Фотоэлектрическое устройство для контроля прямолинейности Советский патент 1982 года по МПК G01B11/30 

1

изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для автоматического контроля прямолинейности направляющих станин станков, образующих валов, для контроля прямолинейности движения различных механизмов и т.д.

Известно устройство, основанное на сравнении контролируемой поверхности с исходной прямой, заданной ис-° точником света, содержащее лазер, оптическую систему, измерительную каретку, позиционно-чувствительный фотопреобразователь, блок обработки ин-,5 формации и регистратор 1.

Недостаток устройства - малая точность измерения из-за нестабильности положения в пространстве энергетической оси лазера, используемой 20 как исходная прямая, что обусловлено колебаниями углового положения оси лазера и флуктуациями коэффициента преломления воздушного тракта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемо му результату является фотоэлектрическое устройство для контроля прямолинейности, содержащее источник света, светорасщепитель, каретку, ус танавливаемую с возможностью перемещения на контролируемом объекте, два фотоприемника, размещенные в рас щепленных световых пучках, электрический фильтр и блок регистрации, первый фотоприемник закреплен на каретке, а второй установлен на фиксирЬванном расстоянии от источника света 2.

Однако устройство имеет невысокие точность измерения и производительность контроля, обусловленные значительной величиной составляющей погрешности измерения, возникающей изза клиновидности расщепителя (полупрозрачного зеркала). Учесть систематическую погрешность -в процессе измерения практически невозможно из39за влияния на клиновидность расщепителя его крепления, окружающей температуры и других факторов, а также из-за сложности определения положения клина расщепителя по отношению к выбранной плоскости измерения и ,п. Кроме того, для одновременного контроля прямолинейности при помощи известного устройства в двух взаимно Перпендикулярных направлениях расщепитель должен поворачиваться на 90f что снижает производительность измерений. Цель изобретения - повышение точНости и производительности контроля Эта цель достигается тем, что уст ройство снабжено генератором опорных напряжений, приводом, связанным со светорасщепителем, и генератором опо нык напряжений, кольцевым зеркалом, тырьмя фазовыми детекторами и вторым электрическим фильтром, идентичным первому, светорасщепитель размещен между источником света и кареткой, Кольцевое зеркало установлено на каретке под углом к оптической оси ; по ходу расщепленных пучков между Светорасщепителем и фотоприемниками выход каждого из которых подключен соответственно к.входам двух фазовых jqeTeKTOpoB, управляющие входы которых связаны с выходами генератора Ьпорных напряжений, а выходы через . Электрические фильтры подключены к Входам блока регистрации. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 разрез Л-А на фиг. 1. Устройство содержит источник 1 света, например лазер, формирующий узкий пучок лучей, светорасщепи гель 2 пучка лучей, установленный D полой оси 3, привод k вращения, гейератор 5 опорных напряжений, кольЦевое зеркало 6, позиционно-чувствительный фотоприемник 7, расположенный на движущейся вдоль луча каретке 8, второй позиционно-чувствительный фотоприемник 9, расположенйый на фиксированном расстоянии от источника 1 света, фазовые детеКторы 10-13, преобразователи 1 и 15, электрические фильтры 16 и 17, постоянная времени которых находится ъ функциональной зависимости от текущей дальности между источником 1 света и позиционно-чувствительным фо топриемником 7, и регистрирующий при 4 бор. 18Г (Элементы 10-17 образуют два идентичных канала X и У). Устройство работает следующим образом. Источник 1 света формирует узкий пучок лучей, направленный через светорасщепит.ель 2 в сторону каретки 8, перемещающейся по поверхности, непрямолинейность которой необходимо измерить. Светорасщепитель 2 делит пучок лучей ИСТОЧНИКИ 1 света на два пучка равной интенсивности и отклоняет их параллельно первоначальному направлению- на разные расстояния г и г (сечение А-А) вследствие его наклонного расположения. При подаче питающего напряжения на привод k вращения, например электродвигатель, светорасщепитель 2 и генератор 5 опорных напряжений начина,ют вращаться с частотой вращения электродвигателя, что приводит к вращению раздельных пучков лучей :ло окржуностям с радиусами г и г,2: и к появлению на выходах генератора 5 переменных напряжений, сдвинутых по фазе на У/2, частота которых равна частоте вращения светорасщепителя 2. Вращающиеся пучки лучей создают общую для них равносигнаяьную зону, являющуюся продолжением энергетической оси пучка лучей от источника 1 света, при этом величина клина светорасщепителя и ее изменения от различных факторов влияют только на углы расхождения вращающихся пучков лучей, но не изменяют направление равносигнальной зоны. , Равносигнальная зона вращающихся пучков лучей принимается за оптическую ось устройства. Кольцевое зеркало 6, центр которого совмещен с равносигнальной зоной, направляет пучок лучей, вращающийся по окружности радиуса г., , на позиционно-чувствительный фотоприемник 7, а пучок лучей, вращающийся по окружности радиуса Р , проходит без преЛомления через отверстие зеркала 6 и попадает на позиционно-чувствительный фотоприемник 9, установленный в конце контролируемой поверхности, что позволяет исключить возможность появления систематической составляющей погрешности результата измерения. 59 Если центры позиционно-чувствител ных фотоприемников 7 и 9 совмещены с равносигнальной зоной вращающихся пучков лучей, переменные составляющи сигнала на их выходах отсутствуют Если центры смещены относмтельно рав носигнальной зоны, то на выходе каждого позиционно-чувствительного фото приемчика 7 и Э появляются переменны составляющие сигнала с частотой вращения светорасщепителя 2, амплитуды которых пропорциональны смещениям вдоль направлений Х-Х и У-У, а фазы характеризуют направления смещений. Это позволяет использовать устрой ство для контроля прямолинейности одновременно в двух взаимно перпенди кулярных направлениях, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси, При перемещении каретки 8, вследствие флуктуации вращающихся лучей в ВОЗДУШНОМ тракте, угловых перемёщений источника 1 света, положение равносигнальной зоны изменяется отно сительно каретки 8 и на выходах фазо вых детектород 10 и 12 появляется си нал, характеризующий не только профиль контролируемой поверхности, но и перемещения равносигнальной зоны, Сигналы с фазовых детекторов 11. ji 13 характеризуют только перемещёни равносигнальной зоны, при этом в сигналах отсутствуют составляющие,, создающие систематическую составляющую погрешность измерения. , Сигналы с фазовых детекторов 10 и 11 канала X поступают в преобразователь k и фильтр 16, где умножаются на коэффициенты передач, складываются или вычитаются и подаются на вход X регистрирующего прибора 18 а с выхода канала У - на вход У регистрирующего устройства. Такая схема позволяет не только исключить погрешность результата измерения, возникающую из-за непостоянства положения источника света, и уменьшить дисперсию результата измерения, вызванную флуктуациями воздушного тракта, но и полностью исклю чить систематическую составляющую 6 погрешности измерения, возникаю1.;уп. из-за клиновидности расщепителя ,снизить требования на клиновидность при изготовлении расщепителя, а также позволяет проводить контроль прямолинейности одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях X и У, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства. Формула изобретения Фотоэлектрическое устройство для контроля прямолинейности, содержащее источник света, светорасщепитель, каретку, устанавливаемую с возможностью перемещения на контролируемом объекте, два фотоприемника, размещенные в расщепленных световых пучках, электрический фильтр и. блок регистрации, первый фотоприемник закреплен на KatieTKe, а второй установлен на фиксированном расстоянии от источника света, отличающееся гем, что, с целью повышения точности /t производительности контроля, оно снабжено генератором опорных, напряжений, приводом, связанным со светорасщепителем, и генератором опорных напряжений, кольцевым зеркалом, чет тырьмя фазовыми детекторами и вторым электрическим фильтром, идентичным первому, светорасщепитель размещен между источником света и кареткой, кольцевое зеркало установлено на каретке под углом к оптической оси по ходу расщепленных пучков между светорасщепителем и фотоприемниками, выход каждого из которых подключен соответственно к входам двух фазовых детекторов, управляющие входы которых связаны с выходами генераторе опорных напряжений, а выходы через электрические, фильтры подключены к ходам блока регистрации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 В 11/30)М973. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 В Т1/30, 1979 (прототип) . фм./ Ш