Устройство для измерения радиусов кривизны поверхности детали

 

Изобретение относится к измерительной технике в области оптического приборостроения и предназначено для измерения малых радиусов кривизны в автоматическом режиме. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения радиусов кривизны от 15 до 40 мм. Устройство для измерения малых радиусов кривизны состоит из источника света, конденсора, коллиматора, состоящего из объектива и щелевой диафрагмы, установленной в его передней фокальной плоскости, непрозрачного экрана с одной узкой щелью, каретки, перемещающейся перпендикулярно оптической оси коллиматора при помощи электродвигателя через датчик величины перемещения, двух измерительных ветвей, состоящих из объективов и координатно-чувствительных фотоприемников, установленных в задних фокальных плоскостях объективов, блока обработки информации, блока индикации и блока цифропечати. Объектив коллиматора формирует широкий пучок параллельных лучей, из которого щель непрозрачного экрана вырезает узкий пучок параллельных лучей, который падает на контролируемую деталь и отражается от нее. При перемещении контролируемой детали перпендикулярно оптической оси изменяется расстояние от вершины детали до точки падения на нее пучка лучей и угол его отражения. При определенном расстоянии угол отражения становится равным 90и изображение щели становится симметрично линии раздела фотоприемника. С датчика величины перемещения запоминается отсчет. При дальнейшем движении детали пучок лучей переходит через вершину детали и отражается в другую сторону под углом 90к оптической оси коллиматора, строя изображение щели коллиматора симметрично линии раздела второго фотоприемника. С датчика величины перемещения запоминается отсчет. Разность отсчетов дает расстояние между падающими пучками лучей, когда они отражаются под углами 90. По известному углу и расстоянию определяется радиус кривизны контролируемой детали. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретнее к оптическим измерениям, и предназначено для измерения малых радиусов кривизны отражающих поверхностей в автоматическом режиме.

Известно устройство для измерения радиусов кривизны контактного типа, представляющее собой серийно выпускаемый сферометр ИЗС-7, при помощи которого измеряется стрелка прогиба при известном диаметре кольца, а затем вычисляется радиус кривизны [1] .

Такое устройство дает среднюю точность, малопроизводительно и при измерениях возможно повреждение детали.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения радиусов кривизны поверхности детали, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси источник света, конденсор, коллиматор, состоящий из объектива и щелевой диафрагмы, установленной в его передней фокальной плоскости, и непрозрачный экран с щелью, датчик величины перемещения, электродвигатель, предназначенный для перемещения датчика величины перемещения вдоль оптической оси, два координатно-чувствительных фотоприемника, блок обработки информации, блок индикации и блок цифропечати [2] .

Известное устройство позволяет измерить сравнительно большие радиусы.

Недостатком известного устройства является невозможность измерения радиусов кривизны от 15 до 40 мм.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения радиусов кривизны от 15 до 40 мм.

Это достигается тем, что устройство для измерения радиусов кривизны поверхности детали, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси источник света, конденсор, коллиматор, состоящий из объектива и щелевой диафрагмы, установленной в его передней фокальной плоскости, и непрозрачный экран с щелью, датчик величины перемещения, электродвигатель, предназначенный для перемещения датчика величины перемещения вдоль оптической оси, два координатно-чувствительных фотоприемника, блок обработки информации, блок индикации и блок цифропечати, снабжено кареткой, предназначенной для размещения контролируемой детали и установленной с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси коллиматора, и двумя объективами, предназначенными для установки по обе стороны контролируемой детали перпендикулярно оптической оси коллиматора и в задней фокальной плоскости каждого из которых установлен координатно-чувствительный фотоприемник, подключенный к первому входу блока обработки информации, датчик величины перемещения подключен к второму входу блока обработки информации, а блок индикации и блок цифропечати - к соответствующим выходам блока обработки информации.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство для измерения радиусов кривизны состоит из источника 1 света, конденсора 2, коллиматора, состоящего из объектива 3 и щелевой диафрагмы 4, установленной в его передней фокальной плоскости, непрозрачного экрана 5 с щелевой диафрагмой, каретки 6, предназначенной для размещения контролируемой детали 7, перемещающейся перпендикулярно оптической оси коллиматора при помощи электродвигателя 8 через датчик 9 величины перемещения, двух измерительных ветвей, состоящих из объективов 10 и 11 и координатно-чувствительных фотоприемников 12 и 13, установленных в задних фокальных плоскостях объективов, блока 14 обработки информации, блока 15 индикации и блока 16 цифропечати.

Щель экрана 5 параллельна щели диафрагмы 4 коллиматора и перпендикулярна направлению перемещения каретки 6. Измерительные ветви установлены по обе стороны от контролируемой детали 7. Их оптические оси лежат на одной прямой, параллельной направлению перемещения каретки 6 и перпендикулярные оси коллиматора (могут быть установлены и под другими, строго заданными углами).

Устройство для измерения радиусов кривизны работает следующим образом. Объектив 3 коллиматора формирует от щели диафрагмы 4 широкий пучок параллельных лучей, из которого щель непрозрачного экрана 5 вырезает узкий пучок параллельных лучей, который падает на контролируемую деталь 7. После отражения от контролируемой детали 7 пучок лучей идет под углом 2 α к оптической оси коллиматора (к падающему пучку лучей).

Для вычисления радиуса R кривизны контролируемой детали 7 необходимо знать расстояние r от вершины поверхности контролируемой детали до точки падения на нее узкого пучка лучей и угол 2 α отражения пучка лучей. Тогда R= r/sinα.

В данном случае угол 2 α между осью коллиматора и осями измерительных ветвей 90^о. Для измерения расстояния r, при котором угол отражения будет равен 90^о, контролируемая деталь 7 перемещается вместе с кареткой 6 до тех пор, пока отраженный пучок лучей не попадет в объектив измерительной ветви и изображение диафрагмы 4 не расположится симметрично линии раздела фотоприемника. В этот момент в блоке 14 обработки информации запоминается отсчет с датчика 9 величины перемещения.

При дальнейшем перемещении каретки падающий на контролируемую деталь 7 пучок лучей переходит через ее вершину и отражается в сторону другой измерительной ветви. В момент, когда изображение щели коллиматора расположится симметрично, линия раздела фотоприемника в блоке 14 обработки информации запоминает второй отсчет с датчика 9 величины перемещения. Разность этих отсчетов дает расстояние 2. Поскольку угол 2 α задан и равен 90^о, то радиус кривизны контролируемой детали 7 определяется по формуле R= r/sinα= r/sin45°= r.

Таким образом, при использовании указанного устройства имеется возможность измерения малых радиусов кривизны при сохранении погрешности измерения порядка 0,2% и времени одного измерения порядка 8. . . 10 с. При установке измерительных ветвей под другими фиксированными углами к оптической оси коллиматора можно изменять диапазон измерения радиусов кривизны в существенных пределах. (56) Афанасьев В. А. Оптические измерения. М. : Высшая школа, 1981, с. 53-55.

Авторское свидетельство СССР N 1379610, кл. G 01 B 11/00, 1988.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСОВ КРИВИЗНЫ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси источник света, конденсор, коллиматор, состоящий из объектива и щелевой диафрагмы, установленной в его передней фокальной плоскости, и непрозрачный экран с щелью, датчик величины перемещения и электродвигатель, предназначенный для перемещения датчика величины перемещения вдоль оптической оси, два координатно-чувствительных фотоприемника, блок обработки информации, блок индикации и блок цифропечати, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения радиусов кривизны от 15 до 40 мм, оно снабжено кареткой, предназначенной для размещения контролируемой детали и установленной с возможностью перемещения перпендикулярно к оптической оси коллиматора, и двумя объективами, предназначенными для установки по обе стороны контролируемой детали перпендикулярно к оптической оси коллиматора и в задней фокальной плоскости каждого из которых установлен координатно-чувствительный фотоприемник, подключенный к входу блока обработки информации, датчик величины перемещения подключен к второму входу блока обработки информации, а блок индикации и блок цифропечати подключены к соответствующим выходам блока обработки информации.

РИСУНКИ

Рисунок 1