Способ измерения угла отклонения от перпендикулярности торца трубки к оси ее внутреннего канала

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ПЕРПЕПдаКУЛЯРНОСТП ТОРЦА ТРУБЮ1 К ОСИ ЕЕ ВНУТРЕННЕГО КАНАЛА, заключагсицийся в том, что используют лазер и два отражателя, один из которых - плоское зеркало, юстируют трубку и отражатель по лучу лазера до получения симметричной дифракционной картшп.), прижимают плоское зеркало к контролируемому торцу и определяют угол, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, используют в качестве другого отражателя также плоское зеркало, после юстировки трубки размещают плос1сие зеркала на расстоянии от каждого из торцов трубки соответственно, юстируют их до получения симметричных дифракционных картин, юстируют их по максимуму мощности сигнала, многократно повторяют юстировку зеркал и трубки до получения предельной величины максимальной мощности сигнала , поочередно разъюстируют зеркала Q и снимают характеристики зависимости (Л сигнала от угла разъюстировки зеркал, прижимают соответственно зеркало к контролируемому торцу, а угол определяют по величине уменьше-. НИЛ сигнала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

И9) au

3щ G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3553235/18-28 (22) 09.02.83 (46) 23.04.84. Бюл. М - 15 (72) Д.П.Бельский, В.В.Кюн, А.В.Симонов и Б.С.Чуляев (53) 531 715.2 (088.8) (56) I. Патент США - 3708231, кл. 356-152,1971. °

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3321439/28; кл. С 01 В II/26, 1981 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗИЕРЕ11ИЯ УГЛА

ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ПЕРПЕ11ДИКУЛЯРНОСТИ ТОРЦА ТРУБИ! К ОСИ ЕЕ ВНУТРЕННЕГО

КАНАЛА, заключающийся в том, что используют лазер и два отражателя, один из которых — плоское зеркало, юстируют трубку и отражатель по лучу лазера до получения симметричной дифракционной картины, прижимают плоское зеркало к контролируемому торцу и определяют угол, о т л и— ,ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, используют в качестве другого отражателя также плоское зеркало, после е юстировки трубки размещают плоские зеркала на расстоянии от каждого из торцов трубки соответственно, юстируют их до получения симметричных дифракционных картин, юстируют их по максимуму мощности сигнала, многократно повторяют:эстировку зеркал и трубки до получения предельной величины максимальной мощности сигнала, поочередно разъюстируют зеркала и снимают характеристики зависимости @ сигнала от угла разъюстировки зеркал, прижимают соответственно зеркало к контролируемому торцу, а искомый угол определяют по величине уменьше-. ния сигнала.

1087772

Е К эмап

2Я

40 где Z — расстояние между зеркалами;.

R " "радиус кривизны сферического зеркала;

11 — число проходов луча между 45 зеркалами.

Расстояние между крайними пятнами несет информацию об отклонении от перпендикулярности торца относительно внутреннего канала и равно 50 х 2Ztgi2(6 гдето- угол отклонения торца от перпендикулярности относительно канала (2)

Недостатком способа является невы-55 сокая точность измерения обусловленная значительной погрешностью выставления трубки сососно и сферического

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройств и методов контроля угла отклонения от перпен-дикулярности торца трубки к оси ее внутреннего канала, например, торцов лазерных трубок относительно оси ее разрядного канала.

Известен способ измерения угла, заключающийся в выставленж перпендикулярно к лучу лазера первого плос кого зеркала, второго зеркала, связанноГо с контролируемым объектом, направлении излучения, отраженного от второго зеркала и частично прошедшего 15 через первое зеркало на,систему фотоприемников fl) !

Йедостатком способа является невысокая точность измерения.

Наиболее близким к изобретению по 2б технической сущности является способ измерения угла отклонения от перпендикулярности торца трубки к оси ее внутреннего канала, заключающийся в том, что используют лазер и 25 два отражателя, один из которых— плоское зеркало, юстируют трубку и отражатель по лучу лазера до получения симметричной дифракционной картины, прижимают плоское зеркало к ЗО контролируемому торцу и определяют искомый угол. В качестве второго отражателя используют сферическое зеркало.

Искомый угол определяют по рас35 стоянию между крайними пятнами лазерного излучения на экране. Причем расстояние между зеркалами определяется соотношением зеркала нормально относительно излучения лазера.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения угла отклонения от перпендикулярности торца трубки к оси ее вну1реннего канала, заключающемуся в гом, что используют лазер и два отражателя, один из которых — плоское зеркало, юстируют трубку и отражатель по д. лучу лазера до получения симметричной дифракционной картины, прижимают плоское зеркало к контролируемому торцу и определяют искомый угол, используют в качестве другого отражателя также плоское зеркало, после юстировки трубки размещают плоские зеркала на расстоянии от каждого кз торцов трубки соответственно, юстируют их до получения симметричных дифракционных картин, юстируют их по максимуму мощности сигнала, многократно повторяют юстировку зеркал и трубки до получения предельной величины максимальной мощности сигнала, поочеРедно разъюстируют зеркала и снимают характеристики зависимости сигнала от угла раэъюстировки зеркал, прижимают соответственно зеркало к контролируемому торцу, а искомый угол определяют по величине уменьЪ шения сигнала.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства, реализующего способ измерения угла отклонения от перпендикулярности торца трубки к осн ее внутреннего канала.

Устройство содержит лазер 1 с перестраиваемой частотой генерации, оптическую систему, состоящую из полироида 2 и четвертьволновой пластины 3, полупрозрачные зеркала 4 - 8, установленные под углом 45 к лазерному пучку, диафрагму 9, фотоприемник 10, подключенный к блоку II регистрации, плоские зеркала 12 и 13 с высоким коэффициентом отражения (-98X), юстировочные головки 14 и 15, автоколлиматоры 16 и !7 (типа

АКТ"1000), четырехсекторные фотодиоды 18 и 19 (типа ФД-20 КП), соединенные через дифференциальные усилители 20 и 21 с индикаторами 22 и 23, линзы 24 и 25, оптически связанные с экранами 26 и 27 наблюдения, зеркало 28 с высоким коэффициентом отражения и индикаторы 29 и 30.

Способ осуществляется следующим образом.

3 1087

Юстируют разрядную трубку 31 по лучу лазера 1 до получения симмет-, ричной дифракционной картины на экране 27. На пути луча на небольшом расстоянии (1-3 мм) от торца трубки 31 устанавливают зеркало 13 и юстируют его таким образом, чтобы отраженное от него излучение было направлено в центр диафрагмы 9, а на экране 26 наблюдалась дифракцион- 10 ная картина в виде концентричных колец. Затем на пути луча устанавливают плоское зеркало 12 и„юстируют его до получения симметричной диф ракционной картины на экране 26. IS

Подъюстируют более точно зеркала 12 и 13 по сигналу, выделяемому фотоприемником. 10 и контролируемому блоком 11 регистрации. Юстировку зеркал 12 и.13 прекращают в момент полу-. ро чения максимальной амплитуды сигнала, соответствующей максимальному прохождению интенсивности излучения через резонатор, образованный зеркалами 12 и 13. Подъюстируют более р точно трубку 31, добиваясь увеличе ния амплитуды сигнала. Затем снова подъюстируют зеркала 12 и 13 с целью дополнительного увеличения амплитуды сигнала. После этого подъюстируют трубку 31, добиваясь еще большего увеличения максимума ампдитуды сигнала. Поочередную подъюстировку трубки 31 и зеркал 12 и 13 за-. канчивают в момент, когда после очередного цикла юстировки ранее за35 фиксированная максимальная амплитуда сигнала не возрастает. После выполнения юстировки фиксируют начальное пространственное положение зер40 кала 13, например, с помощью авто" коллиматора 17, и юстировочной головкой 15 разъюстируют зеркало 13 s горизонтальной или вертикальной плоскости, снимая при этом градуированную зависимость изменения ампли45 туды сигнала от угла наклона зеркала 13. Угол наклона зеркала 13 измеряют автоколлиматором 17, шкалу которого устанавливают в плоскости разъюстировки. Затем зеркало 13 снимают с юстировочной головки 15 прижимают к соответствующему торцу трубки 31 и регистрируют амплитуду сигнала с помощью градуировочной зависимости определяют угол наклона торца в любой произвольной плоскости, так как для разрядного канала с поперечным сечением в виде круга и плос772 4 ких (либо сферичесиких) вследствие круговой симметрии, изменение потерь нри разъюстировке одного из зеркал .не зависит от направления разъюстировки. После этого зеркало 13 устанавливают в юстировочную головку 15 и возвращают в первоначальное съюстированное положение до получения максимума сигнала. Аналогичным образом измеряют угол наклона поверхности второго торца трубки 31 со стороны зеркала 12. Вместо автоколлнматора 17 для определения угла наклона зеркал 12 и 13 при снятии градунровочной зависимости могут быть использованы контактные механические угломерные устройства, выполненные например, на основе индикаторов 29 и 30 смещения часового типа.

Для определения пространственных координат угла наклона поверхности тор ца относительно оси разрядного канала излучение, отраженное от зеркал 12 и 13, направляют с помощВю зеркал 5,6,28 и 8 на четырехсекторные фотодиоды 18 и 19, подключенные через дифференциальные усилители 20 и 21 к индикаторам 22 н 23. Определение координат осушествляют по изменению показаний индикаторов 22 и 23, регистрирующих смещения пучков в съюс. тированном положении зеркал 12 и 13 и и после их прижатиг к торцам трубки 31. При измерении координат автоколиматоры 16 и 17 после снятия градуировочных характеристик смещают относительно осн пучков.

Первый этап выставления разрядного канала трубки 31 соосно с лазерным пучком по дифракционной картине распределения интенсивности дает по-. грешность выставления не менее 30", что приводит к аналогичной погрешности измерения угла. С более высокой точностью определить картины практически невозможно. После цикла многократной поочередной подъюстировки трубки 31 и зеркал 12,13 по максимуму интенсивности на выходе резонатора до получения предельной величины амплитуды максимума сигнала погрешность в соосности выставления разрядного канала уменьшается до

2-3". Это обусловлено высокой чувствительностью добротности резонатора . .к величине дифракционных потерь, вносимых эффективным диаметром разрядного канала. После выставления раз рядного канала по дифракционной кар1087772 тине и первого цикла юстировки зеркал методом максимизации коэффициента пропускания резонатора зеркала выставляются параллельно, но по отношению к лазерному пучку под углом, отли- 5 чающимся от нормального, из-за несо-. осности трубки и лазерного пучка.

Наличие несоосности, приводящее к ограничению пучка и увелйчению дифрак. ционных потерь в резонаторе, приводит к тому, что регистрируемая в съюстированном положении максимальная амплитуда сигнала не будет абсолютно максимальной по величине.

Подъюстировка трубки по сигналу при сохранении ранее съюстированного положения зеркал уменьшает дифракционные потери на обрезание пучка из-за улучшения соосности трубки с лазерным пучком (увеличивается эффективный 20 диаметр трубки) и увеличивает амплитуду максимума сигнала. Это достигается тем, что диаметр используемого лазерного пучка, идущего от лазера, выбирается несколько больше диа"..2 метра разрядного канала трубки. Диаметр лазерного пучка задается выбором конфигурации резонатора лазера 1, диаметром диафрагмы 9 и расстоянием до контролируемой трубки 31. Зо

После цикла подьюстировки трубки 31 зеркал 12 и 13 по сигналу уменьшается величина несоосности выставления разрядного канала и повышается точность нормального выставления зеркал по отношению к опорному пучку вспомогательного лазера. Это увеличивает точность измерения угла наклона поверхности торца трубки относительно оси разрядного канала

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения малых углов, например, перпендику-. лярности торцов лазерной трубки относительно оси разрядного канала.

Применение способа позволяет осуществлять измерение угла наклона торцов несущей капиллярной трубки относительно оси разрядного канала при изготовлении излучателя двухчастотного лазера. При сборке излучателя зеркала принимают непосредственно к торцам трубки. 10стировка зеркал не производится и обеспечивается только эа счет точности изготовления торцов относительно оси разрядного канала, чем достигается высокая стабильность и надежность работы излучателя. Погрешность неперпендикулярности торцов относительно оси разрядного канала не должна превышать 2-3". С помощью предлагаемого способа выполняется контроль угла в процессе шлифовки и доводки наклона торцов до требуемой величины.

ИНИИПВ Заказ 2639/34 Тирак 587 Подписное

Филмаа Шй "Йатеит", г.Ужгород, уа.Проектная, 4

I fill

l087772