Способ измерения геометрических параметров элементов поверхностей

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности для измерения геометрических параметров изделий. Оно может быть использовано в машино- и приборостроении, станкостроении, автомобильной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что лазерный луч направляют на осветительную систему, после нее на акустооптический модулятор (АОМ). Возбуждают в АОМ бегущий акустический импульс, создавая непрерывную последовательность дифракционных порядков. Линза, установленная после АОМ, осуществляет преобразование хода лучей поступательного в угловое. Диафрагма осуществляет пространственную фильтрацию дифракционных порядков. Коллимирующей линзой сканирующие лучи направляют на измеряемое изделие. Прошедшие лучи собирающей линзой фокусируют на фотоприемник. Сигнал с фотоприемника поступает в блок вспомогательной электроники. Размер элемента поверхности определяют по интервалу времени, в течение которого сканирующий луч затеняется изделием. Изобретение позволяет повысить точность и быстродействие измерения. 1 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности для измерения геометрических параметров изделий, таких как линейные размеры, форма и взаимное расположение элементов поверхностей. Оно может быть использовано в машино- и приборостроении, станкостроении, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известен способ измерения размеров объекта, в котором лазерный луч направляют на коллиматор, а затем на систему сканирования, выполненную в виде кубической призмы, вращающейся с постоянной скоростью от электродвигателя, которая осуществляет сканирование за счет изменения угла преломления света при вращении кубической призмы, параллельные сканирующие лучи частично перекрываются объектом измерения, прошедшие лучи собирающей линзой направляются на фотоприемник. Сигнал с фотоприемника поступает в блок вспомогательной электроники. Размер измеряемого объекта определяют по интервалу времени, в течение которого сканирующие лучи затеняются объектом измерения /1/.

Известно устройство, реализующее данный способ, содержащее последовательно установленные лазер, осветительную систему в виде коллиматора, систему сканирования, выполненную в виде кубической призмы, вращающейся от электродвигателя, собирающую линзу, фотоприемник. Сигнал с выхода фотоприемника подается на вход блока вспомогательной электроники.

К недостаткам известного способа и устройства следует отнести ограниченную точность измерения вследствие нелинейности и нестабильности системы электромеханической развертки сканирующего луча и погрешности угла отклонения сканирующего луча, связанного с геометрическими параметрами кубической призмы и ее оптическими показателями (оптического преломления, неоднородности и др.). Быстродействие ограничено скоростью электропривода.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ измерения размеров, в котором лазерный луч направляют на систему сканирования, выполненную в виде многогранной зеркальной призмы, вращающейся с постоянной скоростью от электродвигателя, установленной в фокальной плоскости коллимирующей линзы, которая преобразует угловое движение сканирующего луча в параллельные сканирующие лучи, которые частично перекрываются объектом измерения, а прошедшие лучи собирающей линзой направляются на фотоприемник. Сигнал с фотоприемника поступает в блок вспомогательной электроники. Размер измеряемого объекта определяют по интервалу времени, в течение которого сканирующие лучи затеняются объектом измерения /2/.

В устройстве, реализующем данный способ измерения, содержится лазер, освещающий под определенным углом систему сканирования, выполненную в виде многогранной зеркальной призмы, вращающейся от электродвигателя, и последовательно установленные коллимирующая и собирающая линзы, фотоприемник. Сигнал с выхода фотоприемника подается на вход блока вспомогательной электроники.

К недостаткам известного способа и устройства следует отнести ограниченную точность измерения вследствие нелинейности и нестабильности системы электромеханической развертки сканирующего луча. Быстродействие ограничено скоростью электропривода.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения геометрических параметров элементов поверхностей лазерный луч направляют на осветительную систему, которая трансформирует излучение лазера в плоский волновой фронт в виде узкой световой полосы, ее направляют на акустооптический модулятор, в котором электронным способом с помощью пьезопреобразователя возбуждают акустический импульс заданной длительности, бегущий со скоростью звука по апертуре акустооптического модулятора, осуществляя волновую развертку-сканирование падающей на него плоской, узкой полосы света в непрерывную последовательность дифракционных порядков, с помощью линзы, установленной после акустооптического модулятора, осуществляют непрерывное линейное преобразование поступательного движения продифрагированного и непродифрагированного излучения на бегущем акустическом импульсе в угловое сканирующее движение продифрагированного излучения, с помощью диафрагмы, установленной на месте первого порядка дифракции в фокальной плоскости линзы и являющейся входным зрачком коллимирующей линзы, осуществляют пространственную фильтрацию дифракционных порядков. Коллимирующая линза преобразует угловое движение сканирующего луча в параллельные сканирующие лучи, которые частично перекрываются объектом измерения, прошедшие лучи собирающей линзой направляются на фотоприемник. Сигнал с фотоприемника поступает в блок вспомогательной электроники. Размер измеряемого элемента поверхности определяют по интервалу времени, в течение которого сканирующие лучи затеняются объектом измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве измерения геометрических параметров элементов поверхностей, содержащем лазер, на оптической оси которого последовательно установлена осветительная система в виде коллиматора со сфероцилиндрической линзой, акустооптический модулятор, линза, в фокальной плоскости которой установлена на месте первого порядка дифракции диафрагма, которая является входным зрачком коллимирующей линзы, последовательно с ней установлены собирающая линза и фотоприемник, выход которого соединен с входом блока вспомогательной электроники.

Предложенный способ поясняется схемой измерительного устройства. Луч лазера 1 направляют на осветительную систему, которая трансформирует излучение лазера в плоский волновой фронт в виде узкой световой полосы, ее направляют на акустооптический модулятор 5, в котором с помощью пьезопреобразователя возбуждают бегущий по апертуре модулятора с постоянной скоростью звука акустический импульс, на котором дифрагирует свет, создавая непрерывную последовательность дифракционных порядков, линзой 6, установленной после акустооптического модулятора, осуществляют непрерывное линейное преобразование поступательного движения продифрагированного и непродифрагированного излучения на бегущем акустическом импульсе заданной длительности в угловое сканирующее движение продифрагированного излучения, диафрагмой 7, установленной на первый порядок дифракции в фокальной плоскости линзы 6 и являющейся входным зрачком коллимирующей линзы 8, осуществляют пространственную фильтрацию дифракционных порядков.

Коллимирующая линза 8 преобразует угловое движение сканирующего луча в параллельные сканирующие лучи, которые частично перекрываются объектом измерения 9, прошедшие лучи собирающей линзой 10 направляются на фотоприемник 11. Сигнал с фотоприемника поступает в блок вспомогательной электроники 12. Размер измеряемого элемента поверхности определяют по интервалу времени, в течение которого сканирующие лучи затеняются объектом измерения.

На чертеже изображено устройство, которое содержит лазер 1, микрообъектив 2, пространственный фильтр 3, сфероцилиндрическую линзу 4, акустооптический модулятор 5, линзу 6, диафрагму 7, коллимирующую линзу 8, собирающую линзу 10, фотоприемник 11, блок вспомогательной электроники 12, импульсный генератор 13.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 с помощью осветителя, состоящего из микрообъектива 2, пространственного фильтра 3, сфероцилиндрической линзы 4, преобразуется в плоский волновой фронт в виде узкой световой полосы, падающей под необходимым углом на акустооптический модулятор 5. На пьезопреобразователь акустооптического модулятора подается с импульсного генератора 13 радиоимпульс, заполненный высокой несущей частотой. Пьезопреобразователь акустооптического модулятора преобразует входное электрическое колебание в бегущий акустический импульс, представляющий собой фазовую дифракционную решетку для падающего излучения. Излучение, падающее на акустооптический модулятор, дифрагирует на акустическом импульсе. Так как дифракция происходит лишь в области локализации акустического импульса, то при его перемещении со скоростью звука по апертуре акустооптического модулятора происходит непрерывная дифракция света на ультразвуке в нулевой и первый порядок дифракции. Линзой 6, стоящей после акустооптического модулятора, продифрагировавшие лучи фокусируются в первый, непродифрагировавшие в нулевой порядки дифракции. В фокальной плоскости линзы 6 первый порядок отфильтровывается от нулевого диафрагмой 7. Таким образом, акустооптический модулятор 5, линза 6, диафрагма 7 формируют из плоской, узкой световой волны на оптическом входе акустооптического модулятора узкие направленные пучки излучения, имеющие угловую развертку, соответствующую апертуре акустооптического модулятора на выходе диафрагмы 7. Коллимирующая линза 8 устанавливается на первый порядок дифракции, ее входным зрачком является диафрагма 7. Линза 8 преобразует угловое движение сканирующего луча в параллельные сканирующие лучи, которые частично перекрываются объектом измерения 9, прошедшие лучи собирающей линзой 10 направляются на фотоприемник 11. Сигнал с фотоприемника поступает в блок вспомогательной электроники 12. Размер измеряемого элемента поверхности определяют по интервалу времени, в течение которого сканирующие лучи затеняются объектом измерения.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки 1. US, патент, 4037968, МКИ² G 01 B 11/04, НКИ 356/160, 26.07.1977.

2. Патент Великобритании 2072840 МКИ³ G 01 B 11/02, 25.03.1980.

Формула изобретения

Способ измерения геометрических параметров элементов поверхностей, заключающийся в том, что осуществляют сканирование лазерным лучом измеряемого объекта, прошедшие лучи собирающей линзой направляют на фотоприемник, сигнал с фотоприемника направляют на блок вспомогательной электроники, а размер объекта определяют по интервалу времени, в течение которого сканирующий луч затеняется объектом измерения, отличающийся тем, что сканирование осуществляют с помощью акустооптического модулятора, линзы и диафрагмы, при этом в акустооптическом модуляторе возбуждается бегущий акустический импульс, создавая непрерывную последовательность дифракционных порядков, а диафрагмой осуществляют пространственную фильтрацию первого порядка дифракции.

РИСУНКИ

Рисунок 1