Устройство для измерения шага точных винтов Советский патент 1982 года по МПК G01B11/02 

(и) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ШАГА ТОЧНЫХ ВИНТОВ

Изобретение относится к контрольно измерительной технике (к метрологии) и предназначено для точного измерения шага прецезионных винтов и винтовых поверхностей в машино- и приборостроении. Известно устройство для контроля шага ходовых винтов, построенное по принципу сравнения контролируемого и образцового винтов. В этом устройстве ось образцового винта устанавливается строго параллельно оси контролируемого винта. Одновременное вращение обоих винтов синхронизируется с помощью тонких стальных лент. Разность перемещения обеих гаек (контролируемого и образцового виНтов), обусловленная ошибками шага контролируемого винта, регистрируется измерительным устройством tl Однако известное устройство характеризуется низкой точностью контроля шага ВИ.НТОВ, необходимостью наличия образцового винта, кроме того, на точность контроля оказывает влияние точность установ ки винтов друг относительно друга. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения шага точных винтов, содержащее станину с узлом для установки винта, каретку со щупом, подвижную в направлении, параллельном оси винта, интерферометр, включающий последовательно расположен,ные источник света, коллиматор и светоделитель, делящий световой поток на две ветви, отражатель, расположенный в одной из ветвей и жестко связанный с кареткой,, и отражатель, установленный в другой из ветвей и связываемый с винтом, датчик узла поворота винта, узел обработки и регистрации информации 2. Недостатком устройства является наличие длинной цепи преобразования измерительной информации (оптической в электрическую, преобразование электрической в каналах обработки), что является причиной возникновения труд но учитываемых погрешностей, и ведет к снижению точности и надежности результата измерения. Недостатком устройства является также сложность кон струкции. Целью изобретения является повышение точности измерения. Эта цель достигается тем,что устройство снабжено расположенным между источником света и светоделителем интерферометра эталоном Фабри-Перо, длина Т .которого выбирается из условия,5otto , где d. - произвольный угол (в радианах ) дискретности измерения шага винта; tQ- номинальное (теоретическое) значение шага контролируемо : го винта, а отражатель, связываемый с винтом, расположен так, что его плоскость от ражения параллельна оси винта. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для измерения ш гп точных винтов; на фиг. 2 - вид поля зрения интерферометра. Устройство содержит источник 1 бе лого света, коллиматор 2, эталон 3 Фабри-Перо, светоделитель 4, каретку 5, отражатели 6 и 7, окуляр 8, наблю датель 9, щуп 10, направляющие 11 ка ретки 5, датчик угла поворота винта и узел обработки и регистрации информации (не показаны). Интерферометр включает последовательно расположенные источник 1 белого света, коллиматор 2 и светоделитель , делящий световой поток на две ветви, отражатель 7, расположенный в одной из ветвей и жестко связанный с кареткой 5, и отражатель 6, установленный в другой из ветвей и связываемый с контролируемым винтом 12. Источник 1 белого света с колли.матором 2, эталон 3 Фабри-Перо, светоделитель и окуляр 8 закреплены на станине с узлом для установки вин та (не показаны), на которой собрано все устройство и которой принадлежат направляющие 11. Эталон 3 ФабриПеро установлен между коллиматором 2 и светоделителем k. Отражатель 6, например в виде зеркального многогра ника, закреплен на контролируемом 9 винте 12 так, что плоскости отражения этого многогранника параллельны оси винта 12 отражатель 7, укрепленный на каретке 5, представляет собой , например угольковый отражатель (катофот). Щуп 10 каретки 5 входит в механический контакт с рабочим профилем контролируемого винта 12. Наблюдатель 9 в поле зрения окуляра 8 видит интерференционную картину, представленную на фиг. 2. Устройство работает следующим образом. Свет от источника 1 белого света проходит через эталон 3 Фабри-Перо и попадает на светоделитель k интерферометра, предназначенного для измерения степени согласованности поворота винта 12 и перемещения каретки 5. Длина (размер) Т эталона ФабриПеро рассчитывается из условия ,5dto, ( произвольный угол (в радигдеанах) дискретности измерения шага винта; номинальное (теоретическое) значение шага контролируемого винта После отражения от отражателей 6 и 7 свет, пройдя светоделитель 4, попадает в окуляр 8, в поле зрения которого можно наблюдать интерференционную картину белого света. DJyn 10 каретки 5 взаимодействует с рабочим профилем винта 12 так, что при вращении винта 12 каретка 5 увлекается щупом 10 и перемещается по направляющим 11 параллельно оси винта. Перед началом измерений интерферометр должен быть отъюстирован так, чтобы в поле зрения окуляра 8 интерференционная черная (ахроматическая) полоса установилась на нулевой отметке. Затем наблюдатель 9 должен записать значение шага интерференционных полос. При вращении винта 12 вместе с ним начнет поворачиваться отражатель 6. Вместе с тем рабочая поверхность винта 12 надавит на щуп 10, что приведет а поступательное движение каретку 5 с отражателем 7. В поле зрения (фиг. 2) интерференционная картина исчезнет, так как смещение отражателей 6 и 7 нарушает равенство плеч интерферометра. Интенференционная картина появится в поле зрения окуляра 8 лишь тогда, когда, повернувшись на угол oL, плоскость отражателя 6 вновь займет свое первоначальное по ложение, перпендикулярное к лучу, а отражатель 7, связанный с кареткой 5, пройдет путь, кратный удвоен ному целому числу длин эталона 3 Фа ри-Перо. Винт 12 необходимо врасцать до того момента, когда шаг интерференционных полос окажется таким же, каким он был в первоначальном полож НИИ звеньев. В идеальном случае, когда контролируемый винт 12 не содержит погрешности, действительный t и номинальный t шаги винта равны (t t) и условие видности полос описывается равенством .L,.,5dto, где LQ - перемещение каретки 5. Удлинение или укооочение плеча интерферометра в результате переме1чения каретки 5 с отражателем 7 будет пол ностьЙ скомпенсировано двойной длиной Т эталона 3 Фабри-Перо, если ,(3) где N - порядок интерференции этало на 3 Фабри-Перо (, ±2, ±3,...). В случае, когда контролируемый винт 12 содержит погрешность шага сУ номинальный шаг t связан с фактическим шагом t зависимостью oft. В этом случае перемещение Ь ка,ретки 5 при повороте винта k на тот же самый угол ot составит (по аналогии с (.2 ). ,5(сГ-)о1. (5) Теперь сокращение или удлинение плеча интерферометра не скомпенсиру ется полностью эталоном 3 Фабри-Пер возникнет нескомпенсированная часть д, равная д Ц-1-оПодставляя сюда вместо 10И L их значения из (2) и (5), получают д 0,5oL(to+c)-0,,5do. (-(} Обозначив ,и подставив значение С в 7 Г можно получить ,(S) тогда действительный (фактический) искомый шаг контролируемого винта с учетом (4) t to+Cu . Значения д отсчитываются по шкале интерферометра, видной в поле зрения окуляра (фиг. 2) Многократно поворачивая винт 12 на дискретные углыо(, можно получить множество значений д, характеризующих отклонение шага контролируемого винта в зависимости от углао1. Множество значений и в полной мере иоднозначно характеризует отклонение шага винта от номинального. Для контроля винта с другим шагом необходимо сменить эталон 3 Фабри-Перо согласно условию ( 1 ). Описываемое устройство имеет высокую точность измерения и отличается простотой конструкции, не требует значительных затрат на изготовление, так как может быть собрано из простых, дешевых и доступных элементов и узлов (прямоугольная призма, плоское зеркало, зеркальный многогранник, типовой интерферометр Майкельсона, эталон Фабри-Перои т.п.) Формула изобретения Устройство для измерения шага точных винтов, содержащее станину с узлом для установки винта, каретку со щупом, подвижную в направлении, параллельном оси винта, интерферометр, включающий последовательно располо-о женные источник света, коллиматор и светоделитель, делящий световой поток на две ветви, отражатель, расположенный в одной из ветвей и жестко связанный с кареткой, и отражатель, установленный в другой из ветвей и связываемый с винтом, датчик угла поворота винта, узел обработки и регистрации информации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено расположенным между источником света и светоделителем интерферометра эталоном Фабри-Перо, длина Т которого выбирается из условия bO.SoLto, где d. - произвольный угол дискретности измерения шага винта, рад.; tg- номинальное (теоретическое) значение шага контролируемого винта, а отражатель, связываемый с винтом, расположен так, что его плоскость отражения .параллельна оси винта.

953 528

Источники информации,2. РЖ Метрология и измерительпринятые во внимание при экспертизенал техника № 7 1975 Реф 7 32

я

Фиг.1