Оптико-электронное устройство контроля литейных размеров объектов

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптико-электронным устройствам для контроля линейных размеров объектов. Целью изобретения является повьшение точности контроля за счет частичной компенсации угла дифракции светового пучка- 1 -го дифракционного максимума от первой дифракционной решетки и обеспечения растрового сопряжения решеток с от 5 до 1.0 мкм, уста- 1{овленных на расстояниях свьше 150 мм и с шагом до 500 мкм на расстояниях 1,5-2 м. Луч света от лазера расщепляется на светоделительной пластине на два луча равной сивности. Луч, прошедггай бипризму, направ ется на сканирующий элемент. Бипризма вьшолнена с преломляющим углом 9, определяемым по формуле e arcsin (/P)-arctg (Z/H)/(n-1), . где длина волны света-; Р - шаг решетки; Z - смещение , дифракционного максимума относительно 0-го; Н - расстояние между решетками; п - показатель преломления стекла. Первая :дифракционная решетка и бипризма выполнены в виде единого оптического элемента. При своем вращении сканирующий элемент преобразует падающий неподвижный луч в движущийся параллельно самому себе. В процессе сканирования луч последовательно пересекает соответствующие границы контролируемого объекта и фокусируется линзой на фотоэлемент. На выходе фотоэлемента генерируется импульс фототока длительностью, пропорциональной размеру контролируемого объекта. Этот импульс поступает на первый :1од схемы сравнения. Луч второй ветви также преобразуется в движущийся параллельно самому себе и перемещается вдоль второй дифракционной решетки , взаимодействуя с ней. Результатом взаимодействия являются движущиеся сомбинационные полосы, которые фокусирзпотся линзой на фотоэлемент, им- .пульс с которого поступает на второй вход схемы сравнения. Со схемы срав- ; нения в счетчик поступает пачка коротких импульсов, число которых пропор ционально размеру контролируемого объекта. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. i (Л го 4 Од СО

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ)(РЕСПУБЛИК (SO e С 01 В 11/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3814211/24-28 (22). 05..10.84. (46) 30.06.86. Бюл.- Р 24 (71) Институт электроники АН БССР (72) В.К.Александров, В.Н.Ильин и Е.В.Галушко (53) 531.7 15.27(088.8) (56) Патент Великобритании

К 1395910, кл. G 01 В 11/08, опублик. 29.05.75.

Патент Великобритании В 1400253, кл. G 01 В 11/08, опублик. 16.07 .75. (54) ОПТИКО -ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ОБЪ- ЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптико-электронным устройствам для конт— роля линейных размеров объектов.

Целью изобретения является повышение точности контроля за счет частичной компенсации угла дифракции светового пучка 1-го дифракционного максимума от первой дифракционной решетки и обеспечения растрового сопряжения решеток с max ом. от 5 до 10 мкм, установленных на расстояниях свыше

150 мм и с шагом до 500 мкм на расстояниях 1,5-2 м. Луч света от лазера расщепляется на светоделительной пластине на два луча равной интенсивности. Луч, прошедший бипризму, напращяется на сканирующий элемент.

Випризма выполнена с преломляющим

„„SU, 124!063 А1 углом 8, определяемым по формуле

e=arcsin (9/Р)-arctg (Z/Í)/(ï-1), где — длина волны света-; P — шаг решетки; Z — смещение,+1-го дифрак° ционного максимума относительно О-го;

Н вЂ” расстояние между решетками; и— .показатель преломления стекла. Первая

: дифракционная решетка и бипризма выполнены в виде единого оптического элемента. При своем вращении скани" рующий элемент преобразует падающий неподвижный луч в движущийся параллельно самому себе. В процессе сканирования луч последовательно пересекает соответствующие границы контролируемого объекта и фокусируется линзой на фотоэлемент. На выходе фотоэлемента генерируется импульс фототока длительностью, пропорциональной размеру контролируемого объекта.

Этот импульс поступает на первый ход схемы сравнения. Луч второй ветви также преобразуется в движущийся параллельно самому себе и перемещается вдоль второй дифракционной решетки, взаимодействуя с ней. Результатом взаимодействия являются движущиеся комбинационные полосы, которые фокусируются линзой на фотоэлемент, им,пульс с которого поступает на второй вход схемы сравнения. Со схемы срав-, нения в счетчик поступает пачка корот. ких импульсов, число которых пропорционально размеру контролируемого объекта. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1241063 2

Изобретение относится к измери- ными решетками 9 и 11, счетчик 15 тельной технике, в частности к опти- и схему 16 сравнения, электрически ко-электронным устройствам для конт- связанную входами с фотоэлементами 5 роля, линейных размеров объектов. и 13, а выходом — со счетчиком 15 .

Целью изобретения является повы5

Бипризма 10 выполнена с преломляюшение точности контроля за счет час- щим углом ц, определяемым по формуле тичной компенсации угла дифракции светового пучка 1-го дифракционного Q c 6 п (М р1- ас (2 (q)

В.

) максимума от первой дифракционной n-< решетки,и обеспечения растрового со- 10 где Ъ вЂ” длина волны света; пряжения решеток с шагом от 5 до Р— шаг решетки;

10 мкм, установленных на расстояниях Z — смещение +1-ro дифракционносвыше 150 мм, и с шагом до 500 мкм на . ro максимума относительно расстояниях 1,5-2:м. 0-го;

На фиг. 1 приведена принципиальная 15 Н вЂ” расстояние между решетками; схема. оптико-электронного устройства; n — показатель преломления на фиг. 2 — принципиальная оптичес- стекла. кая схема растрового сопряжения (пунк- Первая дифракционная решетка 9 тиром показан ход лучей в случае от- и бипризма 10 конструктивно выполнесутствия бипризмы, а сплошной лини- .. 20 ны в ниде еДиного оптического элемен-. ей — при наличии бипризмы после пер- та (фиг. 3). вой дифракционной решетки, S — - свето- Устройство работает следующим

Вой пучок (g и р< углы дифракции образом. соответственно 1-го и 2-ro максиму- Луч света от лазера 1 расщепляет- . мов, 9 — преломляющий угол бипризмы, 25 ся на светоделительной пластине 2

Н вЂ” расстояние между решетками); на два луча равной интенсивности. на фиг. 3 — выполнение первой дифрак- Отраженный от светоделительной пласционной решетки и бипризмы в виде еди тины 2 луч формируется коллимирующей ного оптического элемента; на фиг. 4-- системой 3 и направляется. на сканиизображение максимумов освещенности . ЗО рующий элемент 14. При своем вращении

О-го, 1-го и 2-ro порядков от первой, . со скоростью Я сканирующий элемент 14 дифракционной решетки (считая по ходу преобразует падающий неподвижный луч луча) в плоскости второй дифракцион- в движущийся параллельно самому себе. ,ной решетки при наличии бипризмы . В процессе сканирования луч последов оптическом канале между -решет- вательно пересекает соответствующие

35 ками (Т вЂ” участки наложения О-го границы контролируемого объекта 17. максимума с 1-ым, где наблюдается . и фокусируется линзой 4 на фотоэлеинтерференционная .картина после взаи- мент 5. На выходе фотоэлемента 5 гемодействия со второй решеткой); на нерируется импульс фототока длительфиг. 5 — изображение максимумом О-го, ностью, пропорциональной размеру

1-го и 2-ro порядков от первой дифрак- контролируемого объекта 17. Этот имционной решетки в плоскости второй ди- пульс поступает на первый вход схефракционной решетки:при отсутствии . мы 16 сравнения. бипризмы между решетками.. Во втором канале луч, прошедший

Устройство содержит лазер 1, свето- светоделительную пластину 2, форми45 делительную пластину 2, делящую руется коллимирующей системой,6 в ши. световой поток на две ветви, последо- рокий нерасходящийся пучок диаметром вательно установленные в одной ветви 6 мм, который посредством зеркал 7 коллимирующую систему 3, фокусирующую и 8 направляется на первую дифракци-. линзу 4 и, фотоэлемент 5, последова- онную решетку 9, а затем на биприз50 тельно установленные в другой ветви . му 10. коллимирующую систему 6, плоские зер- Преломпяющий угол 9 бипризмы 10 кала 7 .и 8, первую дифракционную ре- связан с шагом первой дифракционной шетку 9, бипризму 10, вторую дифрак- решетки 9, с расстоянием Н между диционную решетку 11, фокусирующую лин- фракционными решетками 9 и 11 и с ве. зу 12 и фотоэлемент 13, сканирующий 55 личиной смещения 0-ro и +1-го максиэлемент 14 расположенный в обеих вет- мумов следующим соотношением:.

Э

I вях между коллимирующей системой 3 arcsln(AIpj alt ctg(Ы и фокусирующей линзой 4 и дифракцион3 1 24106

Выполнение этого соотношения обес" печивает сопряжение дифракционных решеток .9 и 11 практически с любым шагом, установленных на расстояниях от нескольких миллиметров до единиц где A PZ2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что .первая дифракционная решетка и бипризма выполнены в виде единого оптического элемента. метров.

Луч, прошедший бипризму 10, нарравляется на сканирующий элемент 14.

Лучи первой и второй ветвей проходят через центр сканирующего элемен-: 1О та 14 во взаимно перпендикулярных направлениях. Луч второй ветви также . преобразуется в движущийся параллельно самому себе и перемещается вдоль второй дифракционной решетки 11, взаи-1g модействуя с ней. Результатом .взаимодействия являются движущиеся комбинационные полосы, которые фокусируют.ся линзой 12 на фотоэлемент 13. Так как фотоэлемент 13 расположен в фокальной плоскости фокусирующей линзы 12, то продольное смещение лучей отсутствует и дифракционная картина представляется неподвижной. Комбинационные же полосы движутся и фотоэлемент 13, установленный в первом боковом максимуме освещенности ди фракционной картины, регистрирует изменение интенсивности света. Выход" ной сигнал с фотоэлемента 13 представляет собой почти синусоидальные сигналы и поо)гупает на второй вход схемы 16 сравнения, в которой преобразуется в короткие импульсы. Со схемы 16 сравнения в счетчик 15 поступа35 ет пачка коротких импульсов, число которых пропорционально длительности импульса, снимаемого с фотоэлемента 5 первой ветви, и, соответственно, размеру контролируемого объекта 17. 4о

Формула из о бр ет ения

1. Оптико-электронное устройство для контроля линейных размеров объек3 4 тов, содержащее лазер, светоделительную пластину, делящую световой поток на две ветви, последовательно установленные в одной ветви коллимирующую систему, фокусирующую линзу и фотоэлемент, последовательно установленные в другой ветви коллимирующую систему, плоские зеркала, две дифракционные решетки, фокусирующую линзу и фотоэлемент, сканирующий элемент, расположенный в обеих ветвях между коллимирующей системой и фокусирующей линзой и дифракционными решетками, счетчцк и схему сравнения, электрически связанную входами с фотоэлементами, а выходом — со счетчиком, о т л и ч а ю,щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля,. оно снабжено бипризмой, установленной между первой по ходу излучения ди фракционной решеткой и сканирующим элементом, а бипризма выполнена с преломляющим углом 9, определяемым по формуле: агc9)))(hI р)-а) с1 (2 )))

8**

))-1 длина волны света; шаг решеток; смещение +1-го дифракционного максимума относительно

0-го; расстояние между решетками; показатель преломления стекла.

1241063

Фиг. f

1241063

1й 2й

Составитель Л.Лобзова

Редактор К. Волощук Техред Л.Олейник Корректор JI.Пнпипенко

Заказ 3478/35 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4