Прибор для контроля формы асферических поверхностей

 

Использование: для автоматизированного контроля формы асферических поверхностей оптических деталей преимущественно при их серийном выпуске. Сущность изобретения: прибор содержит измерительный узел, закрепленные на его корпусе три опорных сферических наконечника и измерительные датчики перемещений, предназначенные для контроля формы поверхности. Прибор снабжен закрепленными на корпусе измерительного узла симметрично его оси по двум ортогональным направлениям четырьмя датчиками перемещений, оси которых параллельно оси измерительного узла, предназначенными для определения положения измерительного узла относительно контролируемой поверхности, измерительные датчики перемещений закреплены на корпусе измерительного узла вдоль меридиана, а их оси пересекаются в одной точке. Прибор снабжен двумя схемами сравнения, к входам каждых из подключены выходы двух симметрично расположенных относительно оси измерительного узла датчиков перемещений, двумя установленными по ортогональным направлениям сервоприводами, кинематически связанными с корпусом измерительного узла, входы которых через усилители связаны с выходами соответствующих схем сравнения и вычислительным блоком, входы которого соединены с выходами соответствующих измерительных датчиков перемещения, а разрешающий вход связан с выходами схем сравнения через блок формирования сигнала разрешения измерений. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной текинке и может быть использовано в оптико-механическом производстве для автоматизированного контроля формы асферических поверхностей преимущественно при их серийном выпуске.

Известен прибор для контроля формы асферических поверхностей с помощью укрепленных на корпусе измерительного узла прибора зональных накладных колец, поочередно базирующихся непосредственно на контролируемой поверхности [1] Самоустанавливаемость накладных колец и измерительного узла обеспечивает повышение точности центрирования, однако быстрый износ острой кромки колец при контроле шлифованных поверхностей снижает точность измерений, кроме того при укладке колец возможны их перекосы и возникновение царапин на контролируемых полированных поверхностях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому прибору является накладной асферометр для контроля формы асферических поверхностей, содержащий корпус, три опорных сферических наконечника, предназначенные для базирования на контролируемом объекте, измерительный узел с блоком отсчета и измерительными датчиками перемещения и привод перемещения корпуса [2] В отличие от предыдущего случая здесь контакт измерительного узла с проверяемой поверхностью осуществляется не по острой кромке накладных колец, а по контактным площадкам трех одинаковых шариков, жестко закрепленных на сменных накладных кольцах, благодаря чему точность и стабильность измерений повышается, уменьшается возможность появления царапин на проверяемых поверхностях.

Отсчет показаний прибора производится по осевому датчику, контактирующему с центральной зоной проверяемой поверхности, при этом шарики играют роль опорных сферических наконечников и одновременно измерительных датчиков перемещения в каждой из контролируемых зон асферической детали.

Измерение стрелки производят в центрированном положении прибора, когда его ось совмещена с осью этой поверхности. Для этого, двигая прибор вручную в разных направлениях по измеряемой поверхности, ищут экстремальное значение отсчета, которое и принимают за искомое.

Недостатком прототипа является ограничение возможности повышения точности и производительности операции контроля в результате применения базирующихся в разных зонах контролируемой поверхности сменных накладных колец, так как это приводит к снижению точности центрирования прибора и к повышению влияния износа шариков накладных колец на точность измерения, а также к увеличению трудоемкости операции контроля пропорционально числу проверяемых зон.

Цель изобретения повышение точности и производительности операции контроля, обеспечение их автоматизации.

Указанная цель достигается тем, что в известном приборе для контроля формы асферических поверхностей, содержащем корпус, три опорных сферических наконечника, предназначенные для базирования на контролируемом объекте, измерительный узел с блоком отсчета и измерительными датчиками перемещения и привод перемещения корпуса, согласно изобретению прибор снабжен четырьмя центрирующими датчиками, расположенными на корпусе попарно во взаимно-перпендикулярных плоскостях, измерительные датчики перемещения расположены в радиальной плоскости между смежными центрирующими датчиками, привод перемещения корпуса выполнен в виде двух сервоприводов, установленных с возможностью перемещения по ортогональным направлениям, блок отсчета выполнен в виде двух схем сравнения блока формирования сигнала разрешения измерений, двух усилителей и вычислительного блока, входы схем сравнения соединены с соответствующей парой центрирующих датчиков, их выходы с соответствующими входами блока формирования сигнала разрешения измерений и через усилитель с соответствующим сервопроводом, входы вычислительного блока соединены с выходами измерительных датчиков перемещений, а разрешающий вход с выходом блока формирования размещения измерений.

На фиг. 1 изображена структурная схема прибора: на фиг.2 установка прибора на контролируемую поверхность.

Прибор для контроля формы асферических поверхностей состоит из измерительного узла, на корпусе 1 которого закреплены три опорных сферических наконечника 2 и измерительные датчики 3 перемещений. Попарно симметрично относительно оси 4 измерительного узла по двум взаимно перпендикулярным направлениям x и y на корпусе 1 закреплены параллельно оси 4 центрирующие датчики 5,6 перемещений. Выходы пар центрирующих датчиков 5 и 6 соединены с входами двух схем 7,8 сравнения, выходы которых через усилители 9,10 соединены с входами сервоприводов 11,12 установленных вдоль осей x и y и кинематически связанных с корпусом 1 измерительного узла. Выходы измерительных датчиков 3 перемещений, предназначенных для контроля поверхности, соединены с входами вычислительного блока 13, разрешающий вход которого связан с выходами схем 7,8 сравнения через блок 14 формирования сигнала разрешения измерений. Корпус измерительного узла выполнен с возможностью перемещения относительно контролируемой поверхности 15. Оси измерительных датчиков 3 перемещений пересекаются в одной точке на оси измерительного узла. Центрирующие и измерительные датчики перемещения 3,4,5,6 могут быть фотоэлектрическими, емкостными, индуктивными, электровакуумными или другими, могут быть использованы, например, механотроны типа 6МХ5C с диапазоном измерений ±1000 мкм с чувствительностью 3 мкА/мкм по ТУ СУЗ.393.005.

Измерительные датчики 3 установлены в корпусе 1 на его базовой поверхности так, что оси датчиков 3 пересекаются в одной точке на оси корпуса 1, эта точка совмещена с центром 0 сферы, ближайшей к заданной асферической поверхности 15.

Сервоприводы 11 и 12 обеспечивают перемещение корпуса 1 по осям x и y на расстояние порядка ±3 мм, например, с помощью пьезодвигателей.

Измерительные датчики перемещений 3 установлены с шагом 5-10 мм в корпус 1 вдоль его меридиана с возможностью закрепления в нерабочем положении, т.е. с зазором, равным 2-3 мм относительно измеряемой поверхности 15, при помощи фиксаторов (не показанны).

Для непосредственного контроля формы конкретной асферической поверхности на предложенном приборе, так же как и на приборе прототипе, необходимо предварительно выполнить математические расчеты, учитывая следующее. 1) В случае применения эталонной поверхности сигналы от измерительных датчиков перемещений 3, характеризующие координаты асферической поверхности, будут поступать на вычислительный блок 13 и в нем фиксироваться. Затем аналогичные сигналы поступят при измерении асферизуемой поверхности, установленной на приборе взамен эталонной поверхности. Разности этих сигналов в каждой из контролируемых зон асферизуемой поверхности будут непосредственно свидетельствовать об ее текущих погрешностях. 2) При использовании эталонной сферической поверхности необходимо вычислить разности двух величин, а именно фактических смещений измерительных датчиков перемещений 3 при переходе от контакта их с эталонной сферой к контакту с асферизуемой поверхностью: и расчетных смещений тех же датчиков при предполагаемом переходе от контакта их с эталонной сферой к контакту с расчетной, т.е. теоретической асферической поверхностью.

В первом случае сравниваются координаты асферизуемой и эталонной поверхностей, во втором случае сравниваются фактические стрелки асферизуемой поверхности с расчетными стрелками, вычисленными для теоретической асферической оверхности, заданной по чертежу.

Данные вычисления выполняют с учетом радиуса окружности, проходящей через центры сфер трех опорных наконечников 2: указанный радиус измеряют на микроскопе с помощью плоскопараллельной пластины, устанавливаемой на сферические наконечники.

Прибор работает следующим образом.

Измерительный узел прибора помещают на эталонную поверхность и приводят в соприкосновение с ней центрирующие датчики 5 и 6 перемещений. Сигналы с выходов этих датчиков 5 и 6 поступают на входы схем сравнения 7,8 и далее через усилители 9,10 на сервоприводы 11,12, включая их. В результате измерительный узел перемещается по контролируемой поверхности 15 до тех пор, пока сигналы с выходов датчика 5,6 не станут равными. В этом случае на разрешающий вход вычислительного блока 13 поступают сигналы с выхода блока 14 формирования сигнала разрешения измерения и измерительные датчики 3 перемещений приводятся в соприкосновение с эталонной поверхностью. Сигналы с датчиков 3 поступают в вычислительный блок 13, где запоминаются.

Заменив эталонную поверхность на контролируемую, измерения повторяют. По разности результатов измерений ЭВМ вычисляет погрешности контролируемой поверхности и выдает полученную информацию о точности изготавливаемой детали в виде таблицы или графического изображения.

Данный прибор может быть изготовлен в условиях производства и применен для измерения асферических поверхностей деталей, в том числе без снятия со шпинделя при их изготовлении.

Формула изобретения

Прибор для контроля формы асферических поверхностей, содержащий корпус с тремя опорными сферическими наконечниками, предназначенными для базирования на контролируемом объекте, привод перемещения корпуса и измерительный узел с блоком отсчета и измерительными датчиками перемещения, отличающийся тем, что он снабжен четырьмя центрирующими датчиками, расположенными на корпусе попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, измерительные датчики перемещений расположены в радиальной плоскости между смежными центрирующими датчиками, привод перемещения корпуса выполнен в виде двух сервоприводов, установленных с возможностью перемещения корпуса по ортогональным направлениям, блок отсчета выполнен в виде двух схем сравнения, блока формирования сигнала разрешения измерений, двух усилителей и вычислительного блока, входы схем сравнения соединены с соответствующими парами центрирующих датчиков, их выходы с соответствующими входами блока формирования сигнала разрешения измерений и через усилитель с соответствующим сервоприводом, входы вычислительного блока соединены с выходами измерительных датчиков перемещений, а управляющий вход с выходом блока формирования разрешения измерений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2