ОПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ОТ НОМИНАЛЬНОГО РАЗМЕРА ДЕТАЛИ Советский патент 1973 года по МПК G01B11/02 

1

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к оптическим измерительным средствам, и используется для контроля с высокой точностью отклонений от номинального размера сверхточных оптических деталей и деталей приборостроения, проводимого, например, в условиях термостатирования.

Известен оптический способ измерения отклонения от номинального размера детали, заключающийся в том, что определяют смещение светового пучка и соответствующее ему перемещение оптического элемента, по которому судят об отклонении размера.

Известный способ, основанный на определении смещения, вызванного прело1 1лением лучей в оптическом элементе, не дает возможности измерять доли микрометра с достаточной точностью.

Основанные на этом способе оптические компенсаторы в виде клиньев, плоскопараллельной пластинки, линз и т. д. имеют общую погрешность измерения, состоящую из трех погрешностей: погрещности аттестации шкал, погрешности совмещения щтрихов и погрешности отсчета.

Все указанные погрешности имеют одинаковую величину и одинаково влияют на точность измерения.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что, с целью повыщения точности измерения, определяют смещение отраженного от оптического элемента светового пучка, вызванное явлением переноса световой энергии вдоль поверхности раздела двух сред при полном внутреннем отражении и определяемое зависимостью:

l/--(irr

где d - величина смещения отраженного светового пучка лучей,

k - постоянный коэффициент, «1 - показатель преломления вещества

оптического элемента, 2 - показатель преломления среды, граничащей с оптичесним элементом, X - длина волны света, Ф - угол отражения светового пучка от поверхности оптического элемента.

По теории полного внутреннего отражения, основанной на уравнениях Максвелла, это отражение выражено не резко на границе между оптически плотной и неплотной средой. Замечено, что на месте падения светового пучка энергия света переходит в менее плотную среду, т. е. переходит поверхность раздела, а затем в другом месте полностью возвращается в первую, более плотную среду.

Таким образом, имеет место некоторое смещение d отраженпого пучка лучей. Анализируя формулу, можно установить, что изменяя угол отражения ф пучка лучей в диапазоне углов полного внутреннего отражения, т. е. приблизительно от 43° и выше, получим очень малую величину смещения d светового пучка, отраженного гранью оптического элемента.

На основании этого явления разработан способ измерения малых отклонений размеров, по которому поворотом оптического элемента изменяют угол отражения светового пучка от отражающей грани, что в свою очередь вызывает параллельное смещение пучка. Совмещая световой индекс, образованный пучком лучей, с границей измеряемой величины, компенсируют отклонение размера и затем по углу поворота оптического элемента определяют это отклонение.

Предлагаемый способ позволяет получить очень большой масштаб измерения. Большой масштаб измерения позволяет свести погрешность отсчета к погрещности высшего порядка малости по сравнению с двумя другими, которая вследствие этого, не будет влиять на точность измерения.

Нелинейностью зависимости смещения d пучка лучей можно пренебречь, используя диапазон углов отражения гр примерно от 60° до

85°, в котором эта зависимость приближается к линейной.

Предмет изобретения

Оптический способ измерения отклонения от номинального размера детали, заключающийся в том, что определяют смещение светового пучка и соответствующее ему перемещение оптического элемента, по которому судят об отклонении размера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, определяют смещение отраженного от оптического элемента светового пучка, вызванное явлением переноса световой энергии вдоль поверхности раздела двух сред при полном внутреннем отражении и определяемое зависимостью:

d (r

е d - величина смещения отраженного светового пучка лучей, k - постоянный коэффициент, Л - показатель преломления вещества

оптического элемента, П2 - показатель преломления среды, граничащей с оптическим элементом, К - длина волны света, Ф - угол отражения светового пучка от поверхности оптического элемента.