Измерительный контроль (стр. 4 из 13)

Значения всех точек шагового измерения подсчитываются по формуле(1)

Zi=

(1)

Pi- текущие показания измерительного прибора при шаговом измерении;

i- любая из точек (на которые опираются ножки шагового мостика).

После нахождения всех точек сетки контролируемой поверхности заносят в таблицу и приступают к построению графиков в трех координатах, а затем к построению прилегающей плоскости.

3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ

Рис.19 Функциональная схема установки для контроля плоскостности.

Разработанное устройство для измерения отклонения от плоскостности представляет собой систему для контроля величины расстояния от образцовой плоскости до контролируемой плоскости, с целью нахождения погрешности формы этой плоскости.

Функциональная схема установки для контроля плоскостности показана на рис.19.

Устройство для измерения отклонения от плоскостности включает в себя устройство для создания образцовой плоскости и измерительного устройства.

Устройство для создания образцовой плоскости, согласно техническому заданию, должен работать в видимом диапазоне для того чтобы положение этой плоскости можно было контролировать визуально.

Устройство для создания образцовой плоскости состоит из: источника излучения, полевой диафрагмы, светоделительной призмы, объектива, пента-призмы и окуляра.

В качестве источника излучения используется лазерный светодиод, который работает в видимом диапазоне.

Полевая диафрагма используется для формирования пучка лучей.

Светоделительная призма используется для разделения визуального и измерительного канала.

Объектив используется для формирования параллельного пучка лучей.

Вращающаяся пента-призма нужна для сканирования плоскости.

Окуляр используется для наблюдения светового пятна на фотоприемнике.

Измерительное устройство состоит из: приемника излучения, штатива и перемещающихся направляющих, установленных на макроповерхностях и щупа.

Приемник излучения прикреплен на штатив.

В качестве приемника излучения используется координатный фотоприемник.

Координатным фотоприемником называется фотоприемник, по выходному сигналу которого определяют координаты светового пятна на фоточувствительной поверхности.

Разработанное устройство для измерения отклонения от плоскостности работает следующим образом.

Перед проверяемой деталью устанавливается устройство для создания образцовой плоскости, а на измеряемую поверхность измерительное устройство. Перед проведением измерения необходимо провести согласование образцовой плоскости и контролируемой по расположению в пространстве, по относительному заклону и начальному смещению. В качестве образцовой плоскости выбирается плоскость, полученная вращением луча относительно перпендикулярной ему оси, т.е. надо отрегулировать положение приемника таким образом, чтобы луч проходил через три точки находящиеся на максимальном расстоянии. После этого производится измерение отклонения от плоскостности. Измерение отклонения от плоскостности производится шаговым методом.

Свет от источника излучения коллимируется объективом и пройдя сканирующую систему, попадает на приемник излучения. Измерительная система перемещается вдоль контролируемой поверхности. Приемник излучения измеряет смещение щупа относительно базовой плоскости. При отсутствии отклонения от плоскостности проверяемой поверхности световое пятно будет находиться в центре координатной площадки фотоприемника. Если отклонение от плоскостности присутствует, то произойдет наклон измерительного устройства. В результате световой луч, прошедший через устройство для создания образцовой плоскости, сместится на величину ∆. На координатной площадке фотоприемника световое пятно будет смещено относительно центра.

Сигналы, приходящие на две половинки фотодиода (верхнего и нижнего), преобразуются в ток и проходят согласующий усилитель. После согласующего усилителя у нас имеется пульсирующее напряжение, величина которого зависит от смещения луча относительно координатной системы приемника и величины потока. После согласующих усилителей сигнал идет на арифметическое устройство, которое вырабатывает сигнал суммы (Uc) и сигнал разности (Uр) первичных сигналов. Решающий аналогово–цифровой преобразователь преобразовывает аналоговую величину в цифровую, цифровой код который пропорционален отношению Up ∕ Uc. На индикаторе выдается цифра пропорциональная величине линейного смещения.

Снимаются показания с индикатора.

Измерение производится методом сравнения с образцовой плоскостью. Сначала рассчитывается прилегающая плоскость (2), а относительно нее реальные точки (3) .

(2)

(3)

где ∆-отклонение от плоскостности;

- среднее значение прилегающей плоскости;

- текущие показания измерительного прибора при шаговом измерении;

- значения всех точек шагового измерения;

- количество измерений.

4.ГАБАРИТНЫЙ РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Оптическая схема устройства для контроля плоскостности состоит из источника излучения, полевой диафрагмы, объектива, светоделительной призмы, которая используется для разделения визуального и измерительного канала, окуляра, пента-призмы и фотоприемного устройства. Оптическая схема показана на рис.20.

Принцип работы оптической схемы измерительного канала.

Свет от источника излучения 1 освещает полевую диафрагму 2, находящуюся в фокальной плоскости объектива 5. Полевая диафрагма является плоскостью предмета. Объектив 5 формирует параллельный пучок лучей и, пройдя через сканирующую систему 6, в виде пента-призмы вращающейся вокруг вертикальной оси, попадает на приемную площадку фотоприемника 7. На приемной площадке фотодиода у нас находится плоскость изображения.

Принцип работы оптической схемы визуального канала.

Свет от источника излучения 1 освещает полевую диафрагму 2, которая формирует пучок лучей. Пучок лучей выходящий из полевой диафрагмы попадает на светоделительную призму 3, которая используется для разделения светового пучка на два канала (визуального и измерительного канала). Пучок лучей, отражаясь от зеркальной поверхности светоделительной призмы под углом 90˚, попадает в окуляр 4.Для того чтобы глаз мог рассмотреть изображение предмета, необходимо иметь на выходе окуляр. Окуляр находится в фокальной плоскости объектива 5. Окуляр используется для наблюдения светового пятна на фотоприемнике 7.

Источником излучения 1 является лазерный диод марки ОР-651 с мощностью непрерывного излучения 5 мВт в спектральном диапазоне 650 нм, изготовленных на основе высокоэффективных InGaALP квантоворазмерных гетероструктур. Основные оптические и электрические характеристики приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Оптические и электрические характеристики (Т= 25˚С):

Характеристики	Обозначения	Усл.теста	Мин.	Типич.	Макс.	Ед. измер.
Лазерный диод
Выходная оптическая мощность	РOUT	CW	-	-	5,0	мВт
Длина волны излучения	λ	Р0=5 мВт	640	650	660	нм
Рабочий ток	IF	Р0=5 мВт	-	31	36	мА
Рабочее напряжение	UF	Р0=5 мВт	-	2,55	2,8	В
Расходимость излучения	Θ׀׀ х Θ┴	Р0=5 мВт	-	8 х 35	-	град
Модовая структура	Р0=5 мВт	SM
Фотодиод обратной связи
Управляющий фототок	IPD	UPD=5V, P0=мВт	0,1	0,25	0,7	мА
Обратное напряжение	UPD	-	5,0	-	В
Условия эксплуатации
Диапазон рабочих температур	TOP	-10	-	+40	˚C
Диапазон температур хранения	ТST	-40	-	+80	˚C
Лазерный диод
Мощность излучения	PMAX	P0	-	-	5,0	мВт
Фотодиод обратной связи
Обратное напряжение	UPD	CW	-	-	10	В

Лазерный диод предназначен для создания направленного пучка лучей, который освещает

полевую диафрагму.

Полевая диафрагма 2 представляет собой металлическую деталь с внутренним отверстием, диаметр отверстия равен 0,1 мм. Она предназначена для ограничения поля зрения и формирования светящегося предмета в виде отверстия круглой формы. Полевая диафрагма расположена в фокальной плоскости объектива 5.

Для уменьшения длины L от первой поверхности до фокальной плоскости был взят телеобъектив.

Объектив формирует параллельный пучок лучей. Параллельный пучок лучей попадает на пента-призму 6.

Вращающаяся пента-призма (БП-90˚) нужна для сканирования плоскости. Эта призма имеет две отражающие грани, на которые наносится отражающее покрытие, так как углы падения меньше угла полного внутреннего отражения.