Устройство для контроля линейных размеров

СОЮЗ СООЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4(51) С 01 В 11 00 ЮСУДФфСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРВ) ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ, содержащеелазер и установленные последовательно по ходу его излучения1 систему плоских зеркал, узел сканирования, выполненный в виде объектива и правильной многогранной приэ 801142732 А мы, установленной с воэможностьювращения вокруг оси ее симметриитаким образом, что ось симметриипризмы пересекает оптическую осьобъектива под прямым углом в точке,расположенной на расстоянии К отфокуса объектива, где К - радиусокружности,. вписайной в сечение,.призмы, и приемный блок, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповьипения точности измерений, система зеркал установлена таким образом, что ось лазерного пучка навходе узла сканирования совпадает с;,оптической осью объектива,а призма выполнена так, что К= 4 Е 8 где Е- фокусное расстояниеобъектива, а Я, - первая сумма Зейделя объектива.15 45 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано, в частности, всистемах активного контроля диаметра проволоки, стеклянных трубок, 5иэделий волоконной оптики при ихизготовлении,Известны устройства контролягеометрических параметров изделий,в которых сканирующим элементомявляется плоское вращающееся зеркало , при этом ось вращения зеркала совпадает с отражающей поверхностью и проходит через точку фокуса объектива 1. Если в объективе сферическая аберрация отсутствует, то в пространстве за объективом световой пучок остаетсяпараллельным самому Себе.Недостатком такого устройстваявляется низкое быстродействие, атакже сложность реализации стабильного вращения зеркала вокруг оси,совпадающей с отражающей поверхностью.Наиболее близким по технической 25сущности к предлагаемому являетсяустройство для контроля линейныхразмеров, содержащее лазер, последовательно расположенные источникизлучения, систему зеркал, направляющую его пучок на правильнуюмногогранную зеркальную призму,вращающуюся вокруг своей оси, пересекающей оптическую ось объективана расстоянии К от его фокуса, гдеК - радиус вписанной в многогранник окружности, и фотоэлектрическую регистрирующую систему 2.Недостатком известного устройства является непараллельное перемещение светового пучка в пространстве измерения, что приводит к погрешности контроля геометрическихпараметров изделий, зависящей отположения последнего.Зависимость указанной погрешности д 7 от угла с поворота призмы относительно положения, при котором ее грань перпендикулярна оптической оси объектива, определяетсявыражениемдуКа (э (1)где а - расстояние от задней фокальной плоскости объектйва доплоскости, в которой лежит 55измеряемый размер изделия;- фокусное расстояние объектива. Из (1) следует, что для уменьшения погрешности измерений можно уменьшать радиус К зеркальной призмы, увеличивать фокусное расстояние Г объектива и уменьшать рабочий угол О поворота призмы, Однако указанные изменения К и й ограничены конструктивными возможностями. Другим путем уменьшения погрешности измерений является расположение контролируемого объектива. Однако при контроле движущихся в процессе их изготовления изделий практичесКи невозможно стабилизировать положение контролируемого сечения.Недостатком устройства является неустранимая погрешность измерений из-за смещения измеряемой детали из фокальной плоскости объектива, обусловленная дефокусировкой вносимой зеркальной призмой.Цель изобретения - повьппение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем лазер и установленные последовательно по ходу его излучения систему плоских зеркал, узел сканирования, выполненный в виде объектива и правильной многогранной призмы, установленной с возможностью вращения вокруг оси ее симметрии таким образом, что ось симметрии призмы пересекает оптическую ось объектива под прямым углом в точке, расположенной на расстоянии К от фокуса объектива, где К - радиус окружности, вписанной в сечение призмы, и приемный блок, система зеркал установлена таким образом, что ось лазерного пучка на входе узла сканирования совпадает с оптической осью объектива, а призма выполнена таким образом, что К = 4 Егде Г - фокусное расстояние, а Б - первая сумма Зейделя объектива.На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.Устройство содержит источник 1 излучения (лазер), систему зеркал2 и 3, объектив 4, вращающуюся многогранную зеркальную призму 5, ось вращения которой пересекает оптическую ось объектива 4 перед его передним фокусом на расстоянии, равном радиусу К вписанной в многогранник окружности, и приемный блок фотоэлектрическую регистрирующую(3) й 2 ю,(6) й+ ьЗО 3систему 6, расположенную за объективом 4. В пространстве за объективом помещено контролируемое изделие 7.Устройство работает следующим образом.Световой поток от лазера 1 при помощи системы зеркал 3 направля- ется через объектив 4 на отражающие грани вращающейся правильной многогранной призмы 5. В процессе вращения призмы 5 точка отражения смещается вследствие дефокусировки, вносимой вращающейся многогран ной призмой,на величину Продольная сферическая аберрация ЬЯ объектива 4 в обратном ходе в общем случае может быть представлена выражением где ш, - координата луча во входномзрачке объективаЯ, - первая сумма Зейделя объектива.еОбозначая через е апертурный угол, выражение (3) можно представить в видег12Поскол ьку в предлагаемом устройстве углы Ы и 6 связаны зависи- мостью то выражение (3) может быть представлено в виде ф" ( 1Я(: -- Я Уз 3 пг 2 Ы. (5)2Для взаимной компенсации сферической аберрации объектива и дефокусировки, вносимой призмой, необходимо выполнить условие 4Подставляя в последнее равенство(6) значения а и д Б из (2) и (5)соответственно,. получим 2 К(з 1 пг о/2/созо) - ЯГ з 1 пг 2 Ы=(.1, ( Ввиду малости угла о( а (15) выражение (7) может быть представлено в виде В результате за объективом 4 независимо от величины угла поворота15 призмы 5 пучок перемещается параллельно самому себе и пересекает контролируемое изделие 7. Фоторегистрирующая система 6 регистрирует времяпрерывания пучка, и по величине20 этого времени определяется контролируемый размер,Устройство для контроля геометрических параметров изделий (см.чертеж) использует параллельный25 световой пучек для сканирования впространстве установки контролируемого изделия. Такого же эффекта(параллельности переноса пучка впространстве измерений) можно дос-.З 0 тигнуть и при сфокусированном послеобъектива 4 световом пучке. Поэтомув устройстве зеркало 3 может бытьрасположено между объективом 4и призмой 5. В этом случае в пространстве за объективом 4 сканированиеосуществляется сходящимся лазернымпучком, что позволяет повысить принеобходимости крутизну фронтов информационных сигналов на выходе фотоприемника, входящего в состав фоторегистрирующей системы. При этом повышается точность определения времени прерывания.Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении точности измерений вследствие компенсации продольной дефокусировки, вносимой зеркальной призмой, сферической аберрациейобъектива, ВНИИПО Заказ 706/37Тираж 651 ПодписноеЬлвав ЯПП ффПатеатф, г.Ужгород, ул.Проектная, 4