Устройство измерения геометрических параметров поверхностей Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно измерительной технике и может быть использовано при контроле качества поверхностей изделий с труднодоступными участками и во вредных условиях и применено преимущественно в приборо-и машиностроении.

Целью изобретения является расширение области применения за счет осуществления возможности измерения в труднодоступных местах и вредных условиях.

Цель достигается за счет использования в качестве приемо-передающей оптической системы отражающей дифракционной решетки и оптического волокна с микролинзой на конце, а в качестве источников излучения - двух лазеров, работающих на разных длинах волн.

Оптические и электрические схемы устройства представлены на фиг,1-6.

На фиг.1 - блок-схема устройства; на фиг.2 - форма световых пучков рабочего и опорного потоков; на фиг.З - зависимости электрических сигналов рабочего и опорного фотоприемников в зависимости от удаления исследуемой поверхности; на фиг.4 - формы сигналов усилителей-преобразователей на участке ДХ2; на фиг.5 - формы сигналов усилителей-преобразователей на участке AXi.

Устройство состоит (см, фиг.1) из источников 1 и 2 когерентного излучения, работающих на рабочей АО и большей опорной длине волны соответственно, оптически связанных с входным торцом отрезка оптического волокна 3 с микролинзой 4 на выходном торце. За фокусом микролинзы 4 расположена исследуемая поверхность 5, имеющая возможность равномерно перемещаться по нормали к оптической оси микролинзы 4. По ходу лучей, отраженных от исследуемой поверхности 5 и дифрагированных после отражения на дифракционной решетке 9, выходной торец волокна оптически связан с селективными приемниками: рабочим 6 и опорным 7, имеющими максимумы чувствительности на длинах волн До и Ач соответственно, Оптическую связь лазеров и фотоприемников осуществляет отражательная дифракционная решетка 8. Блок 9 обработки сигнала содержит два дифференцирующих усилителя-преобразователя 10 и 11, соединенных входами с фотоприемниками 6,7. а выходами с вычитающим узлом 12. Выход вычитающего узла 12 и второй выход рабочего фотоприемника 6 соединены с входами регистратора 13.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазеров 1 и 2 с длинами волн АО и AI , соответственно после отражения от

дифракционной решетки 9 вводится в оптическое волокно 3. В силу дисперсии за микролинзой 4 формируются две перетяжки световых лучей на расстояниях Х0 и Xi от микролинзы, для лучей с длинами волн До и

Ai, соответственно, фиг.2. Исследуемая поверхность, расположенная за перетяжкой А.1. т.е. на расстоянии большем Xi от микролинзы отражает излучение и оно частично возвращается в волокно. На входе волокна

отраженное излучение разделяется по длинам волн и направляется на чувствительные площади селективных фотоприемников 6 и 7. Сигналы с фотоприемников поступают на входы дифференцирующих усилителейформирователей 10 и 11. Усилители преоб- рэзователи 10, 11 вырабатывают на своих выходах сигналы одинаковой постоянной амплитуды, причем их полярности определяются знаками производных по времени

сигналов с Фотоприемников 6, 7. В том случае, если производимые сигналы с фотоприемников 6, 7 имеют разную полярность, то на зыходе вычитающего узла 12 сигнал отличен от нуля и он служит блокирующим

сигналов (стоп-сигналом) для регистратора 13, Если производные сигналов имеют одинаковую полярность, то регистратор 13 фиксирует аналоговый сигнал с рабочего фотоприемника 6, величина которого соотзетствует микропрофилю поверхности. Опорный длинноволновый канал с лазером 2 (см. фиг.1) и фотоприемииком 7 вводится для повышения точности измерений у, устранения неоднородности измерений. При

удалении с поверхности от микролинзы 4 фотоприемник 6 регистрирует зависимость So(x), а фотоприемник (x)(cM. фиг.З). Разные положения перетяжек Х0 и Xi обусловлены дисперсией микролмнзы. На этом

графике можно выделить 3 участка ДХ0. АХ-| и АХ.. На участках Х0 и XL производные dSo/dx и dSi/dx имеют одинаковые знаки, на участке AXi знаки производных разные. Если исходное положение поверхмости дальше Xi и поверхность имеет плав- ный профиль, то разность знаков в производных может служить сигналом о выходе поверхности в диапазоне AXi. Кроме того, подбором длины волны Ai, максимум

кривой Si(x), т.е. точка Xi может быть выбрана на границе линейного участка, что приведен к повышению точности измерений.

Если все участки поверхности находятся в области АХ25то эпюры сигналов

So, Si - с фотоприемников и Do, Ui - сигналов с усилителей-преобразователей имеют вид, показанный на фиг.4. Здесь важно, что зависимости сигналов So и Si имеют примерно одинаковую форму и одинаковый знак производной между максимумами, которые лежат в одних и тех же точках. Усилите л и-преобразователи вырабатывают одинаковый сигнал. На выходе вычитающего устройства сигнал равен нулю. Регистратор 13 фиксирует микропрофиль поверхности, пропорциональный сигналу

So(t).

Если исследуемый участок поверхности попадает в диапазон AXi (см. фиг.З), то полярности сигналов Uo и Ui противоположны (см. фиг.5), на выходе вычитающего узла формируется блокирующий сигнал V(t), который прерывает работу регистратора и одновременно останавливает перемещение исследуемой поверхности относительно оптического волокна 3.

Формула изобретения Устройство измерения геометрических параметров поверхностей, содержащее оп3

4

(pLfc. 2

тические связанные два лазера, приемно- передающую оптическую систему, рабочий и опорный фо топриемники, установленные в световом пучке, отраженном от исследуемой поверхности, и элект- ронный блок обработки сигнала, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения измерений в труднодоступных местах

и вредных условиях, оптическая приемопередающая система выполнена в виде отражательной дифракционной решетки и оптического волокна с микролинзой на торце, обращаемом к исследуемой поверхности, лазеры выполнены с разной длиной волн, а электронный блок обработки сигналов выполнен в виде дифференцирующих усилителей-преобразователей, вычитающего узла и регистратора, входы

усилителей-преобразователей соединены с рабочим и опорным фотоприемников, а выходы - с входами вычитающего узла, выход вычитающего узла и второй выход рабочего фотоприемника соединены с входами регистратора.

о Я

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при контроле качества поверхностей изделий в приборо-и машиностроении, Целью изобретения является повышение области применения за счет осуществления возможности измерения в труднодоступных местах и вредных условиях за счет использования в качестве приемо- передающей оптической системы отражающей дифракционной решетки и оптического волокна с микролинзой на торце, а в качестве источников излучения - двух лазеров, работающих на разных длинах волн. Излучение лазеров 1 и 2, отраженное дифракционной решеткой 8, через оптическое волокно 3 подается .на исследуемую поверхность 5, отражается от нее и через оптическое волокно 3 и дифракционную решетку 9 попадает на селективные фотоприемники: 6-рабочий и 7-Опорный. Если производные сигналов с них имеют одинако вую полярность, то регистратор 13 фиксирует аналоговый сигнал с рабочего фотоприемника 6, соответствующий микропрофилю поверхности. 5 ил. СО

Фиг.

Фиг.4