Способ контроля отклонения формы поверхности детали

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистическик

Республик (iii938008 (6! ) Дополнительное к авт. свиа-ву (22)Заявлено 09. 12 .80 (21) 3214286/25-28 с ёрисоелинением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 23. 06. 82. Бюллетвнь № 23

Дата опубликования описания 25.06.82 (53)М. Кл.

С 01 В 11У24 фВуАврстккнкьй квмнткт

СССР ао двлэи нэобретекий н открытий (53) УД К 531 ° 715. .1(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Л. Казак и О.В. Чебакова

Ленинградский ордена Трудового КрасногоЗнамени институт точной механики и оптики." (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ ФОРМЫ

ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности при бесконтактных оптических способах контроля отклонения формы шлифованных асферических деталей, преимущественно оптических.

Известны голографические способы контроля отклонения формы поверхностей деталей по интерференционным то-,п пографическим картам поверхности -"метод смещенного источника, метод двух длин волн и иммерсионный метод.

Эти способы могут быть использованы для контроля отклонения формы поверхностей деталей в реальном времени (1 ).

Однако их применение в реальном времени ограничено ввиду необходимости строгого сохранения расстояния 20 между голограммой и деталью во все время измерений. Соблюдение этого условия затруднено при наличии вибраций и температурных изменений, что приводит к снижению точности и произ водительности контроля отклонений формы поверхности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ контроля отклонения формы поверхности детали, заключающийся в том, что размещают деталь в интерференционном поле, восстановленном с голограммы, измеряют шаг интерференционных полос на поверхности детали и определяют координаты точек поверхности в заданных сечениях, по которым судят об отклонении формы поверхности детали.

В способе для получения топографических карт поверхности используют интерференционную картину, образующуюся в результате взаимодействия восстановленных с голограммы изображений двух точечных источников. Формирование такой голограммы совершается последовательным сложением на фотопластинке опорной волны и волн, исходящих из фокуса микрообъектива

4 детали. Необходимость определения расстояния от точечных источников до базовых точек также снижает производительность контроля отклонения формы.

Низкие точность и производительность контроля в данном способе не позволяют использовать его для эффективного контроля отклонения формы осесимметричных асферических поверхностей деталей.

Цель изобретения - повышение точности и производительности контроля отклонения формы осесимметричных асферических поверхностей деталей.

Эта цель достигается тем, что восстановленное с голограммы интерференционное поле формируют с эквидистантным шагом полос и измеряют шаг интерференционных полос относительно одной базовой точки,, находящейся на оси вращения детали.

На фиг. 1 представлено устройство, .реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 - оптическая схема предлагаемого способа контроля.

Устройство содержит последовательно расположенные лазер 1, коллиматор 2, зеркало 3 и голограмму 4, микроскоп 5, установленный на основании б.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Опорный пучок А-А от лазера 1 расширяется коллиматором 2, отражается от зеркала 3 и направляется на голограмму 4, с которой восстанавливаются плоские волновые фронты Б-Б и

8-8 (фиг. ?). В области пересечения этих волновых фронтов образуется интерференционное поле 7 с эквидистантными интерференционными полосами.

Шаг 11 полос определяется углом 2 8 между волновыми фронтами

ill, 2 Мп6

Деталь 8 с асферической поверхностью располагают в интерференционном поле 7. Отсчетное устройство служит для измерения шага интерференционных полос.

8 микроскоп 5 наблюдаются интерференционные полосы на поверхности детали под заданным углом ф . С помощью отсчетного устройства микроскопа 5 измеряют шаг Ь интерференционных полос. Иикроскоп 5 установлен на основании 6 и имеет возможность пере3 938008 при двух его положениях. Восстановление изображений двух точечных источников (мнимых изображений фокуса микрообъектива) производится тем же опорным пучком. В пространстве за голограммой перекрываются два восстановленных сферических волновых фронта, поэтому интерференционные полосы имеют переменный шаг. Помещение детали в сформированное таким образом ин- 1в терференционное поле позволяет получать на его поверхности стабильную систему полос. Считая порядковые но мера полос от точечных источников (или от голограммы) до детали с помо- щью компьютера, определяют контур поверхности в заданном сечении. Приме- нение данного способа позволяет про изводить контроль отклонения формы поверхностей, имеющих сложный трехмерный профиль. В способе применяются сферические волновые фронты и шаг . полос изменяется при изменении расстояния от точечных источников. Поэтому необходимо точно определять расстояние от точечных источников до базовых точек на контролируемой поверхности детали. Необходимо иметь при этом три базовые точки, чтобы знать ориентацию детали в принятой системе координат. 8 этом случае способ позволяет в реальном времени непосредственно определить отклонение формы поверхности от эталонной по разности измеренных координат точек в заданном меридиональном сечении ко«35 ординат точек в том же сечении на эталонной поверхности. Если не будут известны расстояния от точечных источников до базовых точек и ориента4Î ция контролируемой поверхности, тогда все же возможно определить совокупность координат точек в заданном сечении поверхности, ню при условии . обязательного определения расстоя4 ния от точечных источников до даннои точки контролируемой поверхности f23 .

Однако такое определение требует привлечения специальных методов и приспособлений для измерения расстояний между точками. Кроме того, определение расстояния от чочечных источников до базовых точек детали, всегда осуществляется с некоторой погрешностью, равной сумме погрешности собственно измерения расстояния и погрешности задания базовых точек. Это обстоятельство снижает точность контроля отклонения формы

5 9380 мещения по трем координатам х, у, 2 и вращения вокруг оси 3)$

Измерения отклонения формы детали производят ся следующим образом.

Микроскоп 5 ориентируют таким образом, что его оптическая ось находится в заданной меридианальной плоскости, параллельной плоскости ХОУ.

Путем перемещения микроскопа по осям

2Х иД У оператор производит навод- 30 ку на резкость интер@еренционных полос и измеряет расстояние между серединами полос. Начинают измерения от базовой точки О, находящейся на оси вращения детали 8. Отметим, что ось >5 врац|ения детали 8 может не совпадать с осью ОУ.

Определяя координату X от базовой точки О, находят разность значений

У вЂ” У = ЬУ. для фиксированных зна- gO .l+1 1 1 чений Х;+„и X„Сравнение полученных значений аУ„. для контролируемой поверхности для тех же точек Х „и Х;

1+1 и является требуемым результатом измерений отклонения формы поверхности. 2

Таким образом, в предлагаемом способе поверхность детали может быть произвольно ориентирована относительно системы эквидистантных интерферен-. ционных плоскостей. Для произведения контроля достаточно определить базовую точку 0 на поверхности детали, находящуюся на оси вращения, например в вершине поверхности, и установить заданный угол g между оптичес. 35 кой осью микроскопа 5 и направлением эквидистантных плоскостей, что является вполне технологичной операцией.

Предлагаемый способ позволяет конт-0 ролировать отклонение с точностью до 1-2 мкм и обеспечивает повышение производительности.

Ввиду того, что в предлагаемом способе используется интерференци" онное поле с эквидистантным шагом л полос, отпадает необходимость в определении расстояния от точечных источников до точек контролируемой поверхности. Это способствует повышению точности измерений.

Также нет необходимости определять ориентацию объекта по трем базовым точкам. Действительно, ввиду инвариантности формы поверхности, каким бы образом ни была ориентирована по08 6 верхность в поле с эквидистантным шагом полос, всегда можно построить контур поверхности в заданном сечении. А это означает, что возможно в реальном времени непосредственно определять разность координат контролируемой и эталонной поверхностей для данного значения Х координаты.

Для отсчета Х координаты при этом достаточна иметь одну базовую точку на поверхности. Этой базовой точкой может быть, например, точка, находящаяся на оси вращения осесимметричной асферической детали.

Изобретение позволяет с высокой точностью и производительностью осуществлять контроль отклонения формы шлифованных и полированных поверхностей в производственных условиях непосредственно на обрабатывающих станках.

Формула изобретения

Способ контроля отклонения формы поверхности детали, заключающийся в там, что размещают деталь в интерференционном поле, восстановленном с голограммы, измеряют шаг интерференционных полос на поверхности детали и определяют координаты точек поверхности в заданных сечениях, покоторым судят об отклонении формы поверхности детали, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и производительности контроля осесимметричных асферических поверхностей деталей, восстановленное с голограммы интерференционное поле формируют с эквидистантным шагом полос и измеряют шаг интерференционных полос относительно одной базовой точки, находящейся на оси вра щения детали.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Оптическая голография. Практические применения. Под ред. Степанова Б.М. и Гинзбург В.M. М., "Советское радио", 1978, с. 55-66.

2. Wechutka Н., Ewers W-M, Barwinkel I . Konturvermessung rnitteIs hologrhphIsch gespeicherten Interferenzbelden. - "0ptik" 1974, 40, и 1, р. 69 (прототип).

938008

Составитель Л. Лобзова

Редактор -А. Шишкина Техред Л. Пекарь Корректор Л. Бокшан

Заказ 4440/59 тираж 614

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва M-35 Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,