Устройство для допускового контроляРАзМЕРОВ издЕлий Советский патент 1981 года по МПК G01B11/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОПУСКОВОГО КОНТЮЛЯ РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ раций приводят к резкому сгоЬкению точности контроля. Кроме того, извес ное устройство предназначено для конт роля изделий с небольшими размерами (единицы мм). При использовании его для контроля изделий с большими размерами ( 20-40 мм) происходит существенное снижение TO4HocTHj4TO практически исключает возможность испол1&зования устройства дня допускового конт роля. Вместе с тем, это устройство критично к ориентации изделия на измерительной позиции и требует для повьшзения точно9,ти.н чувствительности изготовления оптических фильтров для различных типов контролируемых изде.лий. При увеличении., размеров изделия . происходит уменьшение расстояний меж ду дифракционными порядками в его спектре, при этом повышаются требова ния к разрешению и точности изготовления и установки оптического фильтр в устройстве контроля. К недостаткам устройства следует также отнести-сни .жение точности контроля,обусловленно влиянием апертуры обЬ&ктквов при регистрации голографического фильтра и при контроле, Таким образом, недостатками устро ства являются низкая виброустойчивость, ограниченный диапазон контролируемых размеров и низкая точность контроля. Цель изобретения - позьшзение виброустойчивости, расширение диапазона контролируемых размеров и повышение точности контроля. Поставленная цель достигается тем что известное устройство снабжено по ледовательно расположенными между оптическим и голографическим фильтра ми, вторым объективом обратного преобразования Фурье, фазовой маскойj полевой диафрагмой и вторым объективом прямого преобразования Фурье. На чертеже изображена приндипиаль ная схема устройства для допускового контроля размеров изделий. Устройство содержит лазер 1, оптнч ескую систему 2 формирования опор ного и предметного световых пучков, на пути последнего из которых устанавливается изделие 3, объектив 4 пр мого преобразования Фурье, оптически фильтр 5,объектив 6 обратного преобразования Фурье, фазовую маску 7, полевую диафрагму 8, объектив 9 прямого преобразования Фурье, голрграфический фильтр 10, объектив П обратного преобразования Фурье, диафрагму 12 и фотоприемник 13. . Устройство рабО:,тает следующим образом. Вначале получают голографический фильтр с импульсным откликом в виде поля допусков. Для этого на измерительной позиции устанавливается эталонное изделие, которое освещается предметным световым пучком. Объектив 4 в задней фокальной плоскости формирует пространственный спектр эталонлого изделия, который модулируется оптическим фильтром 5. С помощью этого фильтра и объектива 6 в задней фокальной плоскости объектива 6 формируется световое распределение в виде изображения поля допусков, причем величина допуска не зависит от формы эталонного изделия и определяется лишь параметрами оптического фильтра 5. Это дает возможность с помощью одного и того же фильтра формировать поля, допусков для различных изделий. Поле допуска определяется передаточной функцией Н() оптического фильтра (cyc:YOMjtCjy2 . круговая пространственная частота) и может иметь вид ; двух световых полос шириной g с амплитудой света разного знака, примыкающих с разных .сторон к границе эталонного изделия (при in) . Световое распределение в виде по-ля допусков модулируется затем фазовой маской 7, которая обеспечивает случайный закон изменения фазы снег тового распределения по полю на Т(в качестве фазовой маски может быть использован обычный диффузнь Й рассеиватель). Расположенная далее полевая диафрагма 8, установленная в плоскости изображения, поля допусков, задерживает световой поток, соответствующий изображению границ апертур объективов. Кроме того, эта диафрагма может быть использована для выделения нужного фрагмента поля допусков. Следующий далее объектив 9 формирует в своей задней фокальной плоскости пространственный спектр эталонного поля допусков, который голографически регистрируется с помощью опорного пучка, формируемого оптической системой 2 для получения голографического

фильтра 10- Использование фазойой маеки 7 при записи голографического фильтра позволяет более равномерно распределить световой поток в спектральной плоскости объектича 9 и тем 5 самым обеспечить более оптимальные условия для линейного режима регистрации голографического фильтра.

После получения голографического фильтра устройство используется не- ю посредственно для контроля. При этом оптическая система формирования опорного и предметного световых пучков формирует лишь один предметный пучок, освещающий контролируемое из- 15 делив 3, которое устанавливается(или движется) на измерительной позиции. Объектив 4 формирует пространственный спектр изделия, модулируемый оптическим фильтром 5. Объектив 6 про- 20 ектирует изображение контролируемого изделия, имеющ.его вид двух световых полос шириной € , примыкающих с разных сторон к границе изделия, в плоскость фазовой маски 7, 25

Фазовая маска 7 при этом приводится во вращение .и тем самьм осуществляется разрушение пространственной когерентности светового потока во времени. 30

Расположенная далее диафрагма 8 задерживает световой поток, соответствующий изображениям границ апертур объективов. Объектив 9 формирует спектр изображения контролируемого 3f. изделия в плоскости голографического фильтра 10, где осуществляется его перемножение с записанным на голограг фическом фильтре спектром эталонного поля допусков. Объектив 11 в своей 40 задней фокальной плоскости формирует световое распределение, соответствующее корреляционной функции изображения контролируемого изделия и эталонного поля допусков.45

С помощью диафрагмы 12 и фотоприемника 13 выделяют и интегрируют световой поток в центральной области корреляционной картины. Вращение фа- у зоной маски 7 приводит к изменению во времени спектра контролируемого изде ЛИЯ в плоскости голографического фильтра 10. Усреднение сигнала с фотоприемника 13 по времени дает воз- „ можность получить сигнал, пропорциональный корреляционной функции не ам-, Ш1итуд, а интенсивностей эталонного поля допусков и светового распределения, соответствующего изображению контролируемого изделия в плоскости полевой диафрагмы 8.

При этом вид сигнала слабо зависит от смещений голографического фильтра вдоль и поперек оптической оси, что позволяет снизить требования к точности установки этого фильтра (до нескольких мм) и повысить виброустойчивость устройства.

Что касается оптического фильтра 6, то вследствие радиальной симметрии и довольно грубой структуры (по сравнению с голографическимк фильтрами с тонкой структурой), требования к точности его установки заметно ниже требований,предьявляемых к гологра-. фическому фильтру в известном устройстве. Годность изделия или величину отличия его от эталонного изде ЛИЯ определяют по величине сигнала с фотоприемника.

Как показали зкспертментальные исследования устройство позволяет проводить допусковый контроль и расширить диапазон размеров контролируемых изделий, который ограничивается лишь величиной апертуры используемых объективов и может составить, например, 30-40 мм для объективов с апертурами 50-60 мм. При этом значительно повысится виброустойчивость устройства вследствие снижения требований к точности установки голографического фильра (с 5 мкм в известном устройстве до единиц мм) и уменьщится влияние апертур объективов при запись голографичес1сого фильтра и непосре ственно при контроле.

Кроме того, возможность сравнения контролируемого изделия с полем допусков позволяет снизить требования к точности ориентации изделия и исключить необходимость изготовления и использования дополнительных оптических фильтров (с целью увеличения чувствительности) для различных

изделий

I. - ;

Формула изобретения

Устройство для допускового контроля размеров изделий, содержащее оптическую срстему формирования опорного и предметного световых пучков, последовательно расположенные на пути предметного светового пучка, объектив прямого преобразования Фурье, оптический фильтр, голографический фильтр объектив обратного преобразования Фурье диафрагму и фотоприемник, о тличающееся тем, что, с целью повышения виброустойчивостиj расширения диапазона контролируемых размеров и повышения точности контроля, оно снабжено последовательно расположенными между оптическим и Voлографическим фильтрами, вторым объеи тивом обратного преобразования Фурье, фазовой маской, полевой диафрагмой и вторым объективом прямого преобразования Фурье.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мировицкий Д. И.,Пичурин А. П. и Шанин В. М. Автоматическое установление признаков расхождения у нескольких сравниваемых объектов одного класса,-Сб. Проблеьаа гологра-фии М,, 1973,1вьт. П, с. 236-241.

I

2.Indebetouw G,,,Tschudi Т., Steffen I. Optical processing technigues in the gualityvcontrol of micromechanies.Appl. aptic 1978,

V. 17, p. 911.