Двухкоординатное оптическое измерительное устройство

Авторы патента:

G01B9/04 - измерительные микроскопы (микроскопы вообще G02B 21/00)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля размеров деталей в процессе их изготовления, а также для измеренных деформации деталей (образцов ), находящихся под нагрузкой. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения измерений в произвольно ориентированной плоскости Устройство содержит последовательно установленные осветитель , четыре функционально попарно объединенных и расположенных в одной плоскости объектива, общий коллиматорный объектив, измерительную шкалу и окуляр . Объективы одной из пар могут перемещаться один относительно другого по одной из координатных осей и могут совместно перемещаться вдоль второй координатной оси. Объективы второй пары установлены с возможностью совместного перемещения в направлении, ортогональном направлению перемещения первых двух объективов и с возможностью независимого перемещения объективов в двух взаимно ортогональных направлениях. При тарировке устройства перемещением объективов добиваются совмещения фокусов объективов с границами эталонного объекта . При этом в поле зрения окуляра наблюдают равномерно светящийся фон. При замене эталонного объекта на контролируемый , регистр которого не совпадает с размерами эталона, в поле зрения окуляра наблюдают изображение либо светлой, либо темной вертикальной или горизонтальной полосы соответственно. Светлая полоса возникает, если измеряемый размер меньше размера эталона, темная - больше размера эталона. Измеряют ширину полос по измерительной шкале, определяют величины отклонений от эталона и вычисляют контролируемые размеры. 1 п. ф. 1 ил. V4 00 СО ьо о СА

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5t)s G 01 В 9/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4858217/28 (22) 08.08.90 (46) 23.12.92, Бюл, М 47 (71) Институт проблем прочности АН УССР (72) Е.Г,Делеур, Л.B,Êóçüìèí и А,Ф.Фомочкин (56) Воронцов Л.Н, Фотоэлектрические системы контроля линейных величин, М,; Машиностроение, 1965, с.179 вЂ” 181, фиг.127. (54) ДВУХКООРДИНАТНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля размеров деталей в процессе их изготовления, а также для измеренных деформации деталей (образцов), находящихся под нагрузкой, Цель изобретения вЂ” расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения измерений в произвольно ориентированной плоскости, Устройство содержит последовательно установленные осветитель, четыре функционально попарно объединенных и расположенных в одной плоскости объектива, общий коллиматорHblA объектив, измерительную шкалу и окуляр, Объективы одной из пар могут

Предлагаемое устройство относится к оптическим измерительным приборам, в частности к приборам для линейных измерений. Оно может быть использовано для бесконтактного контроля размеров деталей в процессе их изготовления, а также для измерения деформаций деталей (образцов), находящихся под нагрузкой, „„ Ы„„1783293 А1 перемещаться один относительно другого по одной из координатных осей и могут совместно перемещаться вдоль второй координатной оси. Объективы второй пары установлены с возможностью совместного перемещения в направлении, ортогональном направлению перемещения первых двух объективов и с возможностью независимого перемещения объективов в двух взаимно ортогональных направлениях. При тарировке устройства перемещением объективов добиваются совмещения фокусов объективов с границами эталонного объекта. При этом в поле зрения окуляра наблюдают равномерно светящийся фон. При замене эталонного объекта на контролируемый, регистр которого не совпадает с размерами эталона, в поле зрения окуляра наблюдают изображение либо светлой, либо темной вертикальной или горизонтальной полосы соответственно. Светлая полоса возникает, если измеряемый размер меньше размера эталона, темная вЂ” больше размера эталона. Измеряют ширину полос по измерительной шкале, определяют величины отклонений от эталона и вычисляют контролируемые размеры, 1 и. ф. 1 ил, Оптические приборы для линейных измерений широко известны. Это проекторы, микроскопы и другие, В них объектив создает увеличенное изображение объекта измерений, которое сравнивается с эталонной шкалой, Изображение и шкала рассматриваются либо непосредственно глазом, либо через окуляр.

1783293

40 установлены с возможностью взаимно соос- 45

Недостатком известных устройств является зависимость точности измерений от диапазона измерений. Обусловлено это тем, что в них диапазон измерений не превышает линейного поля зрения оптической системы, которое определяется увеличением последней, При возрастании увеличения пропорционально падает ее поле зрения.

Следовательно, чем больше точность измерения (больше увеличение), тем меньше поле зрения {диапазон измерений}.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является двухкоординатное оптическое измерительное устройство, содержащее последовательно установленные источник излучения, пропорциональную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых установлены с возможностью взаимно соосных перемещений в плоскости перпендикулярной оси измерения, а третий вЂ” в ходе измерения на его оси за первыми двумя объективами, измерительную шкалу и окуляр. Описанное устройство обеспечивает измерения лишь по одной координате. Однако в ряде случаев, например, при измерении деформации объективов (образцов), подвергаемых в процессе испытаний механическому и тепловому нагружению, перемещение объекта обеспечить практически невозможно. Поэтому указанное техническое решение имеет ограниченные функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения измерений в произвольно ориентированной плоскости.

Указанная цель достигается тем, что в известном оптическом измерительном устройстве, содержащем последовательно установленные источник излучения, проекционную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых ных перемещений в плоскости, перпендику лярной оси измерения, а третий вЂ” в ходе измерения на его оси за первыми двумя объективами, согласно изобретению устройство снабжено двумя дополнительными объективами, установленными в одной плоскости с первыми двумя объективами и с возможностью совместного перемещения пары дополнительных объективов в направлении, ортогональном направлению перемещения первых двух объективов в двух взаимно ортогональных направлениях.

С целью измерения малых объектов подвижные объективы выполнены децентрированными.

При этом устройство содержит по сути четыре объектива с подвижным компонентом вместо одного объектива. Поля зрения объективов совмещены, а каждый объектив строит изображение только границы объекта, а не всего объекта, что позволяет расширить диапазон измерений, Диапазон измерений определяется не увеличением оптической системы, а величиной диаметров коллиматорных объективов, что позволяет повысить увеличение оптической системы и, как следствие, повысить точность измерений, В предлагаемом устройстве оптическая система обеспечивает получение регистрации изменения положения объекта путем локального увеличения границ объекта, например, образца, подвергаемого механическому и тепловому нагружению.

Схема устройства представлена на фиг.1. Оно состоит из осветителя 1 и измерительного устройства 2, между которыми установлен объект измерений 3, например, образец для испытаний на термическую ус- . талость. Причем ось образца 3 перпендикулярна оптической оси. Образец 3 установлен в захватах установки для испытаний на термоусталость (на чертеже не показана).

Измерительное устройство 2 содержит общий коллиматорный объектив 4, перед которым в параллельном ходе лучей размеще- . ны четыре коллиматорных объектива 5, 6, 7, 8, измерительную шкалу 9 и окуляр 10. Оптические оси всех объективов параллельны.

Объективы 5, 6 и 7, 8 функционально объединены в пары и установлены в направляющих, обеспечивающих их перемещение в плоскости, перпендикулярной оптической оси, в. направлениях осей координат Х и Y.

Диаметры объективов пар 5, 6 и 7, 8 меньше диаметра объектива 4.

Объективы 5, 6 образуют первую пару и обеспечивают измерение размеров вдоль оси Х. Каждый объектив этой пары может перемещаться относительно друг друга вдоль оси Х и оба объектива пары могут перемещаться совместно вдоль оси У.

Объективы 7, 8 образуют вторую пару и обеспечивают измерение размеров вдоль оси У. Каждый объектив этой пары может перемещаться вдоль осей Х и У независимо друг от друга. Для обеспечения возможности измерения малых размеров объективы

5, 6, 7, 8 выполнены децентрированными, Величина децентровки выбирается исходя из воэможности совмещения фокусов объективов пар 5, 6 и 7, 8 при минимальном расстоянии между объективами. При этом фокусы объективов 5, 6, 7, 8 расположены в

1783293

50 одной плоскости, являющейся предметной плоскостью измерительного устройства.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно проводят его тарировку. Для этого после включения осветителя 1 в предметной плоскости измерительного устройства 2 устанавливают эталонный объект 3 (образец) с аттестованными размерами "а" и "в", соответствующими но- 10 минальным измеряемым размерам. При этом объективы 5, 6, 7, 8 формируют параллельные световые пучки от объекта измерений 3, поступающие в общий объектив 4 и образующие в плоскости эталонной шкалы

9 (фокальной плоскости объектива 4) четыре теневых изображения четырех границ объекта измерения 3, налагаемых друг на друга.

Перемещением объективов 5 и 6 вдоль оси

Х и 7 и 8 вдоль оси Y фокусы этих объективов совмещают с границами эталона. При этом в поле зрения наблюдается равномерно светящийся фон, так как границы теневых изображений от каждого объектива пары соприкасаются, а светлые и темные части изображений накладываются одно на другое. Наблюдение поля производится через окуляр 10.

После этого в предметной плоскости измерительного устройства устанавливают измеряемый объект 3 и наблюдают через окуляр 10 картину в поле зрения, Если размеры "а" или "в" измеряемого объекта 3 не совпадают с размерами зталона, в поле зрения окуляра 10 наблюдается иэображение либо светлой, либо темной вертикальной или горизонтальной полосы соответственно. Светлая полоса наблюдается, если измеряемый размер меньше размера эталона, темная вЂ” больше размера эталона. Измерив ширину полосы по изме рительной шкале 9, определяют величину отклонения от эталона и вычисляют измеряемый размер.

Совместное перемещение объективов

5, 6 или 7, 8 вдоль координатных осей позволяет производить измерение размеров в различных сечениях измеряемых образцов.

Наблюдаемая картина поля зрения не зависит от измеряемого размера, т.е. от расстояния между фокусами объективов пары, а определяется только отступлением измеряемого размера от эталонного, Погрешность измерения определяется только увеличением оптической системы, а диапазон измерений вЂ” световыми диаметрами объективов 4, 5, 6, 7, 8. Чем больше разность световых диаметров общего объектива 4 и обьективов пар 5, 6 и 7, 8., тем больше диапазон измерений, так как изображение в поле зрения окуляра 10 формируется только при перемещении объективов пар 5, 6 и 7, 8 в пределах светового отверстия объектива

4. При этом погрешность измерений остается практически постоянной в пределах всего диапазона измерений, что является техническим преимуществом данного устройства. При этом диапазон измерений данного устройства в сравнении с прототипом при одинаковом или даже большем увеличении знзчительно больший, т.е, при большем диапазоне измерений точность предложенного устройства выше.

По сравнению с прототипом предложеиное устройство имеет более широкие фуйкциональные возможности, Формула изобретения

Оптическое измерительное устройство, содержащее последовательно установленные источник излучения, проекционную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, двз из которых установлены с возможностью взаимно соосных перемещений в плоскости, перпендикулярной оси излучения, а третий в ходе излучения на его оси за первыми двумя объективами, измерительную шкалу и окуляр, о т л и w а а щ е ес я тем, что, с щелью расширения функциональныхых возможностей устройства путем обеспечения измерений в произвольно ориентированной плоскости, оно снабжено двумя дополнительными объективами, установленными в одной плоскости с первыми двумя объективами и с воэможностью совместного перемещения пары дополнительных объективов. в направлении, ортогональном направлению перемещения первых двух объективов, и с возможностью независимого перемещения объективов в двух взаимно ортогональных направлениях.

1783293!

1 вЂ”

Составитель Е.Делеур

Техред M.Moðãeíòàë Корректор О.Кравцова

Редактор Н.Козлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород; ул. агарина, 101

Заказ 4505 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и ткрьгиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Двухкоординатное оптическое измерительное устройство

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в ковровом производстве текстильной промышленности

Способ определения величины износа рабочих поверхностей зубчатых колес // 1702174

Изобретение относится к измерительной технике, к определению износа рабочих поверхностей зубчатых колес различных машин и механизмов

Голографический интерферометр // 1651092

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для получения топографических интерферограмм, и может быть использовано при изучении объектов, испытывающих температурное нагружение

Способ контроля качества линз и объективов // 1645809

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для контроля качества линз и объективов в производстве, занятом их изготовлением , Цель изобретения - повышение чувствительности контроля за счет увеличения контраста интерференционных полос

Дифференциальный оптический сканирующий микроскоп // 1629751

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, позволяющим измерять рельеф поверхности, и может быть использовано для контроля качества обработки поверхности, контроля однородности тонких пленок, измерения толщины тонких пленок, исследования неоднородяостей показателя преломления

Измерительный микроскоп для контроля качества оптических деталей и систем // 1580159

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в оптическом производстве для интерференционного технологического и аттестационного контроля оптических деталей и систем, в том числе с асферическими поверхностями, формирующих сферический волнлвой фронт

Способ получения интерферограммы вращающегося объекта // 1568678

Фотоэлектрическое устройство для наведения на границу света и тени // 1462099

Способ калибровки коноскопа поляризационного микроскопа // 1354032

Изобретение относится к оптике, а именно к калибровке коноскопа поляризационного микроскопа по эталонному анзиотропному минералу, и может быть использовано при проведении минералого-петрографических исследований

Тренажер для одноколейного транспортного средства // 1303815

Изобретение относится к конструкциям велотренажеров, используемых на спортивных базах, стадионах и велотреках

Способ оптической томографии трехмерных микрообъектов и микроскоп для его осуществления // 2145109

Микроскоп сравнения (варианты) // 2190246

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при сравнительном анализе объектов, в частности для идентификационных исследований в области криминалистики

Бесконтактный способ измерения линейных размеров, износа и устройство для его осуществления // 2252394

Изобретение относится к бесконтактным способам измерения линейных размеров, износа, а также к устройствам для их осуществления

Способ устранения ошибки увеличения отсчетного микроскопа // 2024822

Импульсная голографическая установка // 1796893

Изобретение относится к исследованию динамического напряжённо-деформированного состояния сооружений и конструкций методом фотоупругоети

Устройство обнаружения скрытых объектов // 1840514

Изобретение относится к области спецтехники и может быть использовано для обнаружения и опознавания скрытых объектов по тепловому излучению в полевых условиях как в дневное, так и в ночное время

Способ формирования изображения микрообъекта (варианты) и устройство для его осуществления (варианты) // 2525152

Изобретение относится к микроскопии. Согласно способу формирование изображения микрообъекта реализуют при помощи конфокального сканирующего микроскопа. При этом в процессе фокусировки излучения на плоскость исследования и в процессе фокусировки излучения на приемной щелевой диафрагме обеспечивают изменение размеров дифракционного максимума изображения каждой точки в плоскости фокусировки, сужая его в одном направлении по отношению к другим направлениям. Производят дополнительное сканирование исследуемого микрообъекта в нескольких различных направлениях, одновременно регистрируя координаты перемещения исследуемого микрообъекта и фотоэлектрические сигналы. Ориентацию направления сужения дифракционного максимума и щелевых диафрагм оставляют неизменной относительно направления сканирования. Производят совместную электронную обработку фотоэлектрических сигналов, зарегистрированных в первичном и дополнительных направлениях сканирования, и соответствующих им координат перемещения исследуемого микрообъекта. Технический результат - улучшение детализации (повышение разрешения) изображения исследуемого микрообъекта. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Система и способ для связанной со временем микроскопии биологических организмов // 2548597

Изобретение относится к микроскопии отдельных биологических организмов в жидком образце. Изображения, на которых могут быть идентифицированы отдельные биологические организмы, объединяют для создания наборов оптических срезов биологических организмов, и наборы оптических срезов анализируют для определения значения по меньшей мере одного параметра, описывающего микробную активность указанного отдельного биологического организма в каждом контейнере для образца. Техническим результатом является уменьшение времени исследования, повышение надежности и экономической эффективности результата. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 23 ил.

Многоканальный конфокальный микроскоп (варианты) // 2574863

Микроскоп содержит осветительный блок, в котором из коллимированного света формируется квадратная матрица лучей дифракционным оптическим элементом, фокусирующим эти лучи в плоскость матрицы конфокальных диафрагм и направляющим их через светоделительный кубик, модуль сканирования и фокусирующую оптику на объект. Отраженные от объекта лучи возвращаются в обратном направлении, отклоняются кубиком и попадают в регистрирующий блок на матрицу фотодетекторов через дополнительную матрицу конфокальных диафрагм, модуль сканирования и фокусирующую оптику. Модуль сканирования содержит две преломляющие плоскопараллельные пластины, установленные на ортогональных осях роторов. Движение пластин синхронизировано с движением пластин аналогичного модуля сканирования регистрирующего блока. Во втором варианте дифракционный оптический элемент фокусирует световые лучи в плоскость матрицы диафрагм через светоделительный кубик, а отраженные от объекта лучи отклоняются кубиком и попадают на матрицу фотодетекторов через светофильтр, модуль сканирования и фокусирующую оптику. Технический результат - устранение эллиптичности сечения лазерного луча и упрощение конструкции при сохранении высокого разрешения и точности. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Лазерный автоколлимационный микроскоп // 2630196

Микроскоп может быть использован при юстировке оптических систем, а также для контроля погрешностей центрирования линз. Микроскоп содержит два измерительных канала. Первый канал содержит размещенные по ходу луча источник излучения с длиной волны λ1, первый коллимирующий объектив, первый светоделитель, в отраженных лучах которого расположены первый спектроделитель и фокусирующий объектив, в предметной плоскости которого расположена контролируемая поверхность. В преломленных лучах первого светоделителя в обратном ходе от контролируемой поверхности расположен первый объектив и первый многоэлементный приемник излучения. Второй канал состоит из источника излучения с длиной волны λ2 и размещенных по ходу луча второго коллимирующего объектива, второго спектроделителя, в отраженных лучах которого расположен второй светоделитель, а в преломленных лучах в обратном ходе от контролируемой поверхности расположен второй объектив и второй многоэлементный приемник излучения. В отраженных лучах второго светоделителя расположен первый спектроделитель. Технический результат - возможность высокоточных угловых и линейных измерений на одном приборе и минимизация габаритов. 22 з.п. ф-лы, 9 ил.