Автоколлимационное устройство для бесконтактного контроля профиля полированных поверхностей

 

Изобретение может использоваться для бесконтактного контроля формы поверхности оптических деталей. Целью изобретения является повышение точности и производительности измерения путем исключения сложных кинематических схем перемещения фотоэлектрического автоколлиматора. Формируют зону автоколлиматорами 1 и 2, направляют пучки с помощью N пластинок 3-8 по нормали к контролируемой поверхности 36 в N точках, принимают отраженные от поверхности 36 пучки фотоприемниками 23, 24 и 30, 31. Узкополосными усилителями сигналы усиливают и подают в каждом автоколлиматоре на фазовые дискриминаторы , где определяется величина и знак смещения осей пучков с центров фотоприемников 34 и 35. В случае отступления профиля поверхности 36 от профиля образцовой поверхности оси в местах дефектов поверхности не совпадают с нормалями к ней, о чем судят по появлению отличных от нуля сигналов на выходе дискриминаторов . 3 ил. 0) со ГчЭ О О5 О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1320660

А1 (51) 4 G 01 В 11 24

IИ, . „13

ИЫ:11таИ !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

СА.1

Ж

CO

СЬ (:В

СР

17 фиг,!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4021485/24-28 (22) 17.02.86 (46) 30.06.87. Бюл. № 24 (72) Э. Д. Панков, Е. А. Шишлов, В. В. Рюхин и Э. А. Антонов (53) 531 717.2(088.8) (56) Агторское свидетельство СССР

И 1186::i42, кл. G 01 В 11/24, 1985. (54) АЕ ГОКОЛЛИМАЦИОННОЕ УСТРОЙСТЕ -О ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯ ПОЛИРОВАННБ1Х ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Изобретение может использоваться для бесконтактного контроля формы поверхности оптических деталей. Целью изобретения является повышение точности и производительности измерения путем исключения сложных кинематических схем перемещения фотоэлектрического автоколлиматора. Формируют зону автоколлиматорами 1 и 2, направляют пучки с помощью N пластинок

3 — 8 по нормали к контролируемой поверхности 36 в N точках, принимают отраженные от поверхности 36 пучки фотоприемниками 23, 24 и 30, 31. Узкополосными усилителями сигналы усиливают и подают в каждом автоколлиматоре на фазовые дискриминаторы, где определяется величина и знак смещения осей пучков с центров фотоприемников 34 и 35. В случае отступления профиля поверхности 36 от профиля образцовой поверхности оси в местах дефектов поверхности не совпадают с нормалями к ней, о чем судят по появлению отличных от нуля сигналов на выходе дискриминаторов. 3 ил.

1320660

5 10

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бссконтактного контроля формы поверхности оптических деталей, в том числе асфери вских.

1,ель изобретения — повышение точности и производительности измерения путем исключения сложных кинематических схем н< ремещения фотоэлектрического автоколлиматора относительно контролируемой поверхности в процессе измерения и использования дискретного определения отклонения контролируемой поверхности от образцовой.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 —, схема реги"; на фиг. 3— структуры сечений зондирующих пучков.

Устройство содержит столик, предназначенный для размещения на нем контролируемого оо ьекта (не показаны), первый 1 и второй 2 фотоэлектрические автоколлиматоры, М полупрозрачных пластинок 3 — 8 и

N шторок 9 — 14 с механизмами перемещения (не показаны).

Первый фотоэлектрический автоколлиматор 1 (фиг. 1) состоит из четырех источников излучения 15 — 18, зеркальной пирамиды 19, первого 20 и второго 21 светоделителей, объектива 22 и двух фотоприемников 23 и 24.

Второй автоколлиматор 2 выполнен в виде четырех источников 25 — 28 излучения, зеркальной пирамиды 29, первого 30 и второго

31 светоделителей, первого 32 и второго 33 объективов и двух фотоприемников 34 и 35.

На фиг. 1 также обозначена контролируемая поверхность 36.

На фиг. 2 показаны блоки 37 — 40 питания, усилители 41 — 44, и фазовые дискриминаторы 45 и 46.

Источники модулированного излучения, например светодиоды, установлены в каждом автоколлиматоре вдоль двух взаимно перендикулярных направлений навстречу друг другу, и точка пересечения их осей совпадает с вершиной зеркальной пирамиды.

Источники 15, 16 и 17, 18 излучения попарно подключены к блокам 39 и 40 питания, которые обеспечивают излучение каждой пары светодиодов на собственных частотах соответственно f, и („при этом в каждой паре источники 15 и 16, 17 и 18 излучают в противофазе. К выходам фотоприемников 34 и

35 подключены узкополосные усилители 41 и 42, настроенные соотвенно на частоты из„ iучения 13 H f4.

Во втором автоколлиматоре расположение элементов и их связи аналогичны описанному.

Оптические оси объективов 32 и 33 (фиг. 1) взаимно перпендикулярны и лежат одной плоскости, совпадающей с плоское.ью измеряемого профиля контролируемой поверхности 36. При этом ось объектива 32 расположена вертикально и в процессе измерсния -овпадает с осью столика, на котором размещена контролируемая поверхность

36, вдоль оси объектива 33 расположена система полупрозрачных пластин 3 — 8. Пластины 3 — 8 установлены неподвижно, однако с целью обеспечения настройки прибора имеют возможность вращения вокруг осей (не показаны), пересекающих оптическую ось объектива 33 и перпендикулярных плоскости измеряемого профиля контролируемой поверхности 36, кроме того, возможно перемещение зеркал вдоль оптической оси объектива 33 по направляющим (не показаны).

Перед каждой из полупрозрачных пластин

3 — 8 установлены непрозрачные шторки 9—

14, имеющие возможность ввода и вывода из поля зрения автоколлиматоров 1 и 2.

Конструкции автоколлиматоров 1 и 2 обеспечивают формирование в излучаемых ими параллельных пучках равносигнальных зон за счет того, что источники 15 и

16, 17 и 18, 25 и 26, 27 и 28 в каждой паре излучают в противофазе и, кроме того, каждая пара источников излучает на собственной частоте соответственно fi, 4, 1з, f4.

В результате каждый пучок оказывается разделенным на четыре зоны с разными свойствами оптического излучения. Г1ри этом границей между зонами, ширина которой определяется в основном дифракцией, является оптическая ось. Противоположные зоны переносят энергию излучения на одной из частот f<, fi, fq, f, но в противофазе гу= 0 или y= 180 . Сечения пучков автоколлиматоров 1 и 2 соответственно представлены на фиг. 3а и б.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений на место детали с контролируемой поверхностью 36 устанавливают деталь с образцовой поверхностью. Включают блоки 37 — 40 питания.

Вводят перед полупрозрачными пластинами

3 — 8 непрозрачные экраны 9 — 14. В результате от автоколлиматора 2 идет только один световой пучок, оптическую ось которого совмещают с оптической осью образцовой поверхности, для чего перемещают эту поверхность по двум взаимно перпендикулярным направлениям при помощи координатно-измерительного столика, обеспечивая совпадение осей отраженного пучка с оптической осью объектива 32, о чем судят по нулевым сигналам на выходе фазового дискриминатора 45, Таким образом фиксируют положение оптической оси образцовой поверхности, а следовательно, нормали к поверхности вершинной точки А.

Затем последовательно выводят из поля зрения шторку 9, что обеспечивает попадание на полупрозрачную пластину 3 светового пучка, вышедшего из объектива 33. Световой пучок частично проходит пластину 3 и частично отражается от нее в сторону образцовой поверхности (не показана), отразившись от которой через светоделительные элемен1320660 ты 30 и 31, поступает на фотодиоды 34 и 35.

При смещении оси пучка с центра фотоприемника с него снимают сигнал, величина которого пропорциональна величине смещения. Фазовые дискриминаторы 45 и 46 обеспечивают определение знака смещения. Механизмы регистрации и селекции сигналов в обоих автоколлиматорах 1 и 2 одинаковы и могут быть пояснены на примере работы автоколлиматора 2.

Пучок света, вернувшийся в автоколлиматор 2, например, через объектив 33, делится на светоделительном элементе 31 и попадает на фотоприемники 34 и 35, Так как фотоприемники 34 и 35 (фотодиоды) подключены к усилителям 41 — 44, настроенным на разные частоты f и 4,сигналы на выходе усилителей 41 и 42 равны О, это условие соблюдается при совпадении осей пучков с центрами фотодиодов 34 и 35. В противном случае сигналы с выходов усилителей 41 — 44 отличны от О.

В фазовом дискриминаторе 45 определяется знак смещений осей пучков с центров фотодиодов 34 и 35.

Развг>,..этом пластинки 3 вокруг оси получают нулевой сигнал с фотоприемников 34 и 35, обеспечивая совпадение осей падающего и отраженного пучков. Затем осуществляют поиск положения нормалей к образцовой поверхности в ряде других точек С, D, Е, F, G, для чего аналогично описанному последовательно убирают шторки 10 — 14 и производят развороты полупрозрачных пластинок 3 — 8 до появления нулевых сигналов на выходе фазовых дискриминаторов

45 и 46.

Настроив таким образом устройство, убирают деталь с образцовой поверхностью и на ее место устанавливают деталь с подлежащей контролю поверхностью 36.

Если измеряемый профиль контролируемой поверхности 36 не отличается от профиля образцовой поверхности, всезондирующие пучки проходят к поверхности по ее нормалям.

Формула изобретения

Автоколлимационное устройство для бесконтактного контроля профиля полированных поверхностей деталей, содержащее столик, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси и предназначенный для размещения на нем контролируемой детали, и фотоэлектрический автоколлиматор, включающий четыре источника излучения, два блока питания, каждый из которых соединен с соответствующими двумя источниками, и последовательно расположенные по направлению излучения источников зеркальную четырехгранную пирами15 ду, два светоделителя и объектив и в обратном направлении излучения от детали два фотоприемника, каждый из которых установлен за соответствующим светоделителем, два узкополосных усилителя, каждый из которых электрически связан с соответствующим фотоприемником, и фазовый дискриминатор, соединенный с усилителями, пирамида установлена таким образом, что ее вершина совмещена с фокусом объектива. а источники излучения установлены попарно вдоль взаимно перпендикулярных направлений, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерения, оно снабжено вторым аналогичным фотоэлектрическим автоколлиматором, объективом, установленным во втором авто30 коллиматоре перпендикулярно его оптической оси по ходу излучения от светоделителя, N полупрозрачными пластинками и N непрозрачными шторками с механизмами их перемещения, второй автоколлиматор установлен таким образом, что оптическая ось

35 первого объектива совмещена с осью вращения столика, а ось второго перпендикулярна оптической оси первого автоколлиматора, полупрозрачные пластинки установлены последовательно вдоль оптических осей обоих

40 автоколлиматоров с возможностью переме. щения в направлении этих осей и поворота вокруг осей, им перпендикулярных, а каждая из непрозрачных шторок установлена перед соответствующей полупрозрачной пластинкой.

1320660

Составитель Н. Солоухин

Редактор А. Огар Техред И. Верес Корректор А. Ильин

Заказ 2649/44 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 I 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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