Устройство для бесконтактного измерениягЕОМЕТРичЕСКиХ пАРАМЕТРОВ пОВЕРХНОСТЕй Советский патент 1981 года по МПК G01B11/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в приборостроении, например для контроля формы и профиля деталей.

Известны бесконтактные устройства для контроля профиля деталей, основанные на анализе расфокусировки излучения, проецируемого на контролируемую поверхность, содержащие источник излучения, оптическую приемно-преобразующую систему, фотоприемник и регистрирующее устройство 1J.

Недостаток этих устройств - малый диапазон измерений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для бесконтактного измерения геометрических параметров поверхностей, содержащее последовательно установленные источник излучения, светоделитель и фокусирующий объектив, приемный объектив, оптически связываемый с контролируемой поверхностью через светоделитель и фокусирующий объектив, точечную диафрагму с приводом, установленную в фокальной плоскости приемного объектива с возможностью перемещения вдоль оптической оси, фотоприемник, установленный за

точечной диафрагмой, и связанную с выходом фотоприемника электронную измерительную систему, содержащую последовательно соединенные усилитель, фазочувствительный детектор, блок индикации и регистрации, генератор опорных напряжений, подключенный ко второму входу фазочувствительного детектора, и оптико-электронную схему нормирования амплитуды выходного сигнала, подключенную выходом к блоку индикации и регистрации 2.

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно позволяет контролировать только профиль деталей, имеющих небольшие углы изменения профиля и однородную структуру материала, так как больщое отлонение отраженного луча от нормали и изменение структуры материала и его цвета (например цвета побежалости), а также изменение микронеровности приводит к изменению выходного сигнала фотоприемника.

Цель изобретения - повыщение точности измерений и расширение диапазона контролируемых поверхностей.

Цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным светоделителем,

установленным между нриемным объективом и точечной диафрагмой, и образующими компенсирующий канал, последовательно установленными дополнительными точечной диафрагмой и фотоприемником, а усилитель выполнен дифференциальным и соединен вторым входом с выходом дополнительного фотоприемника.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения (например лазер), светоделитель 2, фокусирующий объектив 3, приемный объектив 4, принимающий излучение от контролируемой поверхности 5. В фокусе объектива 4 установлена точечная диафрагма 6 с приводом, выполненным в виде модулятора 7, возбуждаемого по кольцевой схеме, включающей индуктивный преобразователь 8, фазовращатель 9, усилитель 10, катущку возбуждения (на чертеже не показана). За диафрагмой 6 установлен фотоприемник 11. Между приемным объективом 4 и точечной диафрагмой 6 установлен светоделитель в виде светоделительного кубика 12. Точечная диафрагма 13, расположенная в фокусе приемного объектива 4, и фотоприемник 14 образуют компенсационный канал. Выходы фотоприемников 11 и 14 соединены со входами дифференциального усилителя 15, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора 16. Оптико-электронная схема нормирования амплитуды выходного сигнала образована последовательна установленными светоделителем 17, объективом 18, фотоприемником 19 и операционным усилителем 20. Устройство содержит также фазовращатель 21, стрелочный индикатор 22, подключенный к выходу синхронного детектора 16, ко второму выходу которого подключено согласующее устройство 23, электронный измеритель 24 отнощений, электронный нуль-орган 25, аналого-цифровой преобразователь 26 и цифровой индикатор 27.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от излучателя 1 отражается контролируемой поверхностью 5 и фокусируется в плоскостях точечных диафрагм 6 и 13. Амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 11, модулированного с частотой колебаний точечной диафрагмы 6, зависит не только от положения контролируемой поверхности 5, но и от ее структуры, качества обработки, цвета и т. п. Изменения светового потока, падающего на фотоприемник 14, зависят только от отражающих свойств материала. Следовательно, сигнал на выходе дифференциального усилителя 15 зависит только от положения контролируемой поверхности 5. Выходной сигнал дифференциального усилителя 15 поступает на вход синхронного детектора 16, опорное напряжение для которого снимается с индуктивного преобразователя 8 и модулятора 7 через фазовращатель 21. На выходе синхронного детектора 16 включен стрелочный индикатор 22. Выходной сигнал синхронного детектора 16 через согласующее устройство 23 поступает

на электронный измеритель 24 отнощений в качестве делимого. Сигнал-делитель формируется схемой нормирования амплитуды. Выходной сигнал измерителя 24 отнощений управляет электронным нуль-органом 25 и подается на аналого-цифровой преобразователь 26 с цифровым индикатором 27.

Снабжение устройства дополнительными элементами, выполненными и установленными выщеописанным образом, позволяет повысить точность измерения за счет того,

что результат не зависит от динамических факторов, и расщирить диапазон контролируемых поверхностей.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения геометрических параметров поверхностей, содержащее последовательно установленные источник излучения, светоделитель и фокусирующий объектив, приемный объектив, оптически связываемый с контролируемой поверхностью через светоделитель и фокусирующий объектив, точечную диафрагму с приводом, установленную в фокальной плоскости приемного объектива с возможностью перемещения вдоль оптической оси, фотоприемник, установленный за точечной диафрагмой, и связанную с выходом фотоприемника электронную измерительную систему, содержащую последовательно соединенные усилитель, фазочувствительный детектор, блок индикации и регистрации, генератор опорных напряжений, подключенный ко второму входу фазочувствительного детектора, и оптико-электронную схему нормирования амплитуды выходного сигнала, подключенную выхрдом к блоку индикации и регистрации, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерений и расщирения диапазона контролируемых поверхностей, оно снабжено дополнительным светоделителем, установленным между приемным объективом и точечной диафрагмой, и образующими компенсирующий канал, последовательно установленными дополнительными точечной диафрагмой и фотоприемником, а усилитель выполнен дифференциальным и соединен вторым входом с выходом

0 дополнительного фотоприемника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

«Мащиностроение, 1965, с. 192-200.

2.Патент США № 3506839, кл. 250-222, 1970 (прототип).