Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей Советский патент 1982 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретнее к измерению геометрических параметров изделий, в частности к измерению линейных размеров деталей бесконтактны методом при плоском шлифовании. Известно устройство для бесконтак ного измерения линейных размеров деталей, например при плоском шлифовании, содержащее стойку, установленны на ней двойной микроскоп, включающий осветительный микроскоп с источником света и световой щелью, и микроскоп наблюдения с объективом. Двойной мик роскоп установлен на стойке с возможностью перемещения по ней. При измерениях двойной микроскоп фиксируется в определенном положении с предварительной наводкой на резкость световой щели. Затем после снятия слоя металла .с поверхности, например при плоском шлифовании двойной микроскоп перемещается и вновь наводится на резкость С последую1чей фиксацией нового его положения. По разнице показаний первого и второго положений, по линейному перемещению двойного микроскопа судят об изменении размера детали f 1 . Недостатком устройства является недостаточно высокая точность измерения, обусловленная тем, что в процессе измерения двойной микроскоп при изменении размера перемещается j относительно неподвижной стойки и потому вследствие инерционности в процессе измерения возникают дополнительные динамические погрешности, которые при быстрых изменениях размеров в процессе обработки могут достигать значительных величин, и точность.устройства при этом составляет 0,015 0,02 мм. Поэтому известное устройство применимо при небольших скоростях обработки ( 2-5 мкм/с) и невысоких требованиях по точности, по 8-9 квалитетам. 3 Кроме того, недостатком известно го устройства является ограничение пределов измерения из-за недостаточ ной глубины изображения визуальной системы, Цель изобретения - повышение том ности измерения. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено линзов телескопической системой Галлилея, состоящей из собирательного ахроматического объектива и рассеиватеЛьной двояковогнутой линзы и закрепле ной неподвижно в осветительном микроскопе между источником .света и . световой щелью, криволинейным зеркалом, установленным в микроскопе наблюдения на расстоянии от его. объектива, равном половине фокусного расстояния этого объектива с воз можностыо регулировки положения вдоль и перпендикулярно оптической оси микроскопа наблюдения, ({ютоприемниками,расположенными в фокальн плоскости объектива микроскопа наблю дения,оба микроскопа жестко закрепле ны на стойке,а в качестве источника света используют гелий-неоновый лазер, На чертеже изображена принципиал ная схема устройства для бесконтакт ного измерения линейных размеров де талей. Устройство содержит двойной микр СКОП, включающий в себя осветительный микроскоп 1 и микроскоп 2 наблю дения, закрепленные неподвижно на стойке (на чертеже не показана). Ос ветительный микрос п 1 состоит из источника 3 свети, и качестве которого используется гелий-неоновый лазер, линзовой телескопической сис темы Галлилея, состоящей из собирательного ахроматического объектива и рассеивательной двояковогнутой линзы 5, световой В1ели 6. Причем объектив Ц состоит из двояковыпуклой кронглассовой линзы 7 и плосковогнутой флинтглассовой линзы 8. Микроскоп 2 наблюдения состоит из микропроекционного объектива 9, криволинейного зеркала 10, фотоприе ников 11, например фоторезисторов, фотодиодов, оснащенных шкалой 12 с делениями для визуального контроля, и счетчика 15 для оценки перемещений в цифровом виде. Криволинейное зеркало 10 имеет цилиндрическую фор t4 ну как наиболее технологичную, хотя форма зеркала может быть и другой: эллиптической, гиперболической и т.д. Криволинейное зеркало 10 расположено за объективом 9 микроскопа 2 наблюдения на пути, хода лучей, отраженных от поверхности 1-1 обрабатываемой детали ( на чертеже не показана) и прошедших через объектив 9 и отстоит от объектива 9 на расстоянии, равном половине фокусного расстояния, измеренного в направлении главной оптической оси 14 м кpocкoпa 2 наблюдения. При наладке м1/ькроскопа 2 наблюдения положение зеркала 10 регулируется ( производится юстировка), а затем в процессе работы зеркало 10 остается неподвижным. Направления 15 и 16 регулировок и угояо наклона зеркала 10 показаны на чертеже. Регулировка зеркала 10 осуществляется в двух направлениях: в направлении 15, параллельном главной оптической оси 1 и в направлении 16, перпендикулярном ей. Угол наклоjHa od зеркала 10 определяется направ пением главной оптической оси микipocKona 2 наблюдения и касательной 17 к поверхности зеркала 10, проведенной через точку пересечения этой оси с поверхностью зеркала 10. Угод отрегулируется в пределах от 5 до 5 Устройство работает следующим образом. Лучи света от источника 3 ceeja гелий-неонового лазера через линзовую телескопическую систему Галлилея направляются на обрабатываемую поверхность I- I . На пути хода лучей расположена световая щель 6 с резкой границей света и тени. На световую щель 6 (границу) отфокусирован микропроекционный объектив 9 с увеличением 50, оптическая ось которого, совпадающая с главной оптической осью Н, расположена нормально к поверхности |- I и под углом к оси 18 телескопической системы. По мере снятия слоя металла с обрабатываемой детали (например при плоском шлифовании ) поверхность J - I будет опускаться в положение II-II, в положение ||1-11 и т.д. При этом происходит смещение границы света и тени (нл чертеже-вправо ) на величину d , d и т.д. Очевидно, что величина d будет соответствовать толине снятого слоя d, а смещение d 5 толщине снятого сло1я d. Благодаря увеличению микропроекциониого объек тива 9 в его фокальной плоскости пр исходит смещение изображения границы на величину dj 50, 50 и т.д. Пучки лучей, идуи1ие от точек GQ, G, 62. и т.д. (границы света и тени), падают на зеркало 10. При чем пучки лучей, идущие от точки G падая на зеркало 10 в точке Z-, соб рутся в фокусе в точк.е FQ , пучки лу чей , иду1чие от точки G. , падая на зеркало 10 в точке Z, собирутся в .точке F и т.д. При этом сопрякенiHbie фокусы будут выдержаны в некото рой изогнутой поверхности 19. даря наклону зеркала 10 линейное ра стояние между точками F , F и .Т.Д. значительно увеличивается, т.е. этим достигается дополнительное уве личение. В точках FQ , (;, и т.д. устанавливаются фотоприемниками 11 .Благодаря криволинейному зеркалу 10 становится возможным разнести фотоприе 1ники 11 на необходимое расстояние Рядом с цепочкой фотоприемников 11 располагается шкала 12 с делениями для визуального наблюдения и настройки. Перемещения поверхности )(изменение линейного размера) так :же выводятся в цифровом виде с по мощью счетчика 13. Предел измерений может быть расширен путем введения револьверной головки, как это обычно применяется в преобразователях, установленны на станках. Достоинством предлагаемого устройства является полное отсутствие движущихся частей и безынерционност что исключает возможность возникнов ния динамических составляющих погрешностей измерения и повышает точность измерения до 0,002-0,003 мм. При этом расширяются возможности пр ff6 менения устройства, так как измерения можно производить при значительно больших скоростях обработки деталей (40-50 мкм/с; и обеспечить точность обработки деталей по 6-7 квалитетам. Формула изобретения Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, например при плоском шлифовании, содержащее стойку, установленный на ней двойной микроскоп, включающий осветительный микроскоп с источником света и световой щелью, и NWKроскоп наблюдения с объективом, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности Измерения, оно снабжено линзовой телескопической системой Галлилея, состоящий; из собирательного ахроматического объектива и рассеивательной двояковогнутой линзы и закрепленной неподвижно в о :ветительном wiKpocKone между источником света и световой щельюi криволинейным зеркалом, установленным в микроскопе наблюдения на расстоянии от его объектива, равном половине фокусного расстояния этого объектива с возможностью регулировки положения вдоль и пёрпендик:улярно оптической оси микроскопа наблюдения, OoTonpwef HHKaNW, расположенны м в фокальной плоскости объектива f4iKpocKona наблюдения, оба микроскопа жестко закреплены на стойке, а в ка- честве источника света используют гелий-неоновый лазер. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Оптические приборы в машиностроении. Справочник под ред.Н.П.Заказнова. М., Машиностроение, 197 с.109-112( прототип).