Способ контроля формы профиля прозрачных осесимметричных тонкостенных оболочек Советский патент 1992 года по МПК G01B11/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в точном приборостроении для контроля формы прозрачных тонкостенных оболочек.

Известен способ оценки геометрии оптических изделий, заключающийся в том, что получают с помощью проецирования или интерферометрии топограмму рельефа

трехмерного объекта. Линии на топограм- ме, являющиеся линиями равного уровня, - это следы пересечения объема равноотстоящими друг от друга плоскостями. Топо- грамма, полученная с помощью лазерной интерферометрии на просвет, позволяет получать информацию об относительном изменении толщины оболочки с точностью 0,5

длины волны излучения лазера, После получения голограммы производят ее обработку с целью установления сведений о геометрии оболочки.

Основным недостатком данного способа оценки геометрии оптических изделий является трудность получения информации об абсолютном значении толщины изделия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ контроля формы профиля прозрачных осесим- метричных тонкостенных оболочек, заключающийся в том, что выбирают на контролируемой оболочке опорные точки, расположенные с заданной дискретностью, последовательно фиксируют оболочку в требуемых положениях, измеряют толщину оболочки в выбранных опорных точках контактным методом, и по полученным измерениям строят профилограмму изменения толщины оболочки в заданном сечении.

Недостаток известного способа состоит в невысокой точности контроля при сравнительно большом расстоянии между опорными точками и росте брака от нарушения качества поверхности в процессе контроля при уменьшении этого расстояния.

Цель изобретения - повышение точности контроля и снижение брака от нарушения качества поверхности в процессе контроля оболочки.

Поставленная цель достигается тем, что производят интерференцию формируют в проходящем свете интерферограммы участков контролируемой оболочки, центры которых совмещены с выбранными опорными точками, сравнивают сформированные интерферограммы с ранее сформированными интерферограммами участков эталонных оболочек, вычисляют значения толщин оболочки в промежуточных точках участков по формуле:

t (tk+ )COS«K ,

где tk значение толщины оболочки, измеренное контактным методом;

N - номер интерференционной полосы на текущей интерферограмме;

Я - длина волны излучения в интерферометре;

Ок - угол, под которым наблюдают каждую интерференционную полосу из центра оболочки,

о

to

to +

КЯ

гГ

где to - значение толщины эталонной оболочки;

К-номер интерференционной полосы на интерферограмме эталонной оболочки;

An- разность показателей преломления материала оболочки и окружающей среды,

и наносят на профилограмму вычисленные значения толщин.

0 На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, реализующего способ контроля формы профиля прозрачных осесимметричных тонкостенных оболочек; на фиг. 2 - процедура определения номеров

5 интерференционных полос на текущей интерферограмме и соответствующей ей интерферограмме эталонной оболочки.

Устройство содержит лазер 1, светоделитель 2, зеркало 3, коллиматоры 4 и 5,

0 приспособление 6 для фиксации контролируемой оболочки, контактный измеритель 8 толщины оболочки, перископическую систему 9, зеркало 10, суммирующую призму 11, систему 12 технического зрения, микро5 ЭВМ 13, приводы 14 и 15 горизонтального и азимутального поворота оболочки 7, а также блоки 16 и 17 согласования.

Способ реализуется следующим образом,

0Контролируемую оболочку 7 фиксируют

в требуемом положении в приспособлении 6. Оно представляет собой оптическую делительную головку, на которой закреплен узел для фиксации оболочки 7 и контактный

5 измеритель 8 толщины на базе индуктивного датчика информации. Приспособление 7 обеспечивает поворот оболочки вокруг ее оси в горизонтальной плоскости и в пределах 90° в азимутальной плоскости. Периско0 пическая система 9 служит для ввода, вывода и направления перпендикулярно поверхности оболочки лазерного пучка света. Определяют толщину контролируемой оболочки 7 и в выбранной опорной

5 точке поверхности посредством контактного измерителя 8.

Излучение лазера 1 расщепляют с по- мощью светоделителя 2 на два пучка, из которых коллиматорами 4 и 5 формируют

0 пучки света с плоскими фронтами. Далее эти пучки излучения вновь собирают с помощью зеркал 3 и 10 на суммирующей призме 11. Результат их взаимодействия проявляется в виде интерференционной

5 картины на поверхности светочувствительного элемента системы 12 технического зрения.

Вид интерференционной картины определяется оптической разностью хода пучков излучения, один из которых попадает на

суммирующую призму 11 непосредственно от коллиматора 4, а другой пройдя через участок контролируемой оболочки 7 с центром, совмещенным с опорной точкой поверхности, для которой была определена толщина контактным методом.

Сформированную интерференционную картину считывают системой технического зрения. При этом тип развертки электронного луча светочувствительного элемента определяется формой оболочки. Так, для цилиндрической и конической оболочек считывание обеспечивается линейной разверткой, а для полусферической радиальной. Результаты считывания в виде электрически/ сигналов поступают в микро- ЭВМ 13. В программу работы микроЭВМ 13 входит запоминание и присвоение каждому направлению считывания данных контактного измерения, поступающих от измерителя 8, вычисление и запоминание данных о толщине оболочки в точках, лежащих между точками двух контактных измерений, а также построение профилограммы изменения толщины оболочки по сечениям. Вычисление толщины оболочки производится в соответствии с приведенным ранее соотношением, для чв о автоматически должны быть определены номера интерференционных полос для каждой точки оболочки. Пример определения номеров интерференционных полос для оболочки полусферической формы поясняется на фиг. 2, где а - эталонная топограмма для определения номера полосы К для точки М, б - текущая топограмма для определения номера полосы N для той же точки М.

Описанную процедуру повторяют для каждого участка оболочки 7. Поворот оболочки 7 в горизонтальной плоскости осуществляют приводом 14 по сигналу из микроЭВМ 13, прошедшему через блок 16 согласования. После получения информации о толщине оболочки 2 по всему сечению производят наклон оболочки в азимутальной плоскости от привода 15 по сигналу из микроЭВМ, прошедшему через блок 17 согласования. По окончании всех процедур измерения и вычисления на экране дисплея или на графопостроителе строят профилограммы изменения толщины оболочки по всем сечениям.

Для устранения пропуска экстремальных значений толщины оболочки зоны измерения выбирают с их перекрывом.

Объединение контактного метода измерений с интерференционным методом построения профилограмм позволяет резко сократить число контактных соприкосновений с поверхностью контролируемой оболочки и тем самым уменьшить вероятность нарушения поверхности оболочки, Кроме того, весь процесс контроля оболочки про- изводится за один ее установ, что способствует повышению точности контроля.

Формула изобретения Способ контроля формы профиля прозрачных осесимметричных тонкостенных оболочек, заключающийся в том, что выбирают на контролируемой оболочке опорные точки, расположенные с заданной дискретностью, последовательно фиксируют оболочку в требуемых положениях, измеряют толщину оболочки в выбранных опорных точках контактным методом, и по полученным измерениям строят профилограмму изменения толщины оболочки в заданном

сечении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля и снижения брака от нарушения качества поверхности в процессе контроля оболочки, формируют в проходящем свете интерферограммы участков контролируемой оболочки, центры которых совмещены с выбранными опорными точками, сравнивают сформированное интерферограммы с ранее сформированными интерферограммами участков

эталонных оболочек, вычисляют значения толщин оболочки в промежуточных точках

участков по формуле

t-(+-ЈЈ-)« .

где tk - значение толщины оболочки, измеренное контактным методом;

N - номер интерференционной полосы на текущей интерферограмме;

А - длина волны излучения в интерферометре;

OK - угол, под которым наблюдают каждую интерференционную полосу из центра оболочки;

to t KA 9

to+-z r

COSGfc

где to - значение толщины эталонной оболочки;

К - номер интерференционной полосы на интерферограмме эталонной оболочки;

An - разность показателей преломле- ния материала оболочки и окружающей среды,

и наносят на профилограмму вычисленные значения толщин.

J. 4

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в точном приборостроении для контроля формы прозрачных тонкостенных оболочек. Цель изобретения - повышение точности контроля и снижение брака от нарушения качества поверхности в процессе контроля. Контролируемую оболочку фиксируют в требуемом положении и контактным методом замеряют толщину оболочки в выбранной опорной точке. Затем формируют в проходящем свете интерферограммы участка контролируемой оболочки, центр которого совмещен с выбранной опорной точкой, и сравнивают полученную интерферограмму с ранее сформированной интерферограм- мой участка эталонной оболочки и вычисляют значения толщин оболочки в промежуточных точках участков по формуле t (tK + -г- )cos OK , где tK - значение толщины оболочки, измеренное контактным методом, N - номер интерференционной полосы на текущей интерферограмме; Я- длина волны излучения в интерферометре; а - угол, под которым наблюдают каждую интерференционную полосу из центра оболочки; cos OK °- - -, где to - значение , К А толщины эталонной оболочки; К-номер интерференционной полосы на интерферограмме эталонной оболочки; Дп - разность показателей преломления материала оболочки и окружающей среды. Описанную процедуру повторяют для всех выбранных опорных точек. По результатам контактных измерений в опорных точках и вычислений для промежуточных точек строят профилог- рамму изменения толщины контролируемой оболочки в заданном сечении, 2 ил. У Ј VJ VI Os ю 00 00

ФигЛ

Фие.2