Оптичний вимірювальний пристрій

Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, в частности к приборам для линейных измерений. Оно может быть использовано для бесконтактного контроля размеров деталей в процессе их изготовления, а также для измерения деформаций деталей (образцов), находящихся под нагрузкой. Известно двухкоординатное оптическое измерительное устройство, содержащее последовательно установленные источник излучения, проекционную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых установлены с возможностью взаимно-соосных перемещений в плоскости перпендикулярной оси излучения, а третий - в ходе измерения на его оси за первыми двумя объективами, измерительную шкалу и окуляр [1]. Известное устройство обеспечивает измерения лишь по одной координате. Однако, в ряде случаев, например при измерении деформации объектов (образцов), подвергаемых в процессе испытаний механическому и тепловому нагружению, измерение изменения границ объекта обеспечить практически невозможно. В основу изобретения поставлена задача создания такого оптического измерительного устройства, которое позволило бы осуществлять измерения деформации объекта, подвергаемого тепловому и механическому нагружению и обеспечивало текущую регистрацию относительного положения границ объекта в произвольно ориентированной плоскости, что повышает точность измерений. Поставленная задача решается тем, что оптическое измерительное устройство содержит последовательно установленные источник излучения, проекционную оптическую систему, выполненную в виде трех объективов, два из которых установлены с возможностью взаимно-соосных перемещений в плоскости, перпендикулярной оси излучения, третий - в ходе излучения на его оси за первыми двумя объективами, измерительную шкалу и окуляр согласно изобретению, устройство снабжено двумя дополнительными объективами, установленными в одной плоскости с первыми двумя объективами и с возможностью совместного перемещения пары дополнительных объективов в направлении, ортогональном направлению перемещения первых двух объективов в двух взаимно ортогональных направлениях. Особенностью предлагаемого устройства является и то, что для измерения малых, объектов подвижные объективы выполнены децентрированными, Предлагаемое устройство содержит в общем виде четыре объектива с ПОДВИЖНЫМ компонентом вместо одного объектива. Поля зрения объективов совмещены, а каждый объектив строит изображение только границы объекта, а не всего объекта, что позволяет расширить диапазон измерений. Технический результат заключается в том, что в предлагаемом устройстве оптическая система обеспечивает регистрацию изменения положения объекта путем локального увеличения лишь границ объекта, например, образца, подвергаемого механическому и тепловому нагружению. На чертеже представлена схема устройства. Оно состоит из осветителя 1 и измерительного устройства 2, между которыми установлен объект измерения 3, например, образец для испытаний на термическую усталость. Причем ось образца 3 перпендикулярна оптической оси. Образец 3 установлен в захватах установки для испытаний на термоусталость (на чертеже не показана). Измерительное устройство 2 содержит общий коллиматорный объектив 4, перед которым в параллельном ходе лучей размещены четыре коллиматорных объектива 5, 6, 7, 8, измерительную шкалу 9 и окуляр 10. Оптические оси всех объективов параллельны. Объективы 5, 6 и 7, 8 функционально объединены в пары и установлены в направляющих, обеспечивающих их перемещение о плоскости, перпендикулярной оптической оси, в направлениях осей координат Χ и Υ. Диаметры объективов пар 5, 6 и 7, 8 меньше диаметра объектива 4. Объективы 5, 6 образуют первую пару и обеспечивают измерение размеров вдоль оси X. Каждый объектив этой пары может перемещаться относительно друг др уга вдоль оси Χ и оба объектива пары могут перемещаться совместно вдоль оси Υ. Объективы 7, 8 образуют вторую пару и обеспечивают измерение размеров вдоль оси Υ. Каждый объектив этой пары может перемещаться вдоль осей Χ и Υ независимо друг от друга. Для обеспечения возможности измерении малых объективов 5, 6, 7, 8 выполнены децентрированными. Величина децентровки выбирается, исходя из возможности совмещения фокусов объективов пар 5, 6 и 7, 8 при минимальном расстоянии между объективами. При этом фокусы объективов 5, 6, 7, 8 расположены в одной плоскости, являющейся предметной плоскостью измерительного устройства. Устройство работает следующим образом. Предварительно проводят его тарировку. Для этого после включения осветителя 1 в предметной плоскости измерительного устройства 2 устанавливают эталонный объект 3 (образец) с аттестованными размерами "а" и "в", соответствующими номинальным измерительным размерам. При этом объективы 5, 6, 7, 8 формируют параллельные световые пучки от объекта измерений 3, поступающие в общий объектив 4 и образующие в плоскости эталонной шкалы 9 (фокальной плоскости объектива 4) четыре теневых изображения четырех границ объекта измерения 3, налагаемых друг на друга. Перемещением объективов 5 и 6 вдоль оси Χ и 7 и 8 вдоль оси Υ фокусы этих объективов совмещают с границами эталона. При этом в поле зрения наблюдается равномерноосветящийся фон так как границы теневых изображений от каждого объектива пары соприкасаются, а светлые и темные части изображений накладываются одно на другое. Наблюдение поля производится через окуляр 10. После этого в предметной плоскости измерительного устройства устанавливают измеряемый объект 3 и наблюдают через окуляр 10 картину в поле зрения. Если размеры "а" или "в" измеряемого объекта 3 не совпадают с размерами эталона, в поле зрения окуляра 10 наблюдается изображение либо светлой, либо темной вертикальной или горизонтальной полосы соответственно. Светлая полоса наблюдается, если измеряемый размер меньше размера эталона, темная больше размера эталона. Измерив ширину полосы по измерительной шкале 9, определяют величину отклонения от эталона и вычисляют измеряемый размер.. Совместное перемещение объективов 5, 6 и 7, 8 вдоль координатных осей позволяет производить измерение размеров в различных сечениях измеряемых образцов. Наблюдаемая картина поля зрения не зависит от измеряемого размера, т.е. от расстояния между фокусами объективов пары, а определяется только отступлением изменяемого размера от эталонного. Погрешность измерения определяется только увеличением оптической системы, а диапазон измерений - световыми диаметрами объективов 4, 5, 6, 7, 8. Чем больше разность световых диаметров общего объектива 4 и объективов пар 5, 6 и 7, 8, тем больше диапазон измерений, так как изображение в поле зрения окуляра 10 формируется только при перемещении объективов пар 5, 6 и 6, 8 в пределах светового отверстия объектива 4. При этом погрешность измерений остается практически постоянной в пределах всего диапазона измерений, что является техническим преимуществом данного устройства. При этом диапазон измерений данного устройства в сравнении с прототипом при одинаковом или даже большем увеличении значительно больший, т.а, при большем диапазоне измерений точность предложенного устройства выше.