Интерференционный способ контроля геометрических параметров изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 180 э 601 В 21/О орме,Изобретен ерительно ной интер спользовано д араметров изд Целью изо ие области исизм зер теринкретоснове рфероГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 1467396, кл, 6 01 В 21/02; 1989.Приборы для научных. исследований. - ММир, 1987, М 11, с. 153-158 (Перевод на русский язык ежемесячного журнала американского института физики йечев оГ Ястпббс 3 пзтгвгпептз, чо, 58 (1987), Ко 11, 2161-2164).Авторское свидетельство СССР М 1762117, кл. 6 01 В 9/02, 1990.(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к. контрольноизмерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для создания измерительных головок, используемых для контроля геометрических параметров иэделий на координатно-измерительных машинах (КИМ) и в бесконтактных интерференционных профилографах в метрологии, приборостроении и точном машиностроении. Цель изобретеиеотносится к контрольной технике, а именно, к лаферометрии и может быть ля контроля геометрических елий.бретения является расширепользования за счет также и 2ния - расширение области использования эа счет также и разбраковки объектов контроля по форме, повышение быстродействия контроля за счет исключения перемещения преобразователя по траектории, подобной форме поверхности объекта. Предлагаемый способ заключается в том, что в измерительный канал интерференционной схемы включен волоконно-оптический преобразователь (ВОП), выполненный в виде подводящего и отводящего световодов. Между торцом ВОП и объектом контроля создают зазор, значение которого включает пространственный интервал, соответствующий двум частотным перескокам в интерференционной схеме, Участок, ограниченный двумя частотными перескоками, образует поле допуска , который задает максимальное смещение обьекта контроля, Управлением параметрами интерференционной схемы Ь р и Кп добиваются регулировки величины полл допуска и производят его смещение. Выход, смешение обьекта контроля за границу поля допуска приводит к формированию соответствующих логических сигналов, которые означают; что объект контроля вышел эа границу поля допуска в ту или иную сторону. 1 э.и. ф-л ы, 3 ил., 1 табл,раэбраковки обьектов контроля по повышение быстродействия контроСпособ пояснется графическим алом,На фиг, 1 представлен пример к ной реализации данного способа на лазерного акустооптического интеметра с волоконно-оптическим преобразователем; на фиг, 2 представлены функциипреобразования измерительной схемы наоснове акустооптоэлектронной положительной обратной связи (ПОС) совместно со 5схемой управляемой фазовой автоматической подстройки частоты (УФАПЧ) для различных значений Кп.Фиг. 3 поясняет способ образованияполя допуска и возможность его смещения. 10Кроме того, на ней изображены. диаграммывыходных логических сигналовизмерительной схемы, которые соответствуют положению поверхности объекта,Устройство (фиг.1) реализующее способ 15содержит источник монохроматического излучения 1, коллиматор 2, акустооптическийпреобразователь 3, схему ввода-вывода излучения для оптического волокна 4, волоконно-оптический преобразователь (ВОП) 205, контролируемый. объект 6, элементыоптической схемы интерферометра 7, фотоприемное устройство (ФПУ) 8, управляемый фазовый детектор (УФД) 9, усилитель(У) 10, генератор управляемый напряжением (ГУН) 11, импульсный формирователь(ИФ) 12, устройство управления (УУ) 13,Способ осуществляют следующим образом.Излучение лазера 1 направляется коллиматором 2 на акустооптический преобразо, ватель 3, где оно распределяется надифракционные порядки выходного спектра. После преобразователя 3 нулевой порядок дифракции Е (О) оптической схемой 354 вводятся в излучательное одномодовоеволокно ВОГ 1 5 и направляется на контро-.лируемый объект 6, Между ВОП 5 и контролируемой деталью имеется воздушныйзазор(свободное пространство), являющийся составной частью световодной структуры. Отраженное излучение попадает вприемное одномодовое волокно ВОП 5, коллимируется схемой вывода 4 и направляется в оптическую схему интерферометра 7. 45Первый порядок дифракции Е (+1), проходя. через оптическую схему интерферометра 7,пространственно совмещается и интерферируется с измерительным оптическим потоком Е (О) на входе ФПУ 8, 50Оптическое гетеродинирование на плоскости Фотоприема разночастотных оптических потоков приводит к появлению навыходе ФПУ 8 электрического измерительного сигнала, который поступает на измерительный вход УФД 9. Совместнаяэлектрическая схема УФД 9, У 10, ГУН 11образуют систему УФАПЧ, Выходной частотный сигнал этой системы поступает накварцевый излучатель акустооптического преобразователя 3 и на опорный вход УФД 9.При достижении разности фаз между частотными сигналами после ГУН 11 и ФПУ 8 значения 2 дна выходе УФД 9 формируется перескок напряжения, который поступает на вход У 10 и ИФ 12. На выходе Иф 12 формируется три логических сигнала а, Ь, с, которые индицируют, положение поверхности объекта (фиг.3). Сигнал в соответствует тому, что поверхность объекта находится л. пределах поля допуска - 111 х 2. Появгение сигналов а и с означает то, что поверхность объекта вышла эа границу поля допуска в ту йли иную сторону, соответственно: а - 1 х11, с - 1 х2. Сигналы после Иф 12 поступают на вход УУ 13 С помощью УУ 13, в зависимости от комбинации логических состояний на входе, в У 10 устанавливается соответствующий коэффициент усиления. Соответствие между комбинацией логических состояний после ИФ 12 и коэффициентами усиления У 10 приведено. в таблице. Абсолютные значения Кус 1 и Кус 2 соотносятся следующм образом: Кус 1КусгС помощью УУ 13 также осуществляется перестройка УФД 9 путем введения дополнительного фазового рассогласования между измерительным и опорным частотными сигналами для реализации функции смещения поля допуска, а также для введения необходимой коррекции при изменении условий окружающей среды.Сущность способа заключается в сочетании трех физических эффектов, реализованных в данной измерительной схеме,1. Известно, что в функции преобразования цепи акустооптоэлектронной ПОС имеется линейный участок, где зависимость между изменением фазового сдвига оптического потока и изменением выходной частоты определяется в соответствии со следующим выражением1803734 . Л= К. Лр,10 20 25 30 ходимого значения 40 где Кп - коэффициент пропорциональности, МГц/рад,Наличие линейного участка определяется смещением объекта на величину пространственного периода, который соответствует фазовол 1 у сдвигу оптического излученйя, равному 2 л, При превышении этого значения проявляется нелинейное свойство акустооптоэлектронной ПОС, заключающееся в резком, почти мгновенном скачкообразном изменении частоты сигнала (частотный перескок) к своему первоначальному значению, при котором фазовый сдвиг был равен О. Событие, означающее то, что частотный перескок произошел, несет информацию об определенном значении фазового сдвига входного оптического потока ( Лр =-2 л) и используется в данной схеме для фиксирования момента перехода поверхности детали через границу поля допуска,11. Исследования акустооптоэлектронной ПОС показывают, что коэффициент пропорциональности Кп в уравнении(1) зависит только от внутренних параметров акустооптического преобразователя. Введение же в цепь акустооптоэлекрэнной ПОС схемы "., АПЧ позволяет управлять параметром Кп через коэффициенты передачи звеньев УФД, У, ГУН в соответствии с вы;.ажениемКп = КдетКусКгун (2) где Кдет - коэффициент преобразования управляемого фазового детктора, В р д,Кус - коэффициент усиления усилителя, Кгун коэффициент п,еобразования генератора управляемого напряжением, МГц/В.Г;.и изменении Кп возникает возможность управления величиной пространственного периода согласно формуле- Д (3) 4 К 1 АОм КдетКусКгун где Чзе - скорость распространения звуковой волны в воде, м/ч,.дом - расстояние между лазерным лучом и кварцевым излучателем, м.Анализ данного функционального выражения показывает, что для различных значений Кп можно реализовать функции преобразования с различным пространственным периодом, как показано на фиг, 2, Это дает возможность на основе лазерного интерферометра синтезировать функцию преобразования с пространственным периодом значительно превышающим длину волны источника излучениями,111, Установлено, что для ВОП, состоящего из излучательного и"приемного Световодов, существует зона чувствительности - рабочий участок зазора между торцом п реобразователя и деталью, который соответствует диапазону максимальной передачи оптической мощности, превосходящей порог чувствительности ФПУ. Согласно конструкции,оптический поток распространяется по следующему пути: излучательное.волокно - поверхностьдетали - приемное волокно, . Способ реализуют в работе следующим образом, Коэффициент передачи звеньев схемы УФАПЧ выбираются такими, чтобы в рабочем участке зазора были сформированы два частотных перетока. Пои прохождении поверхности детали всей зоны на координатах 1 и 2 в измерительной схеме произойдут частотные перескоки. Они приведут к формированию соответствующих логических сигналов на выходах измерительной схемы. Наличие двух прес ранственно-чувствительных координат 1 и 2 приводит к образованию единственного поля допуска- 1; Ц с помощью которого задается максимальное смещение поверхности объекта Лгпах = 12 - . Изменением коэффициентов передачи звеньев УФАПЧ можно управлять шириной. поля допуска - задавать его необВозможность введения дополнительно 35 го фазового рассогласования Лр в УФД позволяет осуществлять смещение поля допуска в предела.; всего рабочего участка зазора.Таким образом, на основе предлагаемого способа можно проводить бесконтактное "ощупывание" исследуемых поверхностей с целью разбраковки изделий при отклоне нии от заданных размеров, а также создавать различные измерительные алгоритмы, которые приведут к устранению необходимости движения измерительной головки по траектории, подобной форме поверхности детали, и за счет этого к существенному повышению быстродействия контроля.50 Формула изобретения 1. Интерференционный способ контроля геометрических параметров изделий, заключающийся в том, что когерентное. излучение направляют на объект и принима 55 ют посредством волоконно-оптического ,преобразователя, между торцом которого и объектом создают зазор, опорное излучение совместно с выходным излучением волоконно-оптического преобразователяподают на фотоприемное устройство, сигнал с фотоприемного устройства подают на вход измерительной схемы, в которой регистрируютФазовое рассогласование Ьр, вызванное смещейием поверхности контро лируемого объекта, и при достижении зна.чения Ьр - 2 л: формируют частотный перескок, подают его на акустооптический преобразователь и используют в качестве информативного логического сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области использования за счет также и раэбраковки обьектов контроля по форме,изменением зазора до достижения следующего значения Лд) = 2 л формируют второй частотный перескок, расстояние между частотными перескоками выбирают соответствующее полю допуска , используют измерительную схему с переключаемым коэффициентом преобразования Кп, моменты переключения которой выбирают соответствующими частотным перескокам.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия контроля, регулируют величину поля допуска изменением параметров Ьу и Кп.ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 рои вен аз 1048 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, Жэначениетранственнопериода поле допускучаст зазора Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ ССаушская наб., 4/5