Двухкоординатное оптическое измерительное устройство Советский патент 1992 года по МПК G01B9/04 

Предлагаемое устройство относится к оптическим измерительным приборам, в частности к приборам для линейных измерений. Оно может быть использовано для бесконтактного контроля размеров деталей в процессе их изготовления, а также для измерения деформаций деталей (образцов), находящихся под нагрузкой

Оптические приборы для линейных измерений широко известны. Это проекторы, микроскопы и другие. В них объектив создает увеличенное изображение объекта измерений, которое сравнивается с эталонной шкалой. Изображение и шкала рассматриваются либо непосредственно глазом, либо через окуляр.

Недостатком известных устройств является зависимость точности измерений от диапазона измерений. Обусловлено это тем, что в них диапазон измерений не превышает линейного поля зрения оптической системы, которое определяется увеличением последней, При возрастании увеличения пропорционально падает ее поле зрения. Следовательно, чем больше точность измерения (больше увеличение), тем меньше поле зрения (диапазон измерений).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является двухкоординатное оптическое измерительное устройство, содержащее последовательно установленные источник излучения, пропорциональную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых установлены с возможностью взаимно соосных перемещений в плоскости перпендикулярной оси измерения, а третий - в ходе измерения на его оси за первыми двумя объективами, измерительную шкалу и окуляр. Описанное устройство обеспечивает измерения лишь по одной координате. Однако в ряде случаев, например, при измерении деформации объективов (образцов), подвергаемых в процессе испытаний механическому и тепловому нагружению, перемещение объекта обеспечить практически невозможно. Поэтому указанное техническое решение имеет ограниченные функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения измерений в произвольно ориентированной плоскости.

Указанная цель достигается тем, что в известном оптическом измерительном устройстве, содержащем последовательно установленные источник излучения, проекционную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых установлены с возможностью взаимно соосных перемещений в плоскости, перпендикулярной оси измерения, а третий - в ходе измерения на его оси за первыми двумя объективами, согласно изобретению устройство снабжено двумя дополнительными объективами, установленными в одной плоскости с первыми двумя объективами и с возможностью совместного перемещения пары дополнительных объективов в направлении, ортогональном направлению перемещения первых двух объективов в двух взаимно ортогональных направлениях.

С целью измерения малых объектов подвижные объективы выполнены децентри- ро ванными.

При этом устройство содержит по сути четыре объектива с подвижным компонентом вместо одного объектива. Поля зрения объективов совмещены, а каждый объектив

строит изображение только границы объекта, а не всего объекта, что позволяет расширить диапазон измерений. Диапазон измерений определяется не увеличением оптической системы, а величиной диамет0 ров коллиматорных объективов, что позволяет повысить увеличение оптической системы и, как следствие, повысить точность измерений.

В предлагаемом устройстве оптическая

5 система обеспечивает получение регистрации изменения положения объекта путем локального увеличения границ объекта, например, образца, подвергаемого механическому и тепловому нагружению.

0 Схема устройства представлена на фиг.1. Оно состоит из осветителя 1 и измерительного устройства 2, между которыми установлен объект измерений 3, например, образец для испытаний на термическую ус5 талость. Причем ось образца 3 перпендику- лярна оптической оси. Образец 3 установлен в захватах установки дл испытаний на термоусталость (на чертеже не показана).

0 Измерительное устройство 2 содержит общий коллиматорный объектив 4, перед которым в параллельном ходе лучей размещены четыре коллиматорных объектива 5, 6, 7, 8, измерительную шкалу 9 и окуляр 10. Оп5 тические оси всех объективов параллельны. Объективы 5, б и 7, 8 функционально объединены в пары и установлены в направляющих, обеспечивающих их перемещение в плоскости, перпендикулярной оптической

0 оси, в направлениях осей координат X и Y. Диаметры объективов пар 5, 6 и 7, 8 меньше диаметра объектива 4.

Объективы 5, 6 образуют первую пару и обеспечивают измерение размеров вдоль

5 оси X. Каждый объектив этой пары может перемещаться относительно друг друга вдоль оси X и оба объектива пары могут перемещаться совместно вдоль оси Y.

Объективы 7, 8 образуют вторую пару и

0 обеспечивают измерение размеров вдоль оси Y. Каждый объектив этой пары может перемещаться вдоль осей X и Y независимо друг от друга. Для обеспечения возможности измерения малых размеров объективы

5 5, б, 7, 8 выполнены децентрированными. Величина децентровки выбирается исходя из возможности совмещения фокусов объективов пар 5, б и 7, 8 при минимальном расстоянии между объективами. При этом фокусы объективов 5, 6, 7, 8 расположены в

одной плоскости, являющейся предметной плоскостью измерительного устройства.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно проводят его тарировку. Для этого после включения осветителя 1 в предметной плоскости измерительного устройства 2 устанавливают эталонный объект 3 (образец) с аттестованными размерами а и в, соответствующими номинальным измеряемым размерам. При этом объективы 5, 6, 7, 8 формируют парал-, лельные световые пучки от объекта измерений 3, поступающие в общий объектив 4 и образующие в плоскости эталонной шкалы 9 (фокальной плоскости объектива 4) четыре теневых изображения четырех границ объекта измерения 3, налагаемых друг на друга. Перемещением объективов 5 и 6 вдоль оси X и 7 и 8 вдоль оси Y фокусы этих объективов совмещают с границами эталона. При этом в поле зрения наблюдается равномерно светящийся фон, так как границы теневых изображений от каждого объектива пары соприкасаются, а светлые и темные части изображений накладываются одно на другое. Наблюдение поля производится через окуляр 10.

После этого в предметной плоскости измерительного устройства устанавливают измеряемый объект 3 и наблюдают через окуляр 10 картину в поле зрения.

Если размеры а или в измеряемого объекта 3 не совпадают с размерами эталона, в поле зрения окуляра 10 наблюдается изображение либо светлой, либо темной вертикальной или горизонтальной полосы соответственно. Светлая полоса наблюдается, если измеряемый размер меньше размера эталона, темная - больше размера эталона, Измерив ширину полосы по изме- рителъной шкале 9, определяют величину отклонения от эталона и вычисляют измеряемый размер.

Совместное перемещение объективов 5,6 или 7,8 вдоль координатных осей позволяет производить измерение размеров в различных сечениях измеряемых образцов.

Наблюдаемая картина поля зрения не зависит от измеряемого размера, т.е. от расстояния между фокусами объективов пары, а определяется только отступлением измеряемого размера от эталонного. Погрешность измерения определяется только 5 увеличением оптической системы, а диапазон измерений - световыми диаметрами объективов 4, 5,6,7, 8. Чем больше разность световых диаметров общего объектива 4 и объективов пар 5, 6 и 7, 8, тем больше диа0 пазон измерений, так как изображение в поле зрения окуляра 10 формируется только при перемещении объективов пар 5, 6 и 7, 8 в пределах светового отверстия объектива 4. При этом погрешность измерений остает5 ся практически постоянной в пределах всего диапазона измерений, что является техническим преимуществом данного устройства. При этом диапазон измерений данного устройства в сравнении с прототипом

0 при одинаковом или даже большем увеличении значительно больший, т.е. при большем диапазоне измерений точность предложенного устройства выше.

По сравнению с прототипом предло5 жеиное устройство имеет более широкие функциональные возможности. Формула изобретения Оптическое измерительное устройство, содержащее последовательно установлен0 ные источник излучения, проекционную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых установлены с возможностью взаимно соосных перемещений в плоскости, перпендикулярной оси из5 лучения, а третий в ходе излучения на его оси за первыми двумя объективами, измерительную шкалу и окуляр, отличающее- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем

0 обеспечения измерений в произвольно ориентированной плоскости, оно снабжено двумя дополнительными объективами, установленными в одной плоскости с первыми двумя объективами и с возможностью со5 вместного перемещения пары дополнительных объективов, в направлении, ортогональном направлению перемещения первых двух объективов, и с возможностью независимого перемещения объективов в

0 двух взаимно ортогональных направлениях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля размеров деталей в процессе их изготовления, а также для измеренных деформации деталей (образцов), находящихся под нагрузкой. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения измерений в произвольно ориентированной плоскости Устройство содержит последовательно установленные осветитель, четыре функционально попарно объединенных и расположенных в одной плоскости объектива, общий коллиматор- ный объектив, измерительную шкалу и окуляр. Объективы одной из пар могут перемещаться один относительно другого по одной из координатных осей и могут совместно перемещаться вдоль второй координатной оси. Объективы второй пары установлены с возможностью совместного перемещения в направлении, ортогональном направлению перемещения первых двух объективов и с возможностью независимого перемещения объективов в двух взаимно ортогональных направлениях. При тарировке устройства перемещением объективов добиваются совмещения фокусов объективов с границами эталонного объекта. При этом в поле зрения окуляра наблюдают равномерно светящийся фон. При замене эталонного объекта на контролируемый, регистр которого не совпадает с размерами эталона, в поле зрения окуляра наблюдают изображение либо светлой, либо темной вертикальной или горизонтальной полосы соответственно. Светлая полоса возникает, если измеряемый размер меньше размера эталона, темная - больше размера эталона. Измеряют ширину полос по измерительной шкале, определяют величины отклонений от эталона и вычисляют контролируемые размеры. 1 п. ф. 1 ил. V4 00 СО ьо о СА

ВиЗ Д

8