи света повторно отражаются от внутренней конической поверхности обмеряемой детали и попадают в систему регистрации, встроенную в автоколлимационный теодолит.

Недостаток устройства состоит в том, что в нем нельзя получить информацию о нескольких контролируемых параметрах конической поверхности, в которые, кроме среднего угла конусности, входят: отклонение образующей конусной поверхности от прямой линии, изломы и ступени в указанной образующей, а также сплюснутость конусной поверхности.

Цель изобретения состоит в том, чтобы расширить номенклатуру контролируемых параметров внутренней конической поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения угла конуса внутренних конических поверхностей деталей, содержащем последовательно расположенные осветительную систему, приспособление для установки детали, оптический блок и систему регистрации, при этом осветительная система выполнена в виде последовательно установленных точечного источника монохроматического излучения и коллиматора, а система наблюдения содержит экран с возможностью перемещения вдоль оптической оси устройства, оптический блок выполнен в виде оптически связанных и соосно установленных кольцевой дифракционной

решетки, предназначенного для размещения внутри обмеряемой детали конического зеркала с внешней поверхностью в виде отражательной дифракционной решетки, ме5 зооптического элемента с кольцевым откликом и пространственного фильтра в виде негатива с непрозрачным кольцом в центре, установленного в фокальной плоскости мезооптического элемента с кольце0 вым откликом между ним и экраном, а коллиматор содержит поглощающую шайбу.

Сущность изобретения состоит в том, что внутренняя коническая поверхность де5 тали освещается под углом 90 к образующей. Благодаря этому удается получить автоколлимационный режим освещения одновременно во всех меридиональных плоскостях. Во всех известных системах

0 обмера конических поверхностей это удавалось сделать только для внешних конусных поверхностей или для внутренних конусных поверхностей при углах раскрыва конуса, близких к 180 .

5 На чертеже представлено устройство для измерения угла конуса внутренних конических поверхностей деталей.

На чертеже обозначены: точечный источник 1 монохроматического света, коллима0 тор 2, поглощающая шайба 3, кольцевая дифракционная решетка 4, коническое зеркало 5, обмеряемая деталь 6, приспособление 7 для установки детали, мезооптический элемент 8 с кольцевым откликом, простран5 ственный фильтр 9, экран 10.

Расходящиеся лучи света из точечного источника 1 монохроматического пучка света падают на коллиматор 2, ограничиваются по радиусу поглощающей шайбой 3 и пре0 вращаются в коллимированный кольцевой пучок света. Кольцевая дифракционная решетка 4 преобразует его в сходящийся конический пучок света. После отражения от конического зеркала 5 лучи света расщепля5 ются на две компоненты. Первая компонента представляет собой нулевой порядок дифракции света на кольцевой структуре конического зеркала 5. Она отражается от конусной поверхности конического зеркала 5

0 по правилу: угол падения равен углу отражения. Эта компонента падает на внутреннюю коническую поверхность эталона 6 под острым углом к образующей и далее выбывает из игры. Вторая компонента, которая пред5 ставляет собой плюс первый порядок дифракции на кольцевой структуре конического зеркала 5, падает на внутреннюю коническую поверхность эталона 6 под углом 90°. После отражения от эталона 6 эта вторая

компонента света возвращается к коническому зеркалу 5 и образует новые два порядка дифракции на кольцевой структуре конического зеркала 5. Нулевой порядок дифракции идет в сторону оптической оси устройства и выбывает из игры. Плюс первый порядок дифракции идет обратно к кольцевой дифракционной решетке 4. Плюс первый порядок дифракции попадает обратно на коллиматор 2 и далее выбывает из игры. Нулевой порядок дифракции проходит через кольцевую дифракционную решетку 4 и попадает на мезооптической элемент с кольцевым откликом 8, при помощи которого конический волновой фронт переходит в сходящуюся кольцевую волну света. Последняя фокусируется в фокальное кольцо в плоскости пространственных частот, где располагается пространственный фильтр 9 - негатив с непрозрачным кольцом на прозрачном фоне.

Благодаря кольцевой периодической структуре конического зеркала 5 освещающие лучи света подают на внутреннюю коническую поверхность зталона 6 под углом 903. Этим достигается автоколлимационный режим освещения, который невозможно реализовать по всей образующей эталона 5 при помощи традиционных оптических элементов. В то же время отраженные лучи света не идут в точности по тем же путям, что и освещающие лучи света, а попадают на фокальное кольцо. Это достигается при помощи кольцевой дифракционной решетки 4 и мезооптиче- ского элемента с кольцевым откликом 8. Благодаря этому информация о локальных дефектах конической поверхности обмеряемой детали не теряется, и ее можно видеть на экране 10 одновременно и раздельно для всех азимутальных углов.

Пространственный фильтр 9 представляет собой негатив с непрозрачным кольцом на прозрачном фоне. Чтобы изготовить этот фильтр для большой партии обмеряемых деталей, в плоскости пространственных частот, т. е. .там, где сфокусировано фокальное кольцо, устанавливают фотопластинку и экспонируют ее в условиях, когда эталон 6 установлен в приспособлении 7 для установки эталона. После проявления на месте фокального кольца возникает почернение в виде кольца, диаметр которого однозначно определяется углом конусности эталона 6. Если обмеряемая деталь ничем не отличается от эталона 6, то свет через пространственный фильтр 9 не пройдет.

Устройство работает следующим образом.

Сначала эталон б крепят в приспособлении 7 для установки детали. Фотопластинку

устанавливают в плоскости пространственных частот, где фокальное кольцо находится в фокусе. Включают на короткое время точечный источник 1 монохроматического лучка света и производят экспонирование фотопластинки. После проявления получают пространственный фильтр 9 с узким непрозрачным кольцом. Его устанавливают в исходном положении, в каком находилась

экспонируемая фотопластинка. Затем убирают эталон 6 и устанавливают обмеряемую деталь в приспособление 7 для установки детали. Включают постоянно точечный источник 1 монохроматического пучка света.

Сначала экран 10 устанавливают непосредственно за фильтром 9 пространственных частот и приступают к измерениям. При необходимости документальной записи картину распределения света за фильтром 9

пространственных частот регистрируют на фотопленке.

Пример. Партия деталей с высотой усеченного конуса эталона б мм и углом конусности а 15,6°. В этом случае высота конического зеркала 5 равна мм, а диаметр основания конического зеркала 5 равен мм. Угол конусности конического зеркала 5 равен/3 11,3°. Шаг между соседними бороздками дифракционной решетки на наружной поверхности конического зеркала 5 равен ,44 мкм. Шаг кольцевой дифракционной решетки 4 равен ,33 мкм. Расстояние от коллиматора 2 до кольцевой дифракционной решетки 4

равно мм, расстояние от кольцевой дифракционной решетки 4 до мезооптиче- ского элемента 8 с кольцевым откликом равно мм. Ширина рабочей области мезоолтического элемента с кольцевым откликом 8 равна мм. Шаг между соседними кольцами мезооптического элемента 8 с кольцевым откликом изменяется монотонно от ,38 мкм на внутренней окружности до ,51 мкм на наружной

окружности, при этом на центральной окружности мезооптического элемента 8 с кольцевым откликом шаг между соседними кольцами равен ,33 мкм. Расстояние от мезооптического элемента 8 с кольцевым

откликом до пространственного фильтра 9 равно мм. Эффективная ширина изображения фокального кольца в плоскости пространственного фильтра 9 равна Дг

Tq I89, или Дг 2мкмдляА 0,628 мкм. Это

значит, что погрешность измерения угла конусности а прямым методом составляет Да 1мили Даол(0,1-0,2) для разностного метода, реализуемого в предлагаемом устройстве.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла конуса внутренних конических поверхностей деталей, содержащее последовательно расположенные осветительную систему в виде последовательно установленных соосно с точечным источником монохроматического излучения и коллиматора, приспособление, предназначенное для установки детали, оптический блок и систему наблюдения в виде экрана, установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси устройства, отличающееся тем, что, с целью

0

расширения номенклатуры контролируемых параметров, оптический блок выполнен в виде оптически связанных и соосно установленных кольцевой дифракционной решетки, предназначенного для размещения внутри детали конического зеркала с внешней поверхностью в виде отражательной дифракционной решетки, мезооптического элемента с кольцевым откликом и пространственного фильтра в виде негатива с непрозрачным кольцом в центре, установленного в фокальной плоскости мезооптического элемента между ним и системой наблюдения.

15

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, предназначено для прецизионного бесконтактного многопараметрового контроля состояния внутренней конической поверхности и может быть использовано в метрологических лабораториях и на машиностроительных заводах. Цель изобретения - расширение номенклатуры контролируемых параметров. Сначала эталон 6 крепят в приспособлении для установки детали. На экране получают кольцо, диаметр которого однозначно определяется углом его конусности. Заменяют эталон на деталь. Лучи света от точечного источника 1 падают на коллиматор 2. Благодаря кольцевой периодической структуре конического зеркала волновой фронт переходит в сходящуюся кольцевую структуру. Если деталь ничем не отличается от эталона, то свет через пространственный фильтр не проходит 1 ил.