Устройство для контроля линейных размеров

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ, содержащее лазер и установленные последовательно по ходу его излучения систему плоских зеркал, узел сканирования , выполненный в виде объектива и правильней многогранной призмы , установленной с возможностью вращения вокруг оси ее симметрии таким образ(Я4, что ось симметрии призмы пересекает оптическую ось объектива под прямым углом в точке, расположенной на расстоянии R от фокуса объектива, где R - радиус окружности, вписанной в сечение ,призмы , и приемный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, система зеркал установлена таким образом , что ось лазерного пучка на входе узла сканирования совпадает с,оптической осью объектива, а призма выполнена так, что R 4fSj где f - фокусное расстояние объектива, а первая сумма Зейделя объектива.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 01 В 11 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

ЮСУДМРСТОЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fO ДЕЛАМ HSOSPETEHHA И ОТКРЫТИЙ (21) 3667145/25-28 (22) 29.11.83

,(46) 28.02.85. Бюл. У 8 (72) В.В. Тарасов, А.Б. Лысов, А.И. Жилкин, В.В. Жарковский, С.Н. Иванов и Ю.А. Соколов (53) 531.715.4(088.8) (56) 1. Патент Франции У 2305711, кл. G 01 В 11/04, 1976.

2. ТИИЭР. 1982, т. 70, В 6, с. 116 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ, содержащее лазер и установленные последова тельно по ходу его излучения

1систему плоских зеркал, узел сканирования, вьыолненный в виде объектива и правильной многогранной приэ„„Я0„„1142732 A мы, установленной с воэможностью вращения вокруг оси ее симметрии таким образом, что ось симметрии призмы пересекает оптическую ось объектива под прямым углом в точке, расположенной на расстоянии R от фокуса объектива, где R — - радиус окружности, вписайной в сечение,. призмы, и приемный блок, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыпения точности измерений, система зеркал установлена таким образом, что ось лазерного пучка на входе узла сканирования совпадает с,оптической осью объектива, а призма выполнена так, что R

= 4f S где f - фокусное расстояние

t объектива, а S — первая сумма Зейделя объектива.

1142732

45

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в системах активного контроля диаметра проволоки, стеклянных трубок, 5 иэделий волоконной оптики при их изготовлении, Известны устройства контроля геометрических параметров изделий, в которых сканирующим элементом является плоское вращающееся зеркало, при этом ось вращения зеркала совпадает с отражающей поверхностью и проходит через точку фокуса объектива fl). Если в объективе сферическая аберрация отсутствует, то в пространстве за объективом световой пучок остается параллельным самому себе.

Недостатком такого устройства является низкое быстродействие, а также сложность реализации стабильного вращения зеркала вокруг оси, совпадающей с отражающей поверхностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для контроля линейных размеров, содержащее лазер, последовательно расположенные источник излучения, систему зеркал, направ- 30 ляющую его пучок на правильную многогранную зеркальную призму, вращающуюся вокруг своей оси, пересекающей оптическую ось объектива на расстоянии R от его фокуса, где З5

R — радиус вписанной в многогранник окружности, и фотоэлектрическую регистрирующую систему P2).

Недостатком известного устройства является непараллельное переме- 4р щение светового пучка в пространстве измерения, что приводит к погрешности контроля геометрических параметров изделий, зависящей от положения последнего.

Зависимость указанной погрешности hY от угла с поворота призмы относительно положения, при котором ее грань перпендикулярна оптической оси объектива, определяется выражением а. (э (1) где а — расстояние от задней фокальной плоскости объектйва до плоскости, в которой лежит измеряемый размер изделия; — фокусное расстояние объектива.

Из (1) следует, что для уменьшения погрешности измерений можно уменьшать радиус R зеркальной призмы, увеличивать фокусное расстояние f объектива и уменьшать рабочий угол е поворота призмы. Однако указанные изменения R и f ограничены конструктивными возможностями.

Другим путем уменьшения погрешности измерений является расположение контролируемого объектива. Однако при контроле движущихся в процессе их изготовления изделий практичесКи

1 невозможно стабилизировать положение контролируемого сечения.

Недостатком устройства является неустранимая погрешность измерений из-за смещения измеряемой детали из фокальной плоскости объектива, обусловленная дефокусировкой вносимой зеркальной призмой.

Цель изобретения — повьппение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем лазер и установленные последовательно по ходу его излучения систему плоских зеркал, узел сканирования, выполненный в виде объектива и правильной многогранной призмы, установленной с возможностью вращения вокруг оси ее симметрии таким образом, что ось симметрии призмы пересекает оптическую ось объектива под прямым углом в точке, расположенной на расстоянии R .от фокуса объектива, где

R — радиус окружности, вписанной в сечение призмы, и приемный блок, система зеркал установлена таким образом, что ось лазерного пучка на входе узла сканирования совпадает с оптической осью объектива, а призма выполнена таким образом, что

R = 4f S„, где f — фокусное расстояние, а S> первая сумма Зейделя объектива.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения (лазер), систему зеркал

2 и 3, объектив 4, вращающуюся многогранную зеркальную призму 5, ось вращения которой пересекает оптическую ось объектива 4 перед его передним фокусом на расстоянии, равном радиусу R вписанной в многогранник окружности, и приемный блок фотоэлектрическую регистрирующую

1142732

R=4S К .

1 (8) sin 4/2 ((= 22cos k, (2) 4S

1 щ

1 S

2 fi 1 ° (3) Й 2е, (6) 4+ 4S О

ВНИИПИ Заказ 706/37 . Тираж 651 Подписное

Па|ейт г.Ужгород, ул.Проектная, 4

3 систему 6, расположенную за объективом 4. В пространстве за объективом помещено контролируемое изделие 7.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от лазера 1 при помощи системы зеркал 3 направля- ется через объектив 4 на отражающие грани вращающейся правильной многогранной призмы 5. В процессе вращения призмы 5 точка отражения смещается вследствие дефокусировки, вносимой вращающейся многогран ной призмой, на величину

Продольная сферическая аберрация

bS объектива 4 в обратном ходе в общем случае может быть представлена выражением где m, — координата луча во входном зрачке объектива

S, — первая сумма Зейделя объектива. е

Обозначая через е апертурный угол, выражение (3) можно представить в виде

48. — S f - sin26. (Ф!

1 (2

Поскол-2ку в предлагаемом устройстве углы Ы и 6 связаны зависимостью то выражение (3) может быть представлено в виде (1 (ЬЯ(= — — S f - sin22oL. (5)

2 1

Для взаимной компенсации сферической аберраций объектива и дефокусировки, вносимой призмой, необходимо выполнить условие

Подставляя в последнее равенство (6) значения 4 и > S из (2) и (5) соответственно, получим

2R(sin о /2/созо(.) -- S1 f sin224=(.

1, /

Ввиду малости угла aC(eC (15 ) выражение (7) может быть представлено в виде

В результате за объективом 4 независимо от величины угла поворота призмы 5 пучок перемещается параллельно самому себе и пересекает контролируемое изделие 7. Фоторегистри рующая система 6 регистрирует время прерывания пучка, и по величине щ этого времени определяется контролируемый размер, Устройство для контроля геометрических параметров изделий (см. чертеж) использует параллельный

2S световой пучек для сканирования в пространстве установки контролируемого изделия. Такого же эффекта (параллельности переноса пучка в пространстве измерений) можно дос-.

ЗО тигнуть и при сфокусированном после объектива 4 световом пучке. Поэтому в устройстве зеркало 3 может быть расположено между объективом 4 . и призмой 5. В этом случае в пространстве за объективом 4 сканирование осуществляется сходящимся лазерным пучком, что позволяет повысить при необходимости крутизну фронтов информационных сигналов на выходе фотоприемника, входящего в состав фоторегистрирующей системы. При этом повышается точность определения времени прерывания.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в.повышении точности измерений вследствие компенсации продольной дефокусировки, вносимой зеркальной призмой, сферической аберрацией объектива.