Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ по авт.св. 934214, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерения , оно снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью осветительного микроскопа с возможностью наклона в пределах 40-50® относительно оси линзовой телв скопической системы Галилея, системой из двух зеркал полного отражения. установленных с возможностью наклона в пределах 40-50 относительно оси , линзовой телескопической системы и размещения первого зеркала так, что его отражающую поверхность пересекает перпендикуляр к оси телескопической системы, проведенный через точку ее пересечения с поверхностью полупрозрачного зеркала, а второго зеркала так, что его отражающую поверхность пересекает линия, проведенная парал;пельно оси телескопической системы через точку пересечения упомянутого перпендикуляра с перньм . зеркалом втор.ым. микроскопом наблюо S дения, 1Идентйчню1 первому и установлейншГ еркально симметрично ему (Л по другую сторону осветительного с микроскопа, двумя счетчиками импульсов , входы которых связаны соответственно с фотоприемниками первого и второго микроскопов наблюдения, и сумматором, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика имсо ел пульсов, а второй вход - через инвертор с выходом второго счетчика импульсов. о : ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

0% О1) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪ9 (61) 934214 (21) 3508596/18-28 (22) 05. 11. 82 (46) 30.05.84.Бюл. Р 20 (72) В. В.Алексеенко, Б.С.Давыдов, P.È.Åíãàëû÷åâ, Н.А.Бурганов и В.Г.Ca" рамбаев (71) Завод-ВТУЗ при Московском трижды ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного

Знамени автомобильном заводе им. И.А.Лихачева (53) 531.715.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 934214, кл. G 01 В 11/02 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ по авт.св. Р 9342 14, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности н производительности измерения, оно снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью осветительного микроскопа с возможностью наклона в пределах

40-50д относительно оси линзовой теле скопической системы Галилея, системой из двух зеркал полного отражения.

Д1д) С 01 В 11/02 установленных с возможностью наклона в пределах 40»50 ) относительно оси линзовой телескопической системы и размещения первого зеркала так, что его отражающую поверхность пересекает перпендикуляр к оси телескопической системы, проведенный через точку ее пересечения с поверхностью полупрозрачного зеркала, а второго зеркала так, что- его отражающую поверхность пересекает линия, проведенная паралпельно оси телескопической системы через точку пересечения упомянутого перпендикуляра с первым . зеркалом вторым, микроскопом наблюдения, идентичнйм! первому и устаI новленным зеркально симметрично ему по другую сторону осветительного микроскопа, двумя счетчиками импульсов, входы которых связаны соответственно с Фотоприемниками первого и второго микроскопов наблюдения, и сумматором, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика импульсов, а второй вход - через инвертор с выходом второго счетчика импульсов.

1095035

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению линейных размеров деталей оптическим бесконтактным методом.

По основному авт.св. Ф 934214 известно устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, например, при плоском шлифовании, содержащее стойку, установленный.на ней двойной микроскоп, включающий осветительный микроскоп с источником света и световой щелью н микроскоп наблюдения с объективом, линзовую телескопическую систему Галилея, состоящую из собирательного ахроматического объек- 15 тива и рассеивательной двояковогнутой линзы и закрепленную неподвижно в осветительном микроскопе между источником света и световой. щелью,криволи- . нейное зеркало, установленное в микроскопе наблюдения на расстоянии от его объектива, равном половине фокусного расстояния этого объектива, с возможностью регулировки положения вдоль и перпендикулярно оптической оси микро- 5 скопа наблюдения, фотоприемники, расположенные в фокальной плоскости объектива микроскопа наблюдения, оба микроскопа жестко закреплены на стойке, а в качестве источника света используют гелий-неоновый лазер j1) .

Недостатком известного устройства является возникновение погрешности измерения в случае нестабильности положения базовой поверхности, íà 35 которой расположена деталь, что,в частности, имеет место при измерении деталей на столе плоскошлифовального станка. Так как устройство работает по методу сравнения с мерой 40 и настраивается по образцовой детали или концевым мерам длины, то нестабильность положения базовой поверхности стола приводит к возникновению дополнительной погрешности измере- 45 ния и для ее устранения требуется частая корректировка настройки устройства по концевым мерам, что приводит к потере производительности.

Цель изобретения — повышение 50 точности и производительности измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью осветительного микроскопа с возможностью наклона в пределах 40-.50О относительно оси линзовой телескопической системы Галилея, системой из двух зеркал полного отражения, установленных с возможностью наклона,в пределах

40-50 относительно осн линзовой телескопической системы и размещения первого зеркала так, что его отражаю- щую поверхность пересекает перпендикуляр к оси телескопической системы, проведенный через точку ее пересечения с поверхностью полупрозрачного зеркала, а второго зеркала так, что его отражающую поверхность пересекает линия, проведенная параллельно оси телескопической системы через точку пересечения упомянутого перпендикуляра с первым зеркалом, вторым микроскопом наблюдения, идентичным первому и установленным зеркально симметрично ему по другую сторону осветительного микроскопа, двумя счетчиками импульсов, входы которых связаны соответственно с фотоприемниками первого и второго микроскопов наблюдения, и сумматором, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика .;мпульсов, а второй вход — через инвертор с выходом второго счетчика импульсов.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для бесконтактного измерения линейных размеров деталей.

Устройство содержит осветительный микроскоп 1 и два микроскопа 2 н 3 наблюдения, закрепленных неподвижно на стойке 4. Осветительный микроскоп 1 содержит источник 5 света, в качестве которого используется гелийнеоновый лазер, линзовую телескопическую систему Галилея, состоящую из собирательного ахроматического объектива б и рассеивательной двояковогнутой линзы 7, световой щели 8, полупрозрачного зеркала 9 и системы 10 зеркал полного отражения. Собирательный ахроматический объектив б состоит из двояковыпуклой кронглассовой линзы 11 и йлосковогнутой флинтглассовой линзы 12.

Микроскоп 2 наблюдения состоит из микропроекционного объектива 13, криволинейного зеркала 14, фотоприемников 15, например фоторезисторов, фотодиодов или фотоэлектронного умножителя, и шкалы 16 с делениями для удобства визуальной настройки микроскопа.

Благодаря криволинейному зеркалу 14 возможно "разнести" фотоприемники 15 на необходимое расстояние. 5

Криволинейное зеркало 14 расположено за микропроекционным объективом 13 на пути хода лучей,. отраженных от наблюдаемых поверхностей и прошедших через микропроекционный 10 объектив 13 и отстоит от объектива 13 на расстоянии, равном половине фокусного расстояния, измеренного в направлении главной оптической оси

17 микроскопа 2 наблюдения. При на- 15 ладке микроскопа 2 наблюдения положение зеркала 14 регулируется (производится юстировка), а затем в процессе работы зеркало 14 остается неподвижным. Направления 18 и 19 регулиро- 20 вок и угол е(, наклона зеркала 14. показаны на чертеже, где 18 — направление, параллельное главной оптической оси 17; 19 — направление, перпендикулярное ей;А — угол между главной 25 оптической осью 17 и касательной 20 к поверхности зеркала 14, проведенной через точку пересечения главной оптической оси 17 с поверхностью зеркала 14. Угол ос регулируется 30 в пределах 5-45.

Первый микроскоп 2 наблюдения предназначен для наблюдения .за первым изображением световой щели 8, образуемым на поверхности детали 21

35 пучком лучей, проходящих через полупрозрачное зеркало 9. Фотоприемники 15 этого микроскопа 2 наблюдения подключены к входу первого счет- чика 22 импульсов выход которого сое

Э 40 динен с первым входом сумматора 23.

Второй микроскоп 3 наблюдения предназначен для наблюдения за вторым оптическим иэображением световой щели 8, образуемым на базовой поверх"4

45 ности 24 пучком лучей, отраженных от полупрозрачного зеркала 9 и системы

10 зеркал. К выходу второго микроскопа 3 подключен второй счетчик 25 импульсов, который соединен с инвер50 тором 26, выход которого соединен с вторым входом сумматора 23, к выходу которого подсоединен показывающий прибор 27.

Микроскоп 2 наблюдения установлен 55 таким образом, что его главная оптическая ось 17 перпендикулярна наблюдаемой поверхности детали 21, а ос1095035 4 ветительный микроскоп 1 установлен так, что ось 28 телескопической системы составляет угол 45 с направлео кием главной оптической оси 17 перво. го микроскопа 2 наблюдения. Система 10 зеркал отрегулирована таким образом, что направление луча 29 светового потока, отраженного ею о

1 составляет угол 45 с направлением главной оптической оси 30 второго микроскопа 3 наблюдения, Для этого полупрозрачное зеркало 9 установлено под углом g = 40-50 к оси 28

1 телескопической системы с возможностью регулировки, а перпендикуляр

31, проведенный из точки пересечения зеркала 9 с осью 28, пересекает отражающую поверхность первого зеркала системы 10 зеркал (угол /3 рао вен 90 }. Линия 32, проведенная парад лельно оси 28 из точки пересечения поверхности этого зеркала 9 с указанным перпендикуляром 31, пересекает отражающую поверхность второго зеркала системы 10 зеркал. Причем отражающие поверхности системы 10 зеркал установлены под углами М и

< равными 40-50 к оси 28 с возможностью регулировки. Регулировка углов установки зеркал в указанных пределах позволяет направить луч 29 в любую заданную точку базовой поверхности 24 под углом 45.

Второй микроскоп 3 наблюдения идентичен первому и состоит из объектива 33, зеркала 34, касательная 35 к поверхности которого, проведенная через точку ее пересечения с главной оптической осью 30, расположена под углом 6 к оптической оси 30, причем этот угол регулируется в преде.лах 5-45, фотоприемников 36 и шкалы 37.

В обоих микроскопах 2 и 3 наблюдения имеются поверхности 38 и 39 соответственно,где выдержаны сопряженные фокусы.

Устройство работает следующим образом.

Лучи света от источника 5 света гелий-неонового лазера через линзовую телескопическую систему Галилея, световую щель 8 с резкой границей света и тени и полупрозрачное зеркало 9 направляются на поверхность

1-1 детали 21. На световую щель 8 (границу) отфокусирован микропроекционный объектив 13 микроскопа 2 наблю1095035

35 дения с увеличением 50" . При изменении высоты I1 детали 21, например, при плоском шлифовании, когда с детали периодически снимаются слои металла, поверхность 1-! будет изме- 5 нять свое положение "опускаться" в положение l1-11, 1 1 †! и т.д.

При этом происходит смещение

"границы" света и тени (на чертеже вправо) на величины ct, б " и т.д. причем эти величины соответствуют из менениям размера детали 3 с,d c u т.д. Благодаря увеличению микропроекционного объектива 13 в его фокальной плоскости происходит смеще-, ние изображения ",rpаницы" на величины Д Х 50, J х50 и т.д. Пучки лучей, идущие от точек Дд, С, и т.д. ("границы света и тени"), падают на зеркало 14 микроскопа 2 наблюдения, причем пучки лучей, идущие от точки Цо, падая на зеркало 14 в точке Zо, соберутся в фокусе в точке Q i, пучки лучей, идущие" от точки Ci o падая на зеркало 14 в точке Е <, соберутся в фокусе в точке F и т.д., т.е.

° сопряженные фокусы будут выдержаны в некоторой изогнутой поверхности 38, где установленные там фотоприемники 30 .15 передают сигналы на счетчик 22 импульсов и далее через сумматор 23 на показывающий прибор 27 °

В случае, если положение базовой поверхности 24 будет изменяться, то коррекция показаний прибора 27 осуществляется с помощью второго микро скопа 3 наблюдения. Если базовая поверхность 24 из номинального положения I -3 переместится, например, 4О на некоторую величину о в положение 111-111, то на ту же самую величину произойдет и перемещение поверхности g-j детали 21, что в известном устройстве и приводит к погрешности 45 измерения, так как сигнал на выходе микроскопа 2 наблюдения в счетчике 22 импульсов уменьшается на величину к- 3, .где k — коэффициент увеличения микроскопа 2 наблюдения.

В описываемом устройстве в этом случае происходит смещение второго изображения световой щели 8 на базо- . вой поверхности 24 из положения 6 в положение ф,, а так как на это изображение отфокусирован объектив 33 второго микроскопа 3 наблюдения с увеличением 50, то в его фоХ кальной поверхности происходит смещение изображения световой щели из положения 0 в положение 1, и с фотоприемников 36, расположенных в этой фокальной поверхнести, происходит передача сигнала в счетчик 25 импульсов.

Таким образом, при перемещении базовой поверхности 24 из положения j --I в положение ill ill на выходе второго микроскопа 3 наблюдения (в счетчике 25 импульсов) происходит (так же, как и на выходе первого микроскопа 2 наблюдения — в счетчике 22) уменьшение сигнала на величину к о . Далее сигнал со счетчика 25 импульсов инвертируется в инверторе 26,и при сложении его в сумматоре 23 с сигналом со счетчика 22 погрешность к"3 уничтожается, так как складываются два сигнала, один из которых (на первом входе в сумматор 23) уменьшен на величину к о, а другой за счет инвертора (на втором входе в сумматор 23) увеличен на величину к о, что при суммировании в сумматоре 23 обеспечивает исключение погрешности из суммарного результата и, следовательно, независимость показаний прибора 27 от изменения положения базовой поверхности

24.

Таким образом, описываемое устройство обеспечивает повышение точности измерения за счет компенсации перемещения базовой поверхности и повышение производительности за счет уменьшения количества поднастроек устройства.

1095035

Составитель Л.Лобзова

Техред Т.Маточка Корректор Н.Зинзикова

Редактор С.Пекарь

Филиал ППП "Патент", г. У кгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3580/23 Тиралс 587 Подписное

ВЦИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5