Способ измерения углов,образуемых тремя гранями призмы,и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения и допускового контроля погрешностей изготовления углов и пирамидальности призм.. Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений, а также их автоматизапия. Поток излучения от осветительной системы, прошедший через диафрагму и полупрозрачное покрытие светоделителя, коллимируется объективом. Вьрсодящий из объектива пучок попадает на призму, где делится на три части, одна из которых отражается одной гранью призмы, вторая - другой гранью, третья - с помощью вспомогательных зеркал непосредственно от грани, базируемой относительно установочной плоскости. Каждая из зтих частей формирует автоколлимационное изображение диафрагмы в плоскости анализатора, выполненного в виде радиально-секторного растра. Если на измерительный столик установлена эталонная призма, то автоколлимационные изображения располагаются по одной оси на расстоянии, равном или кратном периоду растра. При установке на измерительный столик контролируемой призмы авт околлимационные : изображения займут положения, отличные от эталонных. Величина отклонения угла определяется по разности фаз между электрическими сигналами с генератора опорного напряжения (ГОНов) и центральных фотоприемников. Автоматизация процесса измерений достигается выполнением блока регистрации и определенной ориентацией двух зеркальных ромбов и их выполнением. 2 с. и 1 3.п. ф-лы, 4 ил. S (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН пе Я0 <в 5 848

А1 511 4 G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/, -,.

Н А 8ТОРСНОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 3843106/24 — 28 (22) 21. 01. 85 (46) 15.08.86. Бюл. № 30 (72) В.А.Горшков, О.Н,Фомин, E.È.Ëîçбенев, А.И.Жданов, Ю.А,Бурлак, В.А.Соломатин, В.А.Шилин и Н.Л.Луценко (53) 528.711, 11: 535. 317. 7 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР № 683110, кл. G 01 В 11/26, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 619791, кл. С 01 В 11/26, 1978. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ, ОБРАЗУЕМЫХ ТРЕМЯ ГРАНЯМИ ПРИЗМЫ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения и допускового контроля погрешностей изготовления углов и пирамидальности призм. Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений, а также их автоматизация. Поток излучения от осветительной системы, прошедший через диафрагму и полупрозрачное покрытие светоделителя, коллимируется объективом. Выходящий из объектива пучок попадает на призму, где делится на три части, . одна из которых отражается одной гранью призмы, вторая — другой гранью, третья — с помощью вспомогательных зеркал непосредственно от грани, базируемой относительно установочной плоскости. Каждая из этих частей формирует автоколлимационное изображение диафрагмы в плоскости анализатора, выполненного в виде радиально-секторного растра. Если на измерительный столик установлена эталонная призма, то автоколлимационные изображения располагаются по одной оси на расстоянии, равном или кратном периоду растра. При установке на измерительный столик контролиl руемой призмы автоколлимационные " изображения займут положения, отличные от эталонных. Величина отклонения угла определяется по разности фаз между электрическими сигналами с генератора опорного напряжения (ГОНов) и центральных фотоприемников. Автоматизация процесса измерений достигается выполнением блока регистрации и определенной ориентацией двух зеркальных ромбов и их выполнением. 2 с. и 1 з и. ф лы, 4 ил.

12508

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения и допускового контроля погрешностей изготовления трех углов и пирамидальности различных призм на одну. Установку.

Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений, а также их автоматизация за счет измерения всех угловых погре- 10 шностей изготовления эа одну установку

На фиг.1 показан ход лучей, направляемых на контролируемую призму, на фиг.2 — расположение автоколлимацион- 15 ных бликов в поле зрения; на фиг.3 схема устройства; на фиг.4 — радиально-секторный растр, вид в плоскости, перпендикулярной оси устройства.

На чертежах приняты следующие обо- 20 значения: контролируемая призма 1, установочная поверхность 2 столика, направляющий упор 3, плоские зеркала

4 и 5, вспомогательные зеркала 6 и 7, автоколлиматор 8,осветительная систе- 2 ма 9, источник излучения 10, конденсор 11, волоконно-оптический световод 12, марка 13, выполненная в виде диафрагмы, плоское зеркало 14, объек тив 15, светоделительный блок 16, 30 светоделительная призма 17, плоские зеркала 18-20, анализатор 21, генератор 22 опорного напряжения (ГОН), фотоприемный блок 23, электронный блок обработки сигнала 24-30, фазометр 31, индикатор 32 измеряемых величин.

Способ измерения углов заключается в следующем.

Контролируемая призма I устанавливается одной из контролируемых граней на установочную плоскую поверхность 2 столика и прижимается второй контролируемой гранью к направляющему упору (фиг.1). Столик предварительно ори- 45 ентирован относительно двухкоординатного автоколлиматора 8 таким образом, что его поверхность 2 перпендикулярна оси пучка автоколлиматора, а базовая линия упора 3 параллельна одной иэ координатных осей, например оси У, системы отсчета координат в автоколлиматоре 8. Излучение автоколлиматора, отраженное обращенными к нему контролируемыми гранями призмы, направляется на плоские зеркала 4 и 5, установленные на столике таким образом, что их нормали перпендикулярны

48 2 базовой линии упора 3 и образуют с осью автоколлиматора углы 2А + t и

2 5 -, где А и р — номинальные значения углов, образуемых обращенными к автоколлиматору контролируемыми гранями с третьей гранью, а — угол, соответствующий необходимому для анализа разнесению автоколлимационных бликов в поле зрения автоколлиматора.

Благодаря описанной ориентации плоских зеркал 4 и 5, они направляют падающие на них пучки обратно на те же грани призмы и затем в объектив автоколлиматора. При этом в поле зрения автоколлиматора формируются два автоколлимационных блика, соответствующих пучкам, образованным после последовательного отражения от грани призмы соответствующего плоского зеркала и вновь от той же грани.

При отсутствии отклонений контролируемых углов от. номинальных значений блики оказываются симметричными относительно оси У и отстоящими от

I нее на расстояние х, = 24f g, где f фокусное расстояние объектива автоколлиматора.

При наличии погрешностей контролируемых углов автоколлимационные блики смещены из указанных положений (фиг.2). Причем их смещение по оси Х несет информацию об ошибках д и » углов А и Р соответственно ЪХ.

tg 4 (i 1, 2), а смещение блика, соответствующего отражению от зеркала 5, по оси У определяет нирамидальность 3Г контролируемьм граней

cosd. дуол = f --- — — tg 4 Л.

sin P

Устройство, реализующее предлагаемый способ измерения погрешностей изготовления углов и пирамидальности призм (фиг.3), содержит предметный столик, снабженный установочной поверхностью 2 с расположенными на ней направляющим упором 3 и двумя плоскими зеркалами 4 и 5, вспомогательные зеркала 6 и 7, и фотоэлектрический автоколлиматор 8, в состав которого входит осветительная система 9, содержащая источник 10 излучения, конденсор 11, волоконно-оптический световод 12, малоразмерную диафрагму 13 и плоское зеркало 14, объектив 15, фокальная плоскость которого совмещена с плоскостью диафрагмы 13, светоделительный блок 16, расположенный между осветительной системой и объек1250848 тивом, и образ тощий два оптических канала — канал измерения отклонений углов и канал измерения пирамидальности. В состав светодепительного блока входят светоделительная призма 17 и плоские зеркала 18 — 20. Призма 17 препредставляет собой склейку трех прямоугольных призм, причем склеиваемые грани имеют полупрозрачное покрытие.

Фокальные плоскости каналов совмещены 10 с плоскостью анализатора 21, который представляет собой радиально-секторный растр с чередующимся прозрачными и непрозрачными штрихами равной ширины, установленный на аси вращения, перпендикулярной плоскости изображения. Оптические оси каналов Х и У о пересекают растр через 90 по окружности его рабочей дорожки. В каждом канале размещен ГОН 22, соединенный с электронным блоком обработки сигнала, За растрам по оси Х в каждом канале расположено фотоприемное устройство 23, содержащее волоконно-оптические световоды 24-26, выходные торцы которых подведены к чувствительным площадкам приемников 27-29 излучения. Приемники излучения подключены к электронному блоку 30 обработки сигнала, соединенному с фазометром 31 и индикатором измеряемых величин 32.

Первая полупрозрачная грань призмы 17 играет роль светаделителя, совмещающего оси коллиматора и блока ре35 гистрации. Вторая полупрозрачная грань совместно с зеркалом 18 и зеркало 19 совместно с зеркалом 20 составляют зеркальные ромбы, образующие два канала блока регистрации.

Устройство работает следующим образам.

Поток излучения от осветительной системы, прошедший через диафрагму

13 и первое полупрозрачное покрытие 4S светоделительной призмы 17, коллимируется объективом 15. Параллельный пучок лучей, выходящий из объектива

15, попадает на призму 1, где он делится на три части: первая отражаетсяИ одной гранью призмы, вторая — другой гранью, а третья — с помощью вспомогательных зеркал 6 и 7 непосредственно от грани, базируемой относительно установочной плоскости.. Каждая55 из этих частей формирует. автоколлимационное изображение диафрагмы 13 в плоскости анализатора 21. Первое изображение создается потоком излучения, отразившимся последовательно от первой грани призмы 1, зеркала 4, и вновь от той же грани. Второе изображение создается отражением от второй грани призмы t аналогично первому, только с помощью зеркала 5, а третье — потоком Излучения, отразившимся от вспомогательных зеркал 6 и 7, грани призмы, базированной относительно установочной плоскости, и снова ат вспомогательных зеркал. Каждый из потоков делится пополам вторым полупрозрачным покрытием светаделительной призмы 17 и, отразившись от соответствующих зеркал 18-20, создает в каждом из каналов в плоскости анализатора 21 автоколлимационные изображения диафрагмы 13.. На фиг.4 показано взаимное расположение автоколлимацианных изображений в плоскости анализатора. В канале измерения отклонений углов анализатор движется по оси Х, а в канале измерения пирамидальности — по аси У.

Если на измерительный столик установлена эталонная призма, то автоколлимационные изображения располагаются по оси Х на расстоянии, равном или кратном периоду растра Т. Поток излу— чения от каждого изображения после анализатора ло световодам 24-26 поступает на чувствительную площадку соответствующего приемника 27-29 излучения. При вращении анализатора 21 (движение растра па оси Х в канале измерения углов и па аси У в канале измерения пирамидальности) потоки изизлучения от каждого изображения преобразуются фотоприемными устройствами

23 в электрические сигналы, соответствующие положению каждого из изображений, разность фаз которых равна нулю.

При установке на измерительный столик контролируемой призмы автоколлимационные изображения занимают положения, отличные от эталонных, при этом изображение, полученное от первой грани, смещается по аси Х, изображение, полученное от второй грани призмы, может сместиться как по оси

Х, так и по оси У, а центральное автоколлимационное изображение по осям

Х и У по-грежнему занимает нулевое полажение, т. е. разность фаз между электрическими сигналами с ГОНов 22 и центральных фотоприемников 28 равна

0848

5

15 — 4сг по которой можн ние Д, угла д-..

11о разности изготовления J угла f). Эти разности г фаз также измеряются фазометром 31 °

В канале измерения пирамидальности 20 расположение автоколлимационных изображений такое же, как и в канале измерения углов, но растр движется по оси У. Это дает возможность преобразовать угловое расстояние между анто25 коллимационными изобряжениями ot граней днугранного угла н разность фаэ

30 где à — пирамидальность призмы. разность фаз Ь р„ также измеряется фазометром 31, В электронном блоке 30 эти сигналы сравниваются и поступают на инди35 хатор измеряемых углов 32, который выдает отклонения трех углов и пирамидальность призмы н цифровом виде.

Предлагаемый способ измерения углов призм и устройство для его осу40 ществления обеспечивают повышение точности измерений эа счет увеличения коэффициента преобразования угла в перемещение до 4-х в силу двухкратного отражения коллимированного пучка

45 от граней контролируемой призмы, повышение производительности процесса измерения благодаря сокращению времени, затрачиваемого на базирование призмы относительно автоколлиматора, автоматизацию процесса измерений, благодаря примененной форме выполнения блока регистрации.

S 125 нулю. Некоторому угловому расстоянггю между автоколлимационными изображениями от граней днугранного угла соответствует разность фаз между электрическими сигналами. Угловому расстоянию йХ, между центральным автоколлимационным изображением и автоколлимационным изображением от нерной грани соответствует разность фаз (рис.4) 360

Г о определить отклоне1 фаэ и 1 = 4сГ f x х --.--- можно определить погрешность

Т

360 cos1 г02 . т з п

Т сб

3 формула изобретения щийся и том, что направляют на призму со стороны ребра, образованного двумя из контролируемых граней, пучок лучей двухкоординатного автоколлиматора, определяют расположение автоколлимационных бликов в поле зрения автоколллматора и ло расположению бликов судят об измеряемых углах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, лучок автоколлиматора направляют перпендикулярно третьей контролируемой грани с помощью плоских зеркал, ориентированных в системе координат, связанной с автоколлиматором, возвращают отраженные контролируемыми гранями пучки на теже грани призмы и определяют расположение бликов, полученных после двухкратного отражения от одной и той же контролируемой грани.

2. Устройство для измерения углов, образуемых тремя гранями призмы, содержащее двухкоординатный автоколлиматор, включающий осветительную оптическую систему, выполненную в виде источника излучения и последовательно расположенных по ходу его лучей конденсора и марки, снетоделитель, оптически связанный с осветительной системой, объектив, установленный по ходу одного из пучков, полученных из пучка, выходящего из осветительной системы после однократного прохождения им светоделитсля, и блок регистрации, установленный таким образом, что его ось оптически сопряжена с осью осветительной системы относи- тельно светоделителя, столик для установки контролируемой призмы с расположенными на нем элементами для базирования призмы, расположенный на пути пучка, выходящего из автоколлиматора со стороны объектива, о т л ич а ю щ е е с я .тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, устройство снабжено двумя плоскими зеркалами, элементы базирования призмы выполнены в виде плоской установочной поверхности и направляющего упора, столик ориентирован таким образом, что плоская поверхность перпендикулярна оси падающего на столик пучка, а базовая линия направляющего упора параллельна одной из координатных осей системы от1, Способ измерения углов, образуемых тремя гранями призмы, заключаюсчета координат в автоколлиматоре, зеркала установлены неподвижно на пути пучков, получаемых путем отражения

7 1250 пучка автоколлиматора контролируемыми гранями призмы, и ориентированы таким.образом, что нормали к их отражающим поверхностям перпендикулярны базовой линии направляющего упора и .. составляют с визирной осью автокиллиматора углы 2J. +Д и 2P - соответственно, где А и Р— номинальные значения углов, образуемых обращенными к автоколлиматору контролируемыми 30 гранями призмы с третьей контролируемой гранью, — угол, соответствующий раздельному изображению автоколлимационных бликов в поле зрения автоколлиматора. 15

3. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью автоматизации процесса измерений, блок регистрации выполнен двухканальным и содержит размещенные последовательно 20 по ходу пучка, идущего от светоделителя в направлении блока регистрации, два зеркальных ромба, ориентированных таким образом, что главная плоскость одного из ромбов параллельна базовой 25 линии направляющего упора, главная плоскость второго ромба перпендикулярна главной плоскости первого, а линия пересечения их главных плоско848. 8 стей совпадает с прямой, оптически сопряженной с.осью осветительной системы относительно светоделителя, радиально-секторный растр, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси симметрии в положение, при котором его ось симметрии совпадает с линией пересечения глазных плоскостей ромбов, а плоскость растра оптически сопряжена с фокальной плоскостью объектива относительно оптической системы, образованной светоделителем и зеркальными ромбами, два фотоприемных блока, каждый из которых включает по два фотоприемника, установленных на пути пучков, вышедших из ромбов и прошедших прозрачные участки растра, попарно симметрично относительно осей каналов блока регистрации в плоскости, перпендикулярной базовой линии направляющего упора на расстояниях

44f друг от друга, и блоки обработки электрических сигналов на выходе фотоприемников, причем входное зеркало первого по ходу лучей ромба выполнено полупрозрачным, а период

1 растра выбран кратным величине 25f, I где f — фокусное расстояние объектива автоколлиматора.

Pere . 2

1250848

Ю

Редактор Т.Парфенова

Заказ 514б

Тираж б70 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

Ф (м

Составитель М.Семчуков

ТехРед B.Кадар КоРРектоР С.ЧеРни