Устройство для измерения двугранных углов и пирамидальности оптических деталей

Предлагаемая полезная модель относится к измерительной технике, а именно к конструкциям приборов многоцелевого назначения и может быть использована для измерения величин двугранных углов и их пирамидальности, а также для измерения показателя преломления и дисперсии прозрачных материалов.
Так, например, для решения этих задач служит устройство 1, состоящее из основания со столиком с тремя регулировочными винтами, вертикальной колонки с коллиматором и осевого устройства с алидадой, на котором расположена колонка со зрительной трубой. Зрительную трубу вместе с алидадой можно вращать вокруг вертикальной оси вручную или микрометрическим винтом.
Известное устройство 1 - высокоточное, но не производительное, оно не может использоваться в условиях серийного производства и применяется в лабораторных условиях при проведении небольшого количества высокоточных измерений. Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому
устройству является гониометр сравнения, известный из литературы 2, выбранный в качестве прототина. Гониометр сравнения включает следующие основные узлы: стол с подставкой и линейкой для установки эталонных и контролируемых деталей, оптическую систему, представляющую собой зрительную трубу, состоящую из объектива, прямоугольной призмы, являющейся призменным блоком оптической системы, и автоколлимационного окуляра. Зрительную трубу можно поворачивать относительно горизонтальной оси вместе с кронштейном от руки и с помощью точного микрометрического устройства.
Гониометр сравнения 2 обладает большей производительностью, чем известный измерительный гониометр 1.
Недостатком устройства 2, выбранного в качестве прототипа, является невозможность измерения отклонений пирамидальности двугранных углов. Другим недостатком прототипа является невозможность оперативного контроля положения нуля, а это приводит к большей вероятности появления ошибок в процессе измерений. Еще одним недостатком является изменение положения оси окуляра в пространстве, так как в зависимости от типа измеряемых призм необходима переналадка прибора.
Задачей предлагаемой полезной модели является: повышение точности, надежности и производительности контроля деталей в серийном
2 производстве, а также расширение эксплуатационных возможностей
устройств.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для измерения двухгранных углов и пирамидальности, которое как и наиболее близкое к нему, выбранное в качестве прототипа, содержит стол для установки эталонных и контролируемых деталей и оптическую систему, которая состоит из визирного устройства и измерительного автоколлиматора, включающего объектив и сетку. Устройство содержит также отклоняющий призменный блок и поворотный фланец, кинематически связанный с микрометрическим устройством. Особенностью предлагаемого устройства, отличающего его от известного устройства 2, является то, что оптическая ось измерительного автоколлиматора совмещена с осью качания отклоняющего призменного блока. В оптическую систему между объективом и сеткой измерительного автоколлиматора установлен измерительный компенсатор плоскопараллельная пластина, а перед объективом -контрольная пластина, которая жестко закреплена перпендикулярно оси качания отклоняющего призменного блока. Призменный блок выполнен в виде двух призм с четным количеством отражающих граней и закреплен на поворотном фланце. Визирное устройство жестко закреплено на кронщтейне, установленном на основании.
3 проведения измерений и новышения производительности, оптическая ось
измерительного автоколлиматора совмещена с осью качания отклоняющего призменного блока. Это позволяет установить окуляр визира в наиболее удобное для оператора с эргономической точки зрения положение, независимо от величины измеряемого двугранного угла. С целью повышения производительности измерений и одновременного визирования отклонений двугранного угла и его пирамидальности, в оптическую систему между объективом и сеткой измерительного автоколлиматора установлен измерительный компенсатор - плоскопараллельная пластина, имеющая возможность заклоняться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Благодаря этому происходит смещение изображения автоколлимационного блика от визируемой грани относительно перекрестья сетки автоколлиматора, что позволяет судить о величине отклонений двугранного угла от эталонных значений и пирамидальности. Для обеспечения точности контроля за соосностью оптической оси автоколлиматора и оси качания отклоняющего призменного блока в оптическую схему устройства перед объективом автоколлиматора введена контрольная пластина, жестко закрепленная перпендикулярно оси качания отклоняющего призменного блока. Изображение блика от ее базовой поверхности совмещается с перекрестием сетки измерительного автоколлиматора, что позволяет контролировать соосность оптической оси автоколлиматора и оси качания отклоняющего призменного блока в процессе измерений. Для достижения максимальной
4 точности и надежности измерений пирамидальности оптических деталей,
параллельность между базовой плоскостью контрольной пластины и плоскостью измерений обеспечивается за счет стационарно перпендикулярного положения базовой плоскости относительно оптической оси автоколлиматора и нерастраиваемостью оптической схемы призменного отклоняющего блока, выполненного в виде двух призм с двумя отражающими гранями (например, БП-90° и БР-180° или БС-0° и БП-90°), определяющего положение плоскости измерений за счет точности исполнения углов отклоняющих призм. Нерастраиваемость обеспечивается за счет совмещения оптической оси измерительного автоколлиматора с осью качания отклоняющего призменного блока, в то время как в прототипе оптическая ось измерительного автоколлиматора меняет свое положение при повороте. Кроме того, при четном числе отражающих граней погрешность установки призмы не влияет на результат измерений, так как угол отклонения равен удвоенному углу между отражающими гранями и не зависит от угла входа лучей в призму, в отличие от прототипа, призменный блок которого содержит только одну отражающую грань, которая вносит погрешность в измерения.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемое устройство для измерения двугранных углов и пирамидальности оптических деталей иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
5
На фиг. 1 представлен вид на устройство со стороны места оператора, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2 со стороны столика для установки эталонов и контролируемых деталей, на фиг. 4 оптическая схема устройства.
Устройство для измерения двухгранных углов и пирамидальности оптических деталей собрано на плате 1(фиг. 1) на которой смонтированы опора 2 (фиг. 3) со столом 3 (фиг.З) для установки деталей и эталонов. Кроме того, на плате 1 установлены кронштейн 4 (фиг. 2) с измерительным автоколлиматором 5 (фиг.2), поворотным фланцем 6 (фиг.1) с рукоятками 7 и отклоняющий призменный блок 8 (фиг. 2), состоящий из двух призм 9 и 10 с четным количеством отражающих граней, а также кронштейн 11 (фиг.2) с визиром 12 (фиг. 2). Плата 1 установлена на трех опорах 13 (фиг.1), регулируемых по высоте, так что в случае необходимости она может быть горизонтирована. Стол 3 закреплен на плате 14 (фиг.З) с возможностью поворота вокруг оси опоры 2 под воздействием винта 15 (фиг.З) и фиксации в нужном положении винтом 16 (фиг.З). Плата 14 пружинами 17 поджата к шаровой опоре 18 и винтам 19 и имеет возможность качания вокруг шаровой опоры 18 при изменении высоты винтов 19.
Плата 20 жестко закреплена на подъемной колонне (на фиг. не показана), расположенной внутри опоры 2 и перемещающейся в ней при помощи подъемного механизма 21 (фиг.З), путем вращения маховика 22 (фиг. 1) . На стол 3 устанавливается фиксирующий механизм 23 (фиг.З) с подставкой 24 (фиг.З) для установки контролируемых и эталонных деталей, и
фиксирующей линейкой 25 со стопорным винтом 26 (фиг.З). Подставки и линейки могут заменяться в зависимости от типа и размеров контролируемых деталей. Оптическая ось призменного блока 8 совмещена с осью поворота стола 3 и оптической осью измерительного автоколлиматора 5. Призменный блок 8 жестко закреплен на поворотном фланце 6, таким образом, что оптическая ось призменного блока совмещена с осью поворота фланца 6 в кронштейне 4. Угол поворота призменного блока 8 устанавливается по щкале 27 (фиг.1) и нониусу 28 (фиг.1). На оси поворота фланца 6 установлен рычаг 29 (фиг.1) микроповорота фланца 6 с головкой микроповорота 30 (фиг.1), связанный с осью фланца 6 фрикционным механизмом сцепления (на чертеже не показан), который включается маховиком 31 (фиг. 1). Корпус измерительного автоколлиматора 5 установлен внутри поворотного фланца 6, при этом оптическая ось автоколлиматора 5 совмещена с осью поворота фланца 6. Визир 12 установлен на кронштейне 11 таким образом, что его оптическая ось является продолжением оптической оси измерительного автоколлиматора 5.
Лампа 32 (фиг.4), подключенная к пульту питания вилкой 33 (фиг. 1) через конденсор 34 засвечивает марку 35, которая линзами 36 и 37 изображается в плоскость сетки 38 автоколлиматора 5. Объектив 39 автоколлиматора 5 изобразит сетку 38 через призмы 9, 10 отклоняющего призменного блока 8 в бесконечности. Блик от контролируемой плоской
7 поверхности 40 через призмы 9, 10 отклоняющего призменного блока 8
изображается объективом 39 в плоскость сетки 38. Когда контролируемая плоская поверхность 40 расположена перпендикулярно оптической оси, то изображение совпадает с сеткой 38, в противном случае изображение будет смещено. Сетка 38 с наложенным на нее изображением блика от контролируемой плоской поверхности 40 рассматривается через линзу 37 и светоделитель 41 визиром 12. Величина смещения изображения блика от контролируемой плоской поверхности 40 относительно сетки 38 указывает на отклонение положения контролируемой плоской поверхности 40 от перпендикулярного оптической оси.
Для измерения величины отклонения положения контролируемой плоской поверхности 40 от перпендикулярного оптической оси применяется заклон измерительного компенсатора 42, представляющего собой плоскопараллельную пластину. Заклон измерительного компенсатора 42 для компенсации ошибок двугранного угла осуществляется поворотом барабана 43 и заклон для компенсационных ошибок пирамидальности - поворотом барабана 44.
Для контроля ошибок взаимного расположения оси поворота автоколлиматора 5 и его оптической оси применяется контрольная пластина 45, базовая плоскость которой устанавливается перпендикулярно оптической оси автоколлиматора 5, при этом изображение блика от контролируемой пластины наложится на сетку 38, что свидетельствует об отсутствии
8 погрешности расположения оптической оси автоколлиматора 5 и его оси
поворота. Для достижения максимальной точности измерений необходимо, чтобы оптическая ось автоколлиматора 5 была перпендикулярна плоской поверхности 40. Это достигается подъемом, разворотом и заклонами стола 3, при этом блик от плоской поверхности 40 совмещается с сеткой 38. Также необходимо, чтобы оптическая ось, выходящая из призменного блока 8 пересекалась с продолжением оптической оси измерительного автоколлиматора 5 под углом 90° с минимальным отклонением от этой величины, что достигается применением точных призм 9, 10 с двумя отражающими фанями (БП-90 и БР-180). Это исключает ощибку угла отклонения оптической оси, вызванную ошибками установки призм 9, 10. Таким образом, величина отклонения угла пересечения от 90° будет зависеть от алгебраической суммы отклонений от номинала углов призм 9 и 10, которые могут быть выполнены с достаточно высокой степенью точности, и скомплектованы таким образом, чтобы суммарное отклонение было минимальным. Эта величина не меняется в процессе эксплуатации ввиду неизменности углов призм. Таким образом, обеспечивается максимальная параллельность базовой плоскости контрольной пластины 45 и плоскости измерений.
Устройство работает следующим образом.
9 Перед контролем партии призм производится настройка устройства
по эталону, которым является точно выполненная призма того же типа и того же размера.
Настройка производится в следующем порядке. На подставку 24 устанавливается эталонная призма на опорную грань так чтобы центр грани совпадал с центром подставки. Линейка 25 кареткой фиксирующего механизма 23 доводится до контакта с визируемой гранью контролируемого двугранного угла. После этого каретка фиксирующего механизма стопорится винтом 26, фиксируя положение линейки 25. Вращая маховик 22 подъемного механизма 21 стола 3, середина визируемой грани эталона устанавливается на высоту оси поворота призменного блока 8, совмещенную с оптической осью автоколлиматора 5. Призменный блок 8 за рукоятки 7 поворотного фланца 6 заклоняется на величину контролируемого двугранного угла по шкале 27 с ценой деления Г (точность установки  30). Маховиком 31 рычаг 29 микроповорота фланца 6 сцепляется с осью поворотного фланца 6. Головкой микроповорота 30 фланца 6 по нониусу 28 и шкале 27 устанавливается значение контролируемого угла (точность установки  5). Вилкой 33 включается питание лампы 32 осветителя автоколлиматора 5 и, в окуляр визира 12 наблюдается блик от базовой поверхности контрольной пластины 45. Путем изменения напряжения питания лампы 32 регулируется яркость блика. Необходимо зафиксировать начальные (нулевые) значения барабанов 43 (измерение ошибок двугранного угла) и 44 (измерение ошибок
10
пирамидальности), при которых блик от базовой поверхности контрольной пластины 45 совпадает с перекрестьем сетки 38 автоколлиматора 5. Вращая головку микроповорота 30 совмещается перекрестие блика от визируемой грани эталона с перекрестием сетки 38 автоколлиматора 5 в одном направлении. Вращая винт 15 поворота стола 3 совмещается перекрестье блика от визируемой грани эталона с перекрестьем сетки 38 автоколлиматора 5 в другом направлении, фиксируется положение стола 3 винтом 16. На этом настройка устройства по эталону закончена. Заменив на подставке 24 эталон на контролируемую деталь, в окуляр визира 12 наблюдаем перекрестие блика от визируемой грани. Несовпадение перекрестий блика и сетки 38 автоколлиматора 5 указывает на наличие отклонений от эталона: по угловой оси - на отклонение двугранного угла, а в перпендикулярном направлении - на отклонение пирамидальности. Для измерения величины отклонений параметров двугранного угла и пирамидальности контролируемой детали от эталона нужно совместить перекрестье блика от визируемой грани с перекрестьем сетки 38 автоколлиматора 5. Совмещение перекрестий блика от визируемой грани и сетки 38 происходит в результате заклонов измерительного компенсатора 42, вызванных поворотом барабанов 43 и 44. Сняв показания шкал барабанов 43 и 44 с учетом зафиксированных начальных (нулевых) значений барабанов 43 и 44, определяем величины отклонений двугранного угла и пирамидальности. исходя из того, что деление шкалы барабанов 43 и 44 соответствует
определенной величине отклонения в угловых секундах.
12
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ НСТОЧНИКИ:
1.Г.В. Креопалова, Н.Л., Н.Л. Лазарева, Д.Т. Пуряев. Оптические измерения. М.: Машиностроение, 1987, с. 28-29.
2.Н.П. Гвоздева, К.И. Коркина. Теория оптических систем и оптические измерения. М.: Машиностроение, 1981, с. 316 - прототип