ОПТИЧЕСКОЕ УГЛОМЕРНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в лабораториях приборостроительных заводов для измерения углов отклонения и отражения преломляющих и отражающих оптических деталей.
Известен автоколлиматор (В.А.Афанасьев. Оптические измерения. Издательство «Высшая школа», 1981 г., рис.53), содержащий последовательно расположенные по ходу излучения сетку с перекрестьем, светоделительный кубик и зеркало обращенное отражающей поверхностью нормально к объективу автоколлиматора. Контролируемый клин установлен между зеркалом и объективом. Параллельный пучок лучей дважды проходит через клин, благодаря чему удваивается чувствительность автоколлиматора, суммарная погрешность которого достигает 1". Недостатками автоколлиматора являются низкая точность, недостаточная стабильность, низкая производительность, ограниченная номенклатурой проверяемых деталей.
Прототипом заявляемого устройства является фотоэлектрическая установка (В.А.Афанасьев. Оптические измерения. Издательство «Высшая школа», 1981 г., рис.57), состоящая из щелевой диафрагмы, расположенной в фокальной плоскости объектива коллиматора, модулятора, объектива приемной трубы, разделительного анализатора, зеркальных анализаторов, компенсатора, обтюратора, фотоприемника, усилителя, индикатора и отсчетной системы. Контролируемый клин располагается в двух положениях между объективом коллиматора и объективом приемной трубы в параллельном пучке лучей. От источника света модулированный пучок выходит через объектив коллиматора параллельным пучком, проходит через испытуемый клин, падает на объектив приемной трубы, далее на компенсатор, собирается в фокусе
объектива приемной трубы на вершине разделительного анализатора, который делит падающий пучок света на половины и направляет их на зеркальные анализаторы, которые через обтюратор направляют пучки лучей на фотоприемник. Фототок, возникающий в фотоприемнике, усиливается усилителем, а в индикаторе наблюдается сигнал. Перемещением компенсатора находят максимальное значение сигнала без клина и при двух положениях клина. Перемещение компенсатора передается шкале отсчетной системы, которая объективом отсчетной системы проецируется на экран.
Недостатками установки являются:
- низкая пропускная способность при проверке детали в двух положениях;
- ограниченная номенклатура проверяемых оптических деталей (клинья и плоскопараллельные пластинки);
- низкая точность контроля, наличие систематических погрешностей;
- сложная ручная процедура контроля;
- невозможность использования установки для массового контроля.
Решается задача повышение точности и производительности, при этом устройство универсально и компактно.
Сущность заключается в том, что в оптическое угломерное устройство, содержащее источник света, щелевую диафрагму, коллиматор, фотоприемник и отсчетную систему введены плоское зеркало, расположенное в фокальной плоскости коллиматора, автоколлиматор, расположенный соосно с коллиматором, в передней фокальной плоскости которого помещена щелевая диафрагма, а в задней фокальной плоскости - светоделительный призменный кубик, клинья Додена и фотоприемники, соединенные через усилители напряжения с сумматором, последовательно соединенным через микропроцессор с отсчетной системой, блок питания соединенный с усилителями, источником света и приводом транспортировочного устройства подачи и удаления оптических деталей и отклоняющая система, оптически сопряженная с фотоприемниками и расположенная между коллиматором и автоколлиматором.
Высокая точность достигается использованием для индикации вместо глаз высокочувствительных фотоприемников, обладающих поверхностной чувствительностью, включенных по дифференциальной схеме, компенсирующей нелинейность характеристики. Нерасстраиваемость устройства достигается совместным ходом лучей половин входных зрачков от двух частей изображения визирного штриха автоколлиматора, благодаря чему взаимного смещения между частями изображений визирного штриха не происходит. Повышение производительности контроля достигается быстродействием автоматического контроля, ограниченного лишь временем смены деталей и регистрации результата измерения с помощью самописца и микропроцессора. Универсальность достигается особенностью оптической схемы формирующей сигнал как в проходящем так и в отраженном пучках лучей, благодаря чему расширяется номенклатура деталей по светотехническим характеристикам. Высокая экологичность достигается освобождением глаз оператора от процесса визуальной индикации.
Заявляемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена оптическая схема, на фиг.2 - вид поля анализа, изображение щелевой диафрагмы и расположение светящихся штрихов в поле анализа.
На фиг.1 обозначено:
1 - объектив автоколлиматора;
2 - объектив коллиматора;
3 - плоское зеркало;
4 - светоделительный призменный кубик;
5 - щелевая диафрагма;
6 - позиционно-чувствительные фотоприемники;
7 - клинья Додена;
8 - конденсор;
9, 10 - зеркала;
11 - усилители напряжения;
12 - источник света;
13 - сумматор;
14 - микропроцессор;
15 - блок питания;
16 - отсчетно-регистрационная система;
17 - привод транспортировочного устройства 18;
19 - отклоняющая система;
20 - проверяемая деталь.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Световые лучи от источника света 12 через конденсор 8 направляются на щелевую диафрагму 5. Пучок лучей от щелевой диафрагмы 5 проходит через светоделительный призменный кубик 4 с полупрозрачным разделительным покрытием, отражается зеркалами 10 и 9 и отклоняется в объектив 1 автоколлиматора и выходит из него параллельным пучком. Далее пучок, проходящий через левую половину объектива 1 автоколлиматора, попадает на отклоняющую систему 19, а через правую половину - на проверяемую деталь 20. Затем оба пучка проходят объектив 2 коллиматора и сходятся в плоскости зеркала 3 в одну точку. Зеркало 3 отражает лучи из той же точки и поэтому оси выходящих пучков будут строго параллельны между собой даже при наклоне зеркала 3 в пределах апертурного угла. После отражения от зеркала 3, пучки лучей следуют в обратном направлении по прежнему пути до светоделительного призменного кубика 4, отражаются от его гипотенузной грани, проходят клинья Додена 7 и образуют изображение частей штриха щелевой диафрагмы 5, разделенных линией соприкосновения клиньев Додена 7, на светочувствительных поверхностях позиционно-чувствительных фотоприемников 6 типа Мультискан, на выходе которых возникают напряжения фототока. При отсутствии детали 20 с помощью микрометра напряжение на выходе сумматора 13 устанавливается на нуль, а при установке в ход лучей проверяемой детали с углом отклонения, отличающимся от нуля, изображения частей штриха смещаются друг от друга на двойную величину угла отклонения проверяемой детали 20 (фиг.2). Учитывая выше указанное удвоение чувствительности и
высокую поверхностную реакцию фотоприемников 6 к поперечному смещению энергетического центра изображения, отсутствие систематических погрешностей благодаря инвариантности угломерного устройства, его точность превысит известные способы контроля углов отклонения и отражения как прозрачных, так и непрозрачных деталей (противосолнечных светофильтров и двухсторонних зеркал). Встречное включение фотоприемников 6 исключает влияние нелинейности на их характеристики (при подборе фотоприемников 6 с одинаковыми характеристиками нелинейности). Автоколлиматор 1 работает в прямом и обратном ходе лучей. В прямом ходе лучей световой пучок от источника света 12 через конденсор 8 освещает щель диафрагмы 5, проходит через светоделительный призменный кубик 4, отклоняется зеркалами 10 и 9 в объектив 1 автоколлиматора и выходит из него параллельным пучком. Из этого пучка лучей одна половина (левая) проходит через отклоняющую систему 19, а другая половина (правая) - через проверяемую деталь 20. Далее пучки лучей проходят объектив 2 коллиматора, который собирает их в точку на поверхности зеркала 3. Здесь пучки лучей меняются местами. Пучок лучей из левой половины перемещается в правую половину и наоборот из правой половины пучок лучей перемещается в левую половину. Лучи, выходящие из правой половины объектива 2 коллиматора проходят второй раз проверяемую деталь 20 и в обратном ходе следуют через оптические детали 1, 9, 10, 4, один из клиньев Додена 7 и образует изображение светящейся щели на поверхности одного из фотоприемников 6. Лучи, выходящие из левой половины объектива 2 коллиматора, проходят через отклоняющую систему 19 и далее тем же путем через оптические детали 1, 9, 10, 4, второй клин Додена 7 и образуют изображение светящейся щели на поверхности другого фотоприемника 6. Если угол отклонения проверяемой детали 20 отличается от нуля, то изображения светящейся щели на поверхностях фотоприемников 6 разойдутся в разные стороны. На фотоприемниках 6 возникает напряжение фототока. Таким образом, происходит двухразовое пересечение лучами проверяемой детали 20 при неизменном ее положении, что
исключает погрешности, связанные с изменением положения главного сечения клина детали. При контроле непрозрачных деталей (зеркал, плотных светофильтров) измеряется угол между преломляющими гранями, либо между отражающими гранями. В этом случае лучи, доходящие до отражающих граней или плоскостей светофильтров, отражаются от них и также образуют изображения светящихся штрихов на поверхностях фотоприемников 6.
Коллиматор расположен соосно с автоколлиматором и состоит из объектива 2 и зеркала 3. Является инвариантным элементом, сохраняющим неизменность направлений при изменении положения коллиматора относительно автоколлиматора.
Светоделительный призменный кубик 4 состоит из двух призм АР-90, склеенных гипотенузными гранями. Одна из гипотенузных граней покрыта полупрозрачной пленкой, отражающей и пропускающей приблизительно по 40% лучистого потока.
Щелевая диафрагма 5 представляет собой плоскопараллельную пластинку, покрытую черной пленкой с прозрачной линией, полученной фотопутем пропускающей свет от источника 12 и изображающейся на поверхности фотоприемников 6 святящимся штрихом.
Позиционно-чувствительные фотоприемники 6 типа «Мультискан» преобразуют световой поток в электрический сигнал, напряжение которого зависит от положения энергетического центра пучка лучей, падающих на его поверхность.
Клинья Додена 7 представляют собой систему из двух преломляющих клиньев, расположенных вершинами в противоположные стороны и отклоняют оси половин апертурного пучка на двойной угол отдельного клина.
Конденсор 8 создает равномерное освещение прозрачных щелей диафрагмы 5.
Зеркала 9, 10 отклоняют пучки лучей на 180° и тем самым сокращают продольный габарит устройства.
Транспортировочное устройство 18 представляет собой движущуюся ленту с отверстиями, над которыми крепятся оправы, в которые помещаются проверяемые детали. Лента перемещается на роликах с шагом, равным расстоянию между центрами оправ. Транспортировочное устройство 18 устанавливается и используется при массовом контроле деталей. При контроле одиночных деталей устанавливается предметный стол с отверстием и сменной оправой с внутренним посадочным диаметром, равным диаметру проверяемых деталей. Усилители 11 усиливают напряжение выходных сигналов фотоприемников 6. Микропроцессор 14 вычисляет углы отклонения проверяемых прозрачных деталей и углы между плоскостями плотных светофильтров.
Отсчетно-регистрационная система 16 регистрирует углы отклонения, поступающие от микропроцессора 14 и порядковые номера проверяемых деталей, поступающих от транспортировочного устройства 18.
Предлагаемое техническое решение обладает рядом положительных особенностей:
- является нерасстраивающимся измерительным устройством;
- является высокопроизводительным средством контроля;
- обладает высокой точностью;
- является универсальным, поскольку позволяет измерять с высокой точностью как углы отклонения плоскопараллельных пластин и клиньев, так и углы между отражающими поверхностями двухсторонних зеркал и плотных противосолнечных светофильтров;
- является компактным, с уменьшенными в два раза осевыми габаритами автоколлиматора, позволяющим применять длиннофокусные объективы для повышения точности;
- экологичен, так как весь процесс измерения углов осуществляется без участия глаз автоматически при любом числе деталей.