ЛАЗЕРНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ И КОНТРОЛЯ ЛОКАЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ

Предлагаемая полезная модель для бесконтактного измерения внутренних механических напряжений и контроля локальных неоднородностей в оптически прозрачных материалах относится к области электроники и может быть использована в полупроводниковой промышленности, а также в приборо- и радиостроении.
Известно устройство для определения остаточных напряжений в монокристаллических материалах поляризационно-оптическим методом / RU 2240501, G01B 9/00, 2004/, которое выполнено в стационарном варианте и содержит станок с массивным основанием и размещенными на нем источником оптического излучения (He-Ne-лазер модели ЛГ-125), компонентами оптико-электрической системы и приводом сканирования. Генератор, высоковольтный трансформатор и селективный усилитель установлены на отдельном рабочем столе, а блок электронного управления и вычислительное устройство в составе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и персонального компьютера установлены на другом отдельном рабочем столе.
Недостатком данного технического решения является стационарное исполнение конструкции, обуславливающее громоздкость и увеличенные масса-габаритные параметры, требующие значительных производственных площадей. Другим недостатком конструкции является не оптимальное расположение генератора, высоковольтного трансформатора, селективного усилителя, блока электронного управления и вычислительного устройства на отдельных рабочих столах, при котором органы управления этих устройств удалены от оператора, что затрудняет его работу. Наиболее близким к заявленному техническому решению является лазерная автоматизированная станция /RU 115464, G01b 9/00, 2012/, изготовленная в настольном исполнении и принятая в качестве прототипа.
Прототип содержит источник оптического излучения - одномодовый лазер, оптико-электрическую систему в составе поляризационно-модулирующего блока, драйвера и оптической головки, двухкоординатный привод сканирования с контроллером и блоком питания, фотоприемное устройство с предусилителем, встроенный многоканальный АЦП, управляющий компьютер, платформу с двумя стойками. Источник оптического излучения - лазер, устройства оптико-электрической системы - поляризационно-модулирующий блок, оптическая головка с фотоприемником фотоприемного устройства закреплены на двух отдельных стойках, установленных на некотором расстоянии друг от друга, выставленных соосно относительно вертикальной плоскости симметрии стоек и закрепленных на платформе. Между стойками на платформе расположен привод сканирования. Драйвер, блок питания лазера, фотоприемное устройство с предусилителем и управляющий компьютер размещены отдельно на рабочем столе и конструктивно не связаны между собой.
Недостатком данного технического решения является стоечная конструкция крепления оптических устройств (на платформе), не имеющая жестких связей между стойками и, вследствие этого, существенно усложняющая сборку, настройку и котировочные работы. Кроме этого, сами стойки не имеют и не оснащены конструктивными элементами, обеспечивающими строго фиксированное положение устройств оптико-электрической системы относительно общей оси. Другим недостатком является раздельное размещение в произвольном порядке блока питания лазера, драйвера и фотоприемного устройства с предусилителем, не учитывающее эргономические требования и поэтому не обеспечивающее удобный доступ оператора к органам управления этих устройств при задании и изменении режимов работы, что требует постоянной концентрации внимания и приводит к быстрой утомляемости оператора и частым ошибкам.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании высокотехнологичной и эргономичной лазерной автоматизированной станции.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение сборочно-монтажных и котировочных работ, обеспечение удобства в работе оператора при эксплуатации и обслуживании устройства.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается лазерная автоматизированная станция для бесконтактного измерения внутренних механических напряжений и контроля локальных оптических неоднородностей, содержащая источник оптического излучения, оптико-электрическую систему, привод сканирования, систему управления и цифровой обработки, платформу, привод сканирования, компоненты оптико-электрической системы. Отличительной особенностью предлагаемой станции является то, что она содержит цельнометаллическую раму из двух секций решетчатой конструкции, установленную на платформе. Секции жестко соединены между собой стержневым пролетом. На каждой секции рамы установлены направляющие с размещенными на направляющих излучателем лазера, компонентами оптико-электрической системы. При этом платформа с цельнометаллической рамой и размещенные на платформе привод сканирования с контроллером и блоком питания, конструктивно объединены в измерительный блок. А драйвер модулятора, фотоприемное устройство с предусилителем и блок питания лазера конструктивно объединены и установлены в электронном блоке. При этом устройства измерительного и электронного блоков электрически связаны между собой и управляющим компьютером.
Дополнительно предлагается в компоненты оптико-электрической системы включить поляризационно-модулирующий блок, оптическую головку и фотоприемник фотоприемного устройства
Направляющие могут быть выполнены по типу «ласточкин хвост», а измерительный и электронный блоки закрыты защитными корпусами.
Сущность технического решения поясняется рисунком (фиг. 1), на котором показана конструктивно- функциональная схема описываемого устройства.
Лазерная автоматизированная станция содержит следующие устройства: оптическую платформу 1, корпус 2 измерительного блока, цельнометаллическую раму 3 с двумя решетчатыми секциями - левой и правой и стержневым пролетом 4, две направляющих типа «ласточкин хвост» 5 и 6 - на направляющей 5 закреплен излучатель лазера 7 и поляризационно - модулирующий блок 8, а на направляющей 6 - оптическая головка 9 и фотоприемник 10, двухкоординатный привод сканирования с вертикальной 11 и горизонтальной 12 координатами и контроллером 13 с блоком питания 14, держатель образца 15 на вертикальной координате 11, корпус 16 электронного блока с драйвером 17, блоком питания 18 лазера 7 и фотоприемное устройство с предусилителем 19, управляющий компьютер 20 с монитором 21 и аналого-цифровым преобразователем 22.
Устройства, составляющие лазерную автоматизированную станцию объединены в функциональные блоки - измерительный блок и электронный блок и размещены внутри двух корпусов, отдельным самостоятельным устройством представлен управляющий компьютер с аналого-цифровым преобразователем.
Измерительный блок собран на платформе 1, на которой установлена и болтовым соединением соединена с платформой 1 цельнометаллическая рама 3. Конструктивно рама 3 выполнена в виде двух секций решетчатой конструкции (левой и правой - по фиг. 1). Решетчатая конструкция секций позволяет снизить вес и улучшить условия сборки и монтажа при сохранении необходимой жесткости и прочности. Секции жестко соединены между собой стрежневым пролетом 4. Наличие стержневого пролета 4 обеспечивает конструктивную связь между секциями рамы 3 и, вследствие этого, выдерживается соосность обеих секций относительно плоскости симметрии рамы 3. Стержневой пролет 4 расположен от нижней торцевой поверхности рамы 3 на расстоянии, обеспечивающем свободное пространство между рамой 3 и платформой 1 для установки и крепления двухкоординатного привода сканирования. На левой секции рамы 3 установлена направляющая типа «ласточкин хвост» 5, на которой закреплены с возможностью перемещения по направляющей излучатель лазера 7 и поляризационно-модулирующий блок 8. На правой секции рамы 3 установлена направляющая типа «ласточкин хвост» 6, на которой закреплены с возможностью перемещения по направляющей оптическая головка 9 и фотоприемник 10. Соосность секций рамы позволяет с высокой точностью выставить при монтаже обе направляющих 5 и 6 и, соответственно, установленные на них устройства. На платформе 1 между секциями рамы 3 установлен двухкоординатный привод сканирования с контроллером 13 и блоком питания 14. На вертикальной координате 11 установлен держатель образца 15, а горизонтальная координата 12 расположена под стержневым пролетом 4 рамы 3 в свободном пространстве между стержневым пролетом 4 и платформой 1. Платформа 1 с находящимися на ней устройствами закрыта корпусом 2, выполняющим защитно-декоративные функции.
Электронный блок собран в корпусе 16, внутри которого в нижней части установлен драйвер 17, в верхней части установлены блок питания 18 лазера 7 и фотоприемное устройство с предусилителем 19.
Управляющий компьютер 20 с монитором 21 и аналого-цифровым преобразователем 22 расположен вблизи электронного блока.
Устройства измерительного блока, электронного блока и управляющего компьютера электрически соединены между собой.
Лазерная автоматизированная станция работает следующим образом. После нажатия кнопки Сеть и включения станции электропитание (~220/50 В/Гц) подается на входы измерительного и электронного блоков и управляющего компьютера. Оператор со своего рабочего места задает энергетические режимы с панелей блока питания 18 лазера и фотоприемного устройства 19 в электронном блоке, открывает (или закрывает) откидную крышку на корпусе измерительного блока (на фиг. 1 не показана), устанавливает в держатель 15 (или снимает с держателя 15) образец, с клавиатуры компьютера 20 открывает управляющую программу, выполняет выбор траектории движения привода сканирования, выполняет позиционирование с выходом в начальную точку траектории и мышкой запускает выполнение измерений. Получаемая информация после цифровой обработки выводится на экран монитора 21, анализируется и сохраняется в памяти компьютера 20.