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 так, что его отражающая поверхность расположена на оси линзовой телескопической системы Галлилея, под углом 40-50° к ней с возможностью регулировки, системой из двух зеркал полного отражения, одно из которых установлено так, что его отражающая поверхность пересекает перпендикуляр к оси линзовой телескопической системы Галлилея, проведенный через точку ее пересечения с полупрозрачньм зеркалом, а другое установлено так, что его отражакнцая поверхность пересекает линию, проведенную параллельно оси линзовой телескопической системы Галлилея через точку пересечения вышеуказанного перпендикуляра с первым зеркалом,отражающие поверхности обоих зеркал полного отражения расположены под углом 40-50° к оси линзовой телескопической системы с возможностью регулировки, вторым микроскопом наблюдения, состоящим из объектива, установленного так, что его главная оптическая ось расположена под углом 45° к оси линзо§ вой телескопической системы Галлилея , маски с тремя параллельными щелями, установленными в фокальной плоскости объектива, трех фотоэлемен тов, каждый из которых установлен за одной из трех щелей, и сервоприводом с блоком управления, связанным со, стойкой и включакяцим схемы подъема, остановки и опускания стойки, первый из фотоэлементов соединен со схемой N0 подъема, второй фотоэлемент - со схемой остановки, а третий - со схемой опускания стойки. У ЭО :о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (Н) 3(59 G 01 В ll/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i (61) 934214 (21) 3613631/25-28 (22) 21.04.83 (46) 30. 1084 . Бюл. Р 40. (72) В.В.Алексеенко, Б.С.Давыдов, Р.И.Енгалычев, Н.A.Áóðãàíîâ и В.Г.Сарамбаев (71) Завод-ВТУЗ при Московском автомобильном заводе им.И,A.Ëèõà÷åâà (53} 531 ° 715.27(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

9 934214, кл. G 01 В ll/02, 11.07.70 (прототип), (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ SECKOHTAKTHOГО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ по авт.св. Р 934214, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и производительности измерения, оно снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью так, что его отражающая поверхность раслоложена на . оси линзовой телескопической системы

Галлилея, под углом 40-50 к ней с возможностью регулировки, системой иэ двух зеркал полного отражения, одно нз которых установлено так, что его отражающая поверхность пересекает перпендикуляр к оси линзовой телескопической системы Галлилея, проведенный через точку ее пересечения с полупроэрачньм зеркалом, а другое установлено так, что его.отражающая поверхность пересекает линию, проведенную параллельно оси линзовой телескопической системы Галлилея через точку пересечения вышеуказанного перпендикуляра с первым зеркалом,отражающие поверхности обоих зеркал полного отражения расположены под углом

40-50 к оси линзовой телескопической системы с воэможностью регулировки, вторым микроскопом наблюдения, состоящим из объектива, установленного так, что его главная оптическая ось расположена под углом 45 к оси линзо- Е вой телескопической системы Галлилея, маски с тремя параллельными щелями, установленными в фокальной плоскости объектива, трех фотоэлемен тов, каждый из которых установлен за одной из трех щелей, и сервоприводом Я с блоком управления, связанным со, стойкой и включающим схемы подъема, остановки и опускания стойки, первый .из фотоэлементов соединен со схемой подъема, второй фотоэлемент — со схемой остановки, а третий — со схемой опускания стойки.

1121583

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения нз-за возникновения погрешности измерения в случае нестабильности положения базовой поверхности, на которой расположена деталь, что, в частности, имеет место при измерении деталей на столе плоскошлифовального станка. Так как прибор работает по методу сравнения с мерой и настраивается по образцовой детали или концевым мерам длины, то нестабильность положения базовой поверхности стола

35 приводит к возникновению дополнительной погрешности измерения и для,ее 40 устранения требуется частая корректировка настройки прибора по концевьм мерам, что приводит к потере производительности.

Цель изобретения — повышение точ- 4$ ностЫ и производительности измерения.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, содержащее стойку, установленные íà 5g ней двойной микроскоп (гелий-неоновый лазер), включающий осветитель-, ный микроскоп с источником света и световой щелью и мцйроскоп наблюдения с объективом, причем осветительный микроскоп содержит линзовую телескопическую систему Галлилея, состоящую иэ собирательного ахроматического объектива и.рассеивательной двояковогнутой линзы, закрепленную неподвижно между источником света и световой щелью, а микроскоп наблюдения содержит криволинейное зеркало, установленное на половине фокусного расстояния от .объектива,. фотоприемники, расположенные в фокальнбй плос- Я

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

По основному авт.св. Р 934214 известно устройство для бесконтактного измерения линейных размеров деталей, содержащее стойку, установленные на ней двойной микроскоп, включающий осветительный микроскоп с источником света и световой щелью и микроскоп 10 наблюдения с объективом, причем осветительный микроскоп содержит лин зовую телескопическую систему Галли:: лея, состоящую из собирательного ахроматического объектива и рассеива- )5 тельной двояковогнутой линзы, закрепленную непфдвижно между источником света и световой щелью, а микроскоп наблюдения содержит криволинейное зеркало, установленное на половине Фокусного расстояния от объекти ва, фотоприемники, расположенные в фокальной плоскости объектива, В качестве источника света в устройстве использован гелий-неоновый лазер Г1) ° кости объектива, снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным за световой щелью так, что его отражающая поверхность расположена на оси линзовой телескопической ""èñòåÌû Галлилея, под углом 40-50 к ней с возможностью регулировки, системой иэ двух зеркал полного отражения, одно иэ которых установлено так, что его отражающая поверхность пересекает перпендикуляр к оси линзовой телескопической системы Галлилея, проведенной через точку ее пересечения с полупрозрачным зеркалом, а другое установлено так, что его отражающая поверхность пересекает линию, проведенную параллельно оси линзовой телескопической системы Галлилея через точку пересечения вышеуказанного перпендикуляра с первым зеркалом, отражающие поверхности обоих зеркал полного отражения расположены под углом 40-500 к оси линзовой телескопической системы с возможностью регулировки, вторым микроскопом наблюдения, состоящим из объектива, установленного так, что его главная оптическая ось расположена под углом

45 к оси линзовой телескопической системы Галлилея, маски с тремя параллельными щелями, установленными в фокальной плоскости объектива, трех фотоэлементов, каждый иэ которых установлен эа одной из трех щелей, и сервоприводом с блоком управления, связанным со стойкой и включающим схемы подъема:, остановки и опускания стойки, первый из Фотоэлементов соединен со схемой подъема, второй фотоэлемент — со схемой остановки, а третий - со схемой опускания стойки;

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

Устройство содержит осветительный микроскоп 1, первый микроскоп 2 наблюдения и второй микроскоп 3 наблюде-. ния, закрепленные неподвижно на стой. ке 4. Осветительный микроскоп 1 состоит иэ источника 5 света, в качестве которого используется гелий-неоновый лазер, линзовой телескопической системы Галлилея, состоящий из собирательного ахроматического объектива 6 и рассеивательной двояковогнутой линзы 7, световой щели 8, полупрозрачного зеркала 9 и системы двух зеркал полного отражения, включающей первое зеркало .10 и второе зеркало ll; Причем объектив 6 состоит иэ двояковыпуклой кронгласовой.линзы 12 и плосковогнутой флинтгласовой линзы 13.

Первый микроскоп 2 наблюдения состоит из микропроекционного объектива 14, криволинейного зеркала 15, 1121583

4 фотоприемников 16, например, фоторезисторов, фотодиодов или Фотоэлектронного умножителя, и шкалы 17 с делениями для удобства визуальной настройки микроскопа. 5

Благодаря криволинейному зеркалу

15 можно разнести фотоприемники

16 на необходимое расстояние.Криволинейное зеркало 15 расположено за объективом 14 на пути хода лучей, отра" женных от наблюдаемой поверхности и прошедших через объектив 14, и отстоит от объектива 14 на расстоянии, равном половине фокусного расстояния, измеренного в направлении главной оптической оси 18.микроскопа наблю-15 дения. При наладке. микроскопа 2 положение зеркала 15 регулируется (производится юстировка), а затем в про." цессе работы . зеркало 15 остается неподвижным. Направления 19 и 20 регу- 2О лировок и угла о наклона зеркала 15 показаны на чертеже, где 19 - направление, перпендикулярное главной оптической оси 18 20 - направление, параллельное ейск,о(. †.угол между глав- 25 ной оптической осью 18 и касательной

21.к поверхности зеркала 15 в точке .пересечения поверхности зеркала 15 с осьв 19. Угол с4 регулируется в пределах 5 - 45 ».

Первый микроскоп 2 наблюдения предназначен для наблюдения за первым изображением световой щели 8 на поверхности детали, образуемым пучком лучей, проходящих через полупрозрачное зеркало 9.

Фотоприемники 16 этого микроскопа подключены к счетчику 22 импульсов, причем фотоприемники.16 расположены вдоль поверхности 23, зде выдержаны сопряженные фокусы; 46

Второй микроскоп 3 наблюдения состоит иэ объектива 24, а фокальиой плоскости которого установлена маска 25 с тремя параллельными щелевымж отверстиями, эа каждым иэ которых 45 расположены первый фотоэлемент 26, второй фотоэлемент 27 и тре ий фотоэлемент 28.

Стойка 4 Устройства снабжена сервоцриводом 29 ее подъема и опускания, например, через перадачу 30 винт-гайка. Управление сервоприводом 29 осуществляется блоком 31 управления, включакщим схему 32 подъе-. ма, схему 33 остановки и схему 34. опускания стойки 4, причем второй фотоэлемент 27 соединен со схемой

33 остановки, а третий фотоэлемент

28 соединен со схемой 34 опускания стойки 4. Второй микроскоп 3 наблюдения предназначен для наблюдения за вторым иэображением световой щели 8, образуемым на базовой поверхности пучком лучей, отраженных от зеркала 9, и системой зеркал 10 и 11. 65

Микроскопы 2 и 3 наблюдения установлены таким образом, что их главные оптические осн 18 и 35 соответственно перпендикулярны наблюдаемым поверхностям детали и базовой поверхности, а осветительный микроскоп 1 установлен так, что ось 36 телескопической системы составляет угол 45 с направлением главной оп,тической оси 18 первого микроскопа 2 ,наблюдения, а система зеркал 10 и 11 отрегулирована таким образом, что направление 37 светового потока составляет угол 45 с направлением главной оптической оси 35 второго микроскопа 3 наблюдения. Для этого полупрозрачное зеркало 9 установлено под углом б=40-50 к оси 36 с воэмож" ностью регулиронки, а перпендикуляр

38, проведенный иэ точки 39 пересечения поверхности зеркала 9 с осью

36, пересекает отражающую поверх- . ность зеркала 10 (угол э равен 90 ).

Линия 40, проведенная параллельно оси

36 из точки пересечения поверхности этого зеркала 10 с вьэпеуказанным перпендикуляром, пересекает отражающую поверхность второго зеркала 11. Зеркала 10 и ll установлены под углами YH к оси 36 с возможностью регулировки углов в пределах 40-50o . Регулировка углов установки зеркал в указанных пределах позволяет напра.вить луч 3/ в любую задранную тчжку базовой поверхности 41. под углам 45 ° на которой установлена контролируемая деталь 42.

Устройство работает следующим образом»

Лучи света от источника 5 света— гелий-неонового лазера через линзовую телескопическую систему Галлилея, световую щель 8 с резкой границей света и тени и полупрозрачное зеркало 9 направляются на поверхность 1-1 детали 42. На световую щель (грааицу) отфокусироваИ микропроекциониый объектИв 1,4 микроскопа

2 с увеличением 56". При измещении высоты h. детали .42, например, при плоском шлифований, когда с детали

42 периодически свииавтся слои металла, поверхность I-I изменяет свое положение, опускается в положение

ПП р Е - Nt и т,д, Щж этОИ HQQQcxog_#_T смещение границы света и теми .(иа чертеже в раво) иа величины d, d" и т.д., причем эти велмчивы соответствуют изменениям. размера детали

d, 3 и т»д. . I It

Благодаря увеличению ивкроараекциоиного объектива 14 в его фокальной плоскости происходит смещение иэображения границы от величины

c)"х50, Фя х50 и т.д» Пучки лучей, идущие от твчеrc- о т ц2 M т Ф (границы света и тена) падают на sep1121583

ВНИИПИ Заказ 7970/33 Тираж 586 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 кало 15 микроскопа 2, причем пучки лучей, идущие от точки -G« падая на зеркало в точке 2, собираются в фокусе, в точке F и т.д., т.е. сопряженные фокусы выдержаны в некоторой изогнутой поверхности 23, где уста- 5 новлены фотоэлементы 1á, которые подключены к счетчику 22 импульсов, Если положение базовой поверхности 41 изменяется, то коррекция показаний осуществляется с помощью fO

1 второго микроскопа 3 наблюдения и сервопривода 29 с блоком 31 управления, осуществляющим перемещение стойки 4 на необходимую величину.

Если базовая поверхность 41 иэ 15 номинального положения I -I перемещается, например, на некоторую величинуш положение 9 — 6, то на ту же самую величину перемещается поверхность I — I детали 42. 20

В предлагаемом устройстве в этом случае происходит смещение второго изображения световой щели 8 .на базовой поверхности 41 из положения о в положение @„, а так как на это . изображение отфокусирован объектив

24 второго микроскопа 3 с увеличением 50 ", то в его фокальной поверхности, где расположена маска 25, происходит смещение изображения световой щели 8 с фотоэлемента 27 иа фотоэлемент 28, засвечивание которого приводит к срабатыванию,схемы 34 опускания, включающей сервопривод

29, который через передачу 30 винтгайка опускает стойку 4 до момента, когда световое изображение щели 8 опять попадет через маску 25 на фотоэлемент 27, засвечивание которого . приводит к срабатыванию схемы 33 остановки сервопривода и к остановке перемещения стойки 4. Таким образом обеспечивается компенсация погрешности Ф. Аналогичиым образом включается в работу схема .32 подъема в случае перемещения базовой поверхности 35 из положения f. -Г в положение П"- П . .В качестве сервопривода 29 может быть применен быстродействующий электродвигатель постоянного тока, обеспечивающий слежение за перемещениями. базовой поверхности 41, а передача 30 винт-гайка выполняется без-, люфтовой для повышения точности перемещения стойки 4.

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