устройство для контроля углового положения объектов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ, содержащее лазер, оптически и последовательно расположенные коллиматор, два зеркала и измерительный экран, отличающееся тем, что оно снабжено треугольной призмой, установленной между коллиматором и зеркалами и ориентированной таким образом, что оптическая ось коллиматора перпендикулярна с одной гранью призмы, с нормалью к другой грани составляет предельный угол полного внутреннего отражения, третья грань, составляющая с второй гранью двойной предельный угол полного внутреннего отражения, расположена между зеркалами, оптически связывающими призму с измерительным экраном, а треугольная призма, зеркала и измерительный экран расположены в корпусе и предназначены для установки на объекте.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения углового положения одного объекта относительно другого и может быть использовано для контроля геометрических параметров крупногабаритного оборудования и технологической оснастки.

Известно устройство для контроля углового положения объектов, содержащее оптически связанные и последовательно расположенные лазер, коллиматор, фокусирующую линзу, фотоприемное устройство [1]

Устройство имеет следующие недостатки. На точность контроля оказывают влияние линейные смещения фокусирующей линзы с фотоприемным устройством в плоскости, перпендикулярной лазерному лучу. Предварительная центровка линзы с фотоприемным устройством на ось лазерного луча повышает трудоемкость контроля. Диапазон контролируемых углов и точность контроля этих углов зависят от фокусного расстояния линзы (расстояния от линзы до фотоприемного устройства) и находятся в противоречии друг с другом. Поэтому при точном контроле углового положения объектов диапазон контролируемых углов невелик, что повышает трудоемкость введения лазерного луча на фоточувствительный элемент устройства в начальный момент контроля.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее оптически связанные и последовательно расположенные лазер, диафрагму, два зеркала, одно из которых сферическое, измерительный экран [2]

Устройство имеет следующие недостатки.

Перед выполнением операции контроля осуществляется настройка оптических элементов устройства, так как один чувствительный элемент устройства (сферическое зеркало) связан с лазером, а другой чувствительный элемент (плоское зеркало) связан с контролируемым объектом (торцом трубки). Это увеличивает продолжительность контроля.

Устройство предназначено для контроля малых углов. В процессе выставления объекта в заданное положение на начальном этапе угловое положение этого объекта превышает предел измерений устройства. Поэтому на начальном этапе на измерительном экране устройства отсутствует информация (измерительные пятна) об угловом положении объекта, что приводит к увеличению продолжительности контроля, а значит, к снижению производительности и точности контроля.

Целью изобретения является повышение производительности и точности контроля углового положения объектов.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 схема контроля; на фиг. 3 график зависимости угла преломления от угла падения луча при его прохождении из оптически плотной среды в менее плотную.

Устройство для контроля углового положения объектов (фиг. 1) содержит лазер 1, оптически связанные и последовательно расположенные коллиматор 2, два зеркала 3 и 4, измерительный экран 5, треугольную призму 6, установленную между коллиматор 2 и зеркалами 3 и 4 и ориентированную таким образом, что оптическая ось коллиматора перпендикулярна одной грани призмы, с нормалью к другой грани составляет предельный угол полного внутреннего отражения, третья грань, составляющая с второй гранью двойной предельный угол полного внутреннего отражения, расположена между зеркалами 3 и 4, оптически связывающими призму 6 с измерительным экраном 5, корпус 7, в котором расположены призма 6, зеркала 3 и 4 и измерительный экран 5, которые предназначены для установки на объекте 8 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

Например, при контроле непрямолинейности или неплоскостности поверхностей крупногабаритных объектов лазер 1 с коллиматором 2 устанавливают на стойку (не обозначена). Стойку жестко закрепляют рядом с контролируемой поверхностью объекта 8, а коллимированный монохроматический лазерный луч направляют вдоль контролируемой поверхности. На контролируемую поверхность против лазерного луча устанавливают подставку с двумя опорами, расстояние между которыми соответствует выбранному шагу измерений. На подставку устанавливают и закрепляют корпус 7. При этом корпус 7 располагают таким образом, чтобы грань призмы 6 находилась со стороны коллиматора 2. При последовательном перемещении подставки на шаг измерения по контролируемой поверхности объекта 8 отклонения от прямолинейности (плоскости) вызывают наклоны корпуса 7 относительно лазерного луча. В зависимости от направления наклона блока грань призмы 6 может располагаться по отношению к лазерному лучу под углом, большим или меньшим предельного угла полного внутреннего отражения. При этом возможны следующие случаи.

Если грань призмы 6 относительно лазерного луча расположена под углом, меньшим предельного угла полного внутреннего отражения, то часть луча преломляется и идет вдоль поверхности грани на зеркало 4. Отразившись от зеркала 4, луч попадает на измерительный экран 5. На измерительном экране 5 видна световая полоска высотой, равной диаметру коллимированного луча. По мере исправления прямолинейности объекта 8 световая полоска с ускорением приближается к отметке "0", его ширина уменьшится. Вторая часть луча, отразившись от одной грани, а затем от другой, выходит из работы.

Если грань призмы относительно лазерного луча расположена под углом, большим предельного угла полного внутреннего отражения, то лазерный луч, отразившись от нее на другую, делится на две части. Одна часть луча, отразившись, выходит из работы. Второй преломленный луч идет вдоль грани на зеркало 3. Отразившись от зеркала 3, луч попадает на измерительный экран 5. На измерительном экране 5 видна световая полоска, но уже с другой стороны от отметки "0", эта световая полоска так же, как и в первом случае, с ускорением приближается к отметке "0" по мере исправления непрямолинейности поверхности контролируемого объекта.

С увеличением угла наклона устройства от номинала угол падения луча на грань призмы 6 уменьшается. На фиг. 3 показан график зависимости угла преломления от угла падения при углах падения, близких к предельному углу полного внутреннего отражения

r arc sin(n sin i), где i угол падения луча на грань призмы;

r угол преломления луча;

n показатель преломления материала призмы (n 1,555).

График показывает, что с уменьшением угла падения луча угол преломления r становится менее чувствительным к изменениям угла падения. Поэтому если в начальный момент контроля угол наклона устройства относительно номинала еще имеет большое значение, то несмотря на это световая полоска уже видна на измерительном экране 5. Контроль за перемещением световой полоски по экрану, начиная с больших углов наклона, облегчает процесс выставления и контроля объекта, что сокращает продолжительность контроля. В итоге предлагаемое устройство позволяет повысить производительность контроля объектов.