Устройство для измерения углов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕ|ЛИЯ УГЛОВ, содёржашее оптически свяfliHHbie и последовательно расположенные эер, два зеркала, первое нз которых выполнено плоским и связывается с контролируемым объекте, и измерительный экран, отличающееся тем, . что, с целью повышения разрешающей спо собности и точности измерения оно снабжено диафрагмой, расположенной между лазером и первым зеркалом, а второе зеркало выполнено сфе1жческим и установлено перпендикулярно к отттической оси лазера на расстоянии от первого зеркала , определяемом соотношением ot R Sin2 А- , где ot. - расстояние между зеркалами; К - радиус сферического зеркала; N - число проходов лазерного пучка между зеркалами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК др G 01 В 11/26 а Гт

1г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .Ф.Ъ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3321439/25-28 (22) 20.07.81 (46) 30.04.83. Бкщ, М 16 (72) В, М, Афанасьев, В, А. Кондратов, К. И, Кремец, А. Е. Кущев и Б, А. Тимофеев (53 } 531.715,27 (088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

М 438769, кл, Q 01 В 19/56, 1974.

2. Патент США Ж 3708231, кл. 356-152, 02 01.71 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕ.НИЯ УГЛОВ, содержащее оптически свя внные и последовательно расположенные дезер, два зеркала, первое из которых

„„SU„„1015247 А выполнено плоским и связывается с кон1 ролируемым объектом, и измерительный экран, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения разрешаккдей cvo собности и точности измерения оно снаб-. жено диафрагмой, расположенной между лазером и первым зеркалом, а второе зеркало выполнено сферическим и установлено перпендикулярно к оптической оси лазера на расстоянии от первого зеркала, определяемом соотношением с1.= R Sin

° 2 где о(- расстояние между зеркалами, Р - радиус сферического зеркала;

Я вЂ” число проходов лазерного пучка д между зеркалами.

1015247

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическим измерителям малых углов, и может быть использовано дпя контроля перпендику лярности торцов трубок к внутреннему каналу.

Известно оптико-электронное угломерное устройство, содержащее лазер, оптический модулятор, отражатель светового потока, жестко связываемый с контроли1О руемым объектом, фотоприемник нелинейный усилитель и регистратрр: 1), Однако такое устройство не позволяет измерять непосредственно отклонения контролируемой поверхности от перпендикулярности к пучку лазерного излучения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сушности является устройство дпя измерения углов, содержащее оптически связанные и последовательно расположенные лазер, два зеркала, первое из. которых выполнено плоским и связывается с контролируемым объектом, и измерительный экран. Второе зеркало, как и первое, выполнено плоским f2).

К недостаткам известного устройства относятся невысокие точность и разрешающая спосо5ность измерения, выражакьщиеся sтом,,что с уменьшением измеря- ЗО емого угла расстояния между пучками лазерного излучения сокращаются и при угле, меньшем расходимости излучения лазера, они начинают накладываться один на другой и производить измерение ста- З5 новится невозможным.

Указанные недостатки больше всего проявляются при контроле перпендикулярности торцов трубок относительно внутреннего канала. B этом случае точность 4О определения расстояний между пятнами излучения невелика, а при неперпеидикуI лярности менее 4 пучки накладываются один на другой и измерение теряет объективность, 45

Пель изобретения - повышение разрешающей способности и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что-устройство для измерения углов, содержащее оптически связанные и последоватэпьно установленные лазер, два зеркала, первое иэ которых выполнено плоским и связывается с контролируемым объектом, и измерительный экран, снабжено диафрагмой, расположенной между лазером и первым зеркалом, а второе зеркало выполнено сферическим и установлено перпендикулярно к оптической оси лазера на расстоянии от первого зеркала, определяемом соотношением

4=Rs n

2я

/ где 4 - расстояние между зеркалами;

- радиус сферического зеркала

Я - число проходов лазерного пучка между зеркалами.

На фиг, 1 изображена принципиальная схема устройства дпя измерения углов, в частности для измерения неперпендикулярности торца рубки к внутреннему каналу; на фиг. 2 - измерительный экран.

Устройство содержит оптически связанные и последовательно расположенные лазер 1, диафрагму 2, первое плоское зеркало 3, второе зеркало 4, выполненное сферическим и установпенное перпендикулярно к оптической оси лазера на расстоянии L, от первого зеркала 3, и измерительный экран 5. Контролируемая трубка

6 связывается с первым плоским эерка» лом 3 и имеет внутренний канал 7 и торец 8.

Диафрагма 2 предназначена дпя исклю-, чения попадания в оптическую схему побочных пучков излучения лазера 1, повышения точности выставки сферического зеркала 4 и внутреннего канала 7 контролируемой трубки 6, Диаметр диафрагмы 2 несколько меньше диаметра пучка лазерного излучения, но больше диаметра внутреннего канала

7 контролируемой трубки 6. Для обеспечения указанного выше соотношения при больших диаметрах внутреннего канала 7 контролируемой трубки 6 может быть использован коллиматор (не показан).

Контролируемая трубка 6 выставлена таким образом, что ее внутренний канал

7 соосен с оптической осью лазера 1.

При сборке и настройке измерительного устройства юстировку оптических элементов производят следующим образом, Выставку сферического зеркала 4 перпендикулярно оптической оси лазера 1 осуществляют в два этапа. Сначала добиваются, чтобы отраженный от зеркала 4 пучок возвращался в диафрагму 2-., Окончательно зеркало 4 юстируют по интерфе» ренционной картине на измерительном экране 5, при этом контролируемая трубка и плоское зеркало 3 отсутствуют.

Расстояние между зеркалами 3 и 4 выбирают из соотношения

Jl

= P $1tl — r Ч где t — расстояние между зеркалами;

R — - радиус сферического зеркала;

247 ф луча через диафрагму 2, плоское зеркало 3, сферическое зеркало 4 на измерительный экран 5 и определении расстояния (фиг. 2) между крайними пятнами лазерного излучения на измерительном экране 5. Например, при выбранном l =R/2 на измерительном экране 5 наблюдается три пятна (фиг. 1), Расстояние между крайними пятнами несет информацию об отклонении от перпендикулярности торца

8 относительно внутреннего канала 7 и равно Х 2L + 2d,ãäå с(,- угол отклонения торца 8 контролируемой трубки 6 от перпендикулярности к внутреннему каналу 7.

Пятна на измерительном экране 5 имеют меньший диаметр по сравнению с прототипом. Это обусловлено тем, что сферическое зеркало 4 уменьшает расходимость . пучков, Кроме того, следование лазерного пучка по замкнутому пути уменьшает диа» метр наблюдаемых пятен и увеличивает их яркость. Уменьшение размеров пятен повышает трчность определения расстояния между ними и, соответственно, точность измерения.

В предлагаемом устройстве наблюдается ограниченное число пятен меньшего . диаметра и равной яркости, которые начинают накладываться при меньших измеря емых углах, что повышает разрешающую способность. Кроме того, даже при наложении пятен из за ограниченного их числа и одинаковой яркости картина имеет легко определяемые границы и позволяет судить о наличии измеряемого угла.

3 - 1015

Я - число проходов лазерного пучка между зеркалами.

Выбранное расстояние соответствует условию следования лазерного пучка по замкнутому пути. Например, для случая и =4 (фиг, 1) расстояние между зеркалами равно R/2.

Точная выставка требуемого расстояния, может быть проиэведена по наблюдению системы пятен на измерительном 10 экране 5. При етом изменяя расстояние между зеркалами 3 и 4, добиваются,чтобы на измерительном экране наблюдалось ри четкик пятна с максимальной яркостью, Постоянство расстояния I между l5 сферическим зеркалом 4 и плоским (контролируемым торцом 8) зеркалом 3 в про.цессе эксплуатации устройства может быть обеспечено узлом крепления контролируемой трубки 6. 20

Установка внутреннего канала 7 конт ролируемой трубки 6 соосно с пучком излучения лазера 1 может быть IlpoHBBeдена по наблюдаемой на измерительном экране 5 дифракционной картине. При со- 2s оспой установке дифракционная картина представляет собой центральное пятно, окруженное концентрическими кольцами.

Если первые 2-3 концентрических кольца имеют равномерную топщину и яркость по 3О всей окружности, то погрешность выставки внутреннего канала 7 диаметром 0,5.3 мм не превышает 0,3-0,5 .

Устройство работает следующим образом.

Процесс измерения неперпендикулярносЗэ ти торца 8 контролируемой трубки 6 к внутреннему каналу 7:заключается в установке на контролируемый торец 8 плоского зеркала 3, выполненного иэ плоско копараллельной пластины, пропускании г

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность.и разрешающую способность при измерении малых углов.

ВНИИПИ Заказ 3195/39 Тираж 602 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Уж город, ул. Проектная, 4