Устройство для измерения профиля объекта Советский патент 1992 года по МПК G01B11/24 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, предназначено для бесконтактного оперативного обмера профиля объекта и может быть использовано в метрологических лабораториях и на машиностроительных заводах.

Для бесконтактного измерения профиля объекта используют систему из лазера и двух или более электронных теодолитов. Обмеряемая точка объекта освещается пучком света от лазера. Положение освещенной точки объекта в пространстве в системе координат X, Y, Z определяется методом засечек при помощи двух-четырех электронных теодолитов позволяет определить координаты X, Y освещенной точки при помощи компьютера.

Недостаток подобной системы измерения профиля объекта состоит в том, что погрешность измерения в ней ограничена диаметром пучка света от лазера, который составляет около 0,1 мм, а также в том, что система обладает низким быстродействием. Последнее вытекает из того, что для бесконтактного измерения профиля объек: та последний необходимо освещать последовательно во многих точках объекта путем изменения ориентации пучка света от лазера и электронных теодолитов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения профиля роговицы глаза (ке- ратометр), содержащее точечный источник света, систему освещения, объектив, точечный фотоприемник, блок записи данных, а также систему перемещения и контроля положения устройства относительно объекта, система освещения и объектив выполнены в виде единого блока из выпуклого трехэлементного зеркала из трех поясков, внутреннего, среднего и внешнего, и вогнутого трехэлементного зеркала из трех поясков, внутреннего, среднего и внешнего, образующие поясков выпуклого трехэлементного зеркала имеют вид прямых линий, образующие поясков вогнутого трехэлементного зеркала имеют вид дуг парабол, фокус дуг парабол внутреннего и внешнего поясков выпуклого трехэлементного зеркала находится в точке, где расположено мнимое изображение точечного источника света, формируемое внутренним и внешним поясками выпуклого трехэлементного зеркала, фокус дуги параболы среднего пояска выпуклого трехэлементного зеркала находится в точке, где расположено мнимое изображение точечного фотоприемника, формируемое средним пояском выпуклого трехэлементного зеркала, точечный источник света и точечный фотоприемник жестко

скреплены с системой освещения и с объективом.

Недостаток прототипа состоит в том, что обмеряемый объект должен иметь

достаточно простой и плавный профиль.

Цель изобретения - расширение диапазона контролируемых объектов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем последовательно

0 установленные точечный источник света, объектив, включающий оптически связанные выпуклое трехэлементное коническое зеркало и вогнутое трехэлементное коническое зеркало, фотоприемник, блок регистра5 ции, электрически связанный с фотоприемником, и систему перемещения и контроля положения устройства, при этом вогнутое трехэлементное коническое зеркало выполнено с образующей внешнего или внутрен0 него элемента в виде дуги эллипса, первый фокус которого расположен в точке, где находится мнимое изображение точечного источника света, формируемое внешним или внутренним, соответственно, элементом

5 выпуклого трехэлементного зеркала, а второй фокус эллипса находится в точке, равноудаленной от поверхности этого элемента и от точки пересечения пучков света с осью симметрии устройства.

0 Отличительными признаками предлагаемого устройства являются образующая внешнего или внутреннего элемента выполнена в виде дуги эллипса; первый фокус указанного эллипса расположен в точке, где

5 находится мнимое изображение точечного источника света, формируемое внешним или внутренним, соответственно, элементом выпуклого трехэлементного зеркала; второй фокус указанного эллипса находится

0 в точке, равноудаленной от поверхности этого элемента и от точки пересечения пучков света с осью симметрии устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения профиля объекта; на фиг,

5 2 - вид продольной модуляции интенсивности света; на фиг. 3 - выходные сигналы устройства при измерении двух видов объектов,

Устройство содержит точечный источ0 ник 1 света, выпуклое трехэлементное зеркало 2, вогнутое трехэлементное зеркало 3, фотоприемник 4, систему 5 перемещения и контроля положения устройства относительно объекта и блок записи данных.

5 Устройство работает следующим образом.

Включают точечный источник 1 света, точечный фотоприемник 4, систему 5 перемещения и контроля положения устройства относительно объекта, а также блок 6 записи данных. Объект подводят к устройству так, чтобы перепад глубины объекта не превышал длину участка, на котором происходит продольная модуляция интенсивности света. Затем дают команду системе 5 перемещения и контроля положения устройства, и оно начинает перемещаться вместе с точечным источником 1 света, выпуклым трехэлементным зеркалом 2, вогнутым трехэлементным зеркалом 3 и точечным фотоприемником 4.Перемещение идет вдоль направления, которое перпендикулярно оптической оси устройства и соответствует минимальному перепаду глубин обмеряемого объекта. После окончания обмера движение прекращают и возвращают устройство в исходное положение. В блок 6 записи данных поступают все необходимые данные об объекте с любым профилем. Описанные операции можно повторить требуемое число раз с одним и тем же объектом, или перейти к измерению профиля другого объекта

При работе устройства происходит следующее. Лучи света из точечного источника 1 света освещают выпуклое трехэлементное зеркало 2. Отраженные от внутреннего и внешнего элементов выпуклого трехэлементного зеркала 2 лучи света попадают на внутренний и внешний элементы вогнутого трехэлементного зеркала 3 соответственно. Так как образующие указанных двух элементов вогнутого трехэлементного зеркала 3 отличаются друг от друга, а именно одна из образующих является дугой эллипса, а другая - другой параболы, то лучи света, отраженные от указанных двух элементов трехэлементного зеркала 3,- пересекаются на оптической оси устройства таким образом, что угол между волновыми векторами интерферирующих полей изменяется вдоль оптической оси устройства. Возникает продольная модуляция интенсивности света

(фиг 2). В точке, ближайшей к устройству, период модуляции интенсивности света меньше периода модуляции интенсивности света в точке, удаленной от устройства. Это

приводит к тому, что устройство теперь способно отличать один от другого два объекта с профилями А и Б (фиг. 1), которые в прототипе дали тождественные цуги импульсов фототока.

На фиг. 3 видно, что цуг импульсов фототока от объекта с профилем А (вверху) существенно отличается от цуга Импульсов фототока от объекта с профилем В (внизу). Тем самым удается снять ограничение на

класс объектов, профили которых можно од позначно измерять данным устройством.

Формула изобретения Устройство для измерения профиля

объекта, содержащее последовательно установленные точечный источник света, объектив, включающий оптические связанные выпуклое трехэлементное коническое зеркало и вогнутое трехэлементное коническое

зеркало, фотоприемник, блок регистрации, электрический связанный с фотоприемни- к ом, и систему перемещения и контроля положения устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона

контролируемых объектов, вогнутое трехэлементное коническое зеркало выполнено с образующей внешнего или внутреннего элемента в виде дуги эллипса, первый фокус которого расположен в точке, где находится

мнимое изображение точечного источника света, формируемое внешним или внутренним соответственно элементом выпуклого трехэлементного зеркала, а второй фокус эллипса находится в точке, равноудаленной

от поверхности этого элемента и от точки пересечения пучков света с осью симметрии устройства.

ш

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, предназначено для бесконтактного оперативного обмера профиля объекта и может быть использовано в метрологических лабораториях и на машиностроительных заводах. Цель изобретения состоит в расширении диапазона контролируемых объектов. Лучи света от источника 1 света отражаются внутренним и внешним элементами выпуклого трехэлементного зеркала 2 на элементы вогнутого трехэлементного зеркала 3. Так как образующие элементов зеркала 3 имеют формы дуги эллипса и дуги параболы, то лучи света, пересекаясь на оси устройства, формируют интерференционное поле с продольной модуляцией интенсивности. Лучи света, отраженные объектом, отражаясь последовательно от зеркал 3 и 2, попадают на фотоприемник 4. При перемещении устройства с помощью системы 5 перемещения на выходе фотоприемника 4 формируется переменный электрический сигнал, который обрабатывается в блоке 6 записи данных. 3 ил. W fe VI ел со Ю Os о Фиг1

Фиг.Ј

mm/mm/m/mm/-,

шттяшшщтш

т шттшштт.

у/////////////ят

Ш/Я/Ж7/

Y//////////W//y//W/y//

w%yy/Z

222 222Ж222 222222 222222йб2222

/////JT///////////////////////.

т/Т/

//AT777////////////////////////Л