Оптическая линейка для измерения непрямолинейности и неплоскостности поверхности

 

СОЮЗ СООЕТСНИХ

INI H

РЕСПУБЛИК

Э(5& 01 В 11 24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

nO WM eaOSmTEH é И ОТ БЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3406430/25-28 (22) 03.03.82 (46) 07.08.83. Бюл . и 29 (72) В.А. Сойту, Ю.И. Стогов, G.С . Скворцов, С .Д. Голод и В .А . Боровков (53) 531.715.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 148912, кл. С 01 В 11/24, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

N 946334, кл. 5 01 В 11/24, 1976 (прототип) . (54)(57) ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНЕЙКА ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ НЕПРЯИОЛИНЕЙНОСТИ И НЕПЛОСКО: СТНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ, содержащая два концевых уголковых отражателя, под- . вижную каретку, расположенную между концевыми уголковыми отражателями и устанавливаемую на койтролируемой . поверхности, оптический блок, распо.,Я0„„10 1 А ложенный на подвижной каретке и вы-. полненный в виде отражателей, ориен" тированных противоположно один другому, афокальную систему, расположенную над оптическим блоком и выполненную в виде телеобъективов, установленных так, что их главные плоскости.находятся в зоне измерения, задающий блок с маркой, расположенный под первым концевым уголковым отражателем, и приемный блок с входным зрачком, о тл и ч a e щ а я с я тем, что, с це" лью повыжения точности измерения, . она снабжена уголковым отражателем, расположенным под вторым концевым уголковым отражателем так, что их отражающие грани параллельны, а при" емный блок установлен над задающим блоком так, что марка задающего блока и входной зрачок приемного блока

pàñïîëîæåíí s одной вертикальной плоскости

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптичес" ким устройствам для измерения непря" молинейностй йнеплоскостности поверхностей.

Известна оптическая линейка для измерения непрямолинейности и неплос" кости поверхности, содержащая два концевых уголковых отражателя, под« вижную каретку, размещенную между концевыми отражателями и.устанавливаемую на контролируемой поверхности, оптический блок, установленный на каретке, афокальную систему, задающий блок с маркой и приемный блок с входным зрачком 1 J.

Недостатками оптической линейки являются невысокая точность измере" ния и большое измерительное давление на контролируемую поверхность. Это. обусловлено размещением приемного и задающего блоков на подвижной каретке, низкой чувствительностью опти» ческой системы в измерительном на" правлении и значительной чувствительностью оптической системы к наклонам подвитой каретки.

Наиболее близкой,к изобретению по технической сущности является оптическая линейка для измерения непрямалинейности и неплоскостности по.верхности, содержащая два концевых уголковых отражателя, подвижную ка" ретку, расположенную между концевыми уголковыми отражателями и устанавли. ваемую на контролируемой поверхности, оптический блок, расположенный на подвижной каретке и выполненный в виде отражателей, ориентированных nðîтивоположно один другому, афокальную систему, расположенную над оптическим блоком и- выполненную в виде телеобъективов, установленных так, что их главные плоскости находятся в зоне измерения, задающий блок с маркой, расположенный под первым концевым уголковым отражателем, и приемный блок с входным зрачком. В оптической линейке приемный блок установлен у второго концевого уголкового отражателя Г2 ..

Недостатком известной . оптической линейки является недостаточно высо" кая точность измерения непрямолинейности и неплоскостности поверхности, которая обусловлена высокой чувстви" тельностью оптической системы в на" правлении, перпендикулярном измери.тельному, которая вызывает эначитель-i

033861 2 ное смещение изображения мафки; двоекием марки в измерительном направле нии, которое приводит к нечеткому ее изображению, а следовательно, и к шумам фотоэлектронной схемы приемного блока; изменением величины светового потока при перемещении оптического блока и большими, потерями светового потока, что вызвано нали10

15 чием светоделительного покрытия между склейками на катетной грани концевых уголковых отражателей; недос- . таточно высокой чувствительностью оптической системы в измерительном направлении; расположением приемного и задающего блоков на большом рас-.. стоянии друг от друга, что повышает чувствительность оптической линейки к вибрациям, Целью изобретения является повышеwe точности измерения непрямолинейности и неплоскостности поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что оптическая линейка для измерения непрямолинейности и неплоскостности поверхности, содержащая два концевых уголковых отражателя, подвижную каретку, расположенную между концевыми уголковыми отражателями и устаиавливаемую на контролируемой поверхности, оптический блок, расположенный на подвижной каретке и выполненный в виде .отражателей, ориентированных противоположно один другому, афокаль-, ную систему, Расположенную над апти" ческим блоком и выполненную в виде те" леобьективов, установленных так, что их главные плоскости находятся в зоне измерения, задающий блок с маркой, 40 расположенный под первым концевым уголковым отражателем, и приемный блок с входным зрачком, снабжена уголковым отражателем, расположенным . под вторым концевым уголковым отражателем TBK что их отражающие гРани параллельны, а приемный блок установлен над задающим блоком так, . что марка задающего блока и.входной зрачок приемного блока расположены в

: одной вертикальной плоскости, На чертеже изображена .принци" пиальная оптическая схема оптической линейки для измерения непрямолинейности и неплоскостности поверхности.

Оптическая линейка содержит задающий блок 1 с маркой 2, приемный блок 3 с входным зрачком 4, концевые уголковые отражатели 5 и 6, подвижную каретку 7, устанавливаемую

1033

3 на контролируемой поверхности 8 и размещенную между первым и вторым уголковыми концевыми отражателями 5 и 6, оптический блок, установленный на каретке 7 и выполненный.в виде отражателей 9 и 10, например прямоугольных призм с крышей БкР-180о, ориентированных противоположно один другому, афокальную систему, расположенную над оптическим блоком и ð выполненную в виде телеобъективов 1Т и 12, главные плоскости Н „. и Н > которых вынесены. в зону измерейия, и уголковый отражатель 13 с двумя отражающими гранями а и в, установленный- под вторым концевым уголковым отражателем 6, и ребро которого при рабочем угле 90© параллельно контролируемой поверхности 8. Задающий и приемный блоки 1 и 3 соответственно расположены у nepsoro концевого уголicosoro отражателя 5, а марка 2 задающего блока 1 и входной зрачок 4 приемного блока 3 расположены в одной вертикальной плоскости P.

Телеобъективы 11 и 12 афокальной системы могут быть размещены на одной оси или представлять собой два отдельных блока совместно с соответствующим уголковым отражателем (не по30 казано) . Во втором варианте исполнения - размещение оптических элементов телеобъективов следующее: положительный компонент -. перед входной (нижней) гранью концевого уголкового отражателя 9 (или 10), а отрицательный - за выходной (верхней) гранью того же отражателя.

Выполнение схемы по второму варианту позволяет создать бескорпусную оптическую линейку, однако в этом случае возникают существенные затруднения в установке и согласовании двух раздельных блоков линейки.

Кроме .того, возможны различные варианты выполнения отражателей. Так, например, вместо призм БкР-180 (по" зиции 9 и 10) HowHQ использовать призмы БР-180, но тогда один из концевых уголковых отражателей 5 или

6 должен быть выполнен в виде призмы

БкР-180 . В этом случае пучок света взаимодействует с ребром крыши призмы БкР-180 о только два раза вместо четырех, что является более предпочтительным. Однако требования к направляющим каретки 7 при таком варианте выполнения отражателей значительно повышаются, так как при по861 4 вороте каретки вокруг оси, перпендикулярной контролируемой поверхнос ти 8, пучок света отклоняется на двойной угол поворота и, следователь" но, на телеобъективы 11 и 12 он па. дает под углом и линейно смещенный,, что, в свою очередь, может вызвать

,случайную погрешность измерения.

Оптическая линейка работает сле дующим образом.

Пучок света от осветителя - задающего блока 1 освещает марку 2, а затем . падает на нижнюн грань отражателя 9 оптического блока,- установленно. го на каратке 7. Претерпев отражениев отражателе 9, пучок света направляется смещенным в строго обратном направлении на нижнюю грань концевого уголкового отражателя 5. Претерпев два отражения в концевом отражателе 5, пучок света направляется смещенным в обратном направлении в афо.кальную систему. Пройдя последова-.. тельно телеобъективы 11 и 12 афокаль. ной системы, пучок света падает на верхнюю грань концевого yronicoeoro отражателя б. Претерпев два отраже" ния в концевом уголковом отражателе

6, пучок света направляется смещен"

HblN в обратном направлении на верх" нюю грань отражателя 10 с крышей оптического блока. Претерпеа отражение в отражателе 10, пучок света направляется смещенным в строго обратном направлении на верхнюю грань а уголкового отражателя 13 и, отра-зившись от грани а, строит резкое изображение марки 2 в плоскости Q.

Далее пучок света отражается от второй (нижней) грани В уголкового отражателя 13 и направляется. смещен-ным в обратном направлении, взаимо": действуя при этом в обратной последо,вательности c:oòðàæàòåëåì 10, вторым концевым уголковым отражателем 6 телеобъективами 12 и 11 первым уголковым отражателем 5 и отражателем 9.

Выйдя из отражателя 9 оптического блока, пучок света строит на входном зрачке 4, расположенном в плоскости

Р приемного блока 3,,резкое изображе- ние марки 2.

При измерении отклонения от прямо. линейности или от плоскости поверхности оптический блок на каретке 7 перемещается по контролируемой поверхности 8, непрямолинейность про филя которой вызывает смещение блока перпендикулярно оптической оси

Ф :1О системы, Такое смещение вызывает в .свою, очередь восьмикратное смещение изобретения марки 2 во входном зрачке Ф приемного блока 3, регистрируется им, а затем выдается оператору в удобном для него виде и масштабе, Изобретение позволяет создать на его базе оптическую автоматическую линейку для измерения непрямолинейности и неплоскостности поверхностей с погрешност з менее 0,25 мкм на

1 и контролируемой трассы.

Более высокая точность измерения непрямолинейности и неплоскостности поверхностей предлагаемым устройством достигается благодаря: отсутствию двоения изображения марки в измерительном направлении, в связи с чем значительно повышается качество изображения марки, что приводит к существенному снижению шумов фотоэлектронной системы приемного блока; отсутствию чувствительности оптической системы к смещению оптического блока в направлении, перпендику-, лярном измерительному, в связи с чем полностью исключается составляю33861 Ь щая погрешности, вызванная непрямолинейностью направляющих каретки; отсутствию изменения величины светового потока при перемещении оптического блока по контролируемой поверхности; небольшому измерительному усилию, что позволяет производить измерения не только жестких, но и легкодеформируемых поверхностей, и

10 повысить точность измерений за счет значительного снижения контактных деформаций; высокой (восьмикратной) чувствительности оптической системы в изме15 рительном направлении, что позволяет добиться высокого масштаба увеличения беэ усложнения оптической и фотоэлектрической схем, а следовательно, повысить точность измерений;

20 неподвижному расположению приемного и задающего блоков, в связи с чем значительно уменьшается влияние вибраций, вызванных перемещением блоков .. в процессе измерения;

25 отсутствию погрешности измерения, вызванной наклонами каретки с оптическим блоком в процессе ее перемещения по контролируемой поверхности.

Составитель Л. Лобэова

° °

Ре актор Н. Бобкова Тех е р Неце Корректор@. Тяско

Заказ 5 0 / 3 Тираж 02 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, N-35 Раушская наб

Филиал ППП "Патент",