2.1.5. Теневые и проекционные методы измерений.

Теневые методы (метод Фуко).

В 1856 г. Леон Фуко предложил метод исследования качества оптических поверхностей, сыгравший огромную роль в развитии, прежде всего, астрономической оптики. Для этого метода характерно сочетание чувствительности с чрезвычайной простотой выполнения и наглядностью. С помощью этого метода можно обнаружить дефекты величиной 1/50 - 1/200 . Однако этот метод не позволяет количественно оценить погрешности поверхности.

Если зеркало имеет идеальную сферическую форму, то после отражения от него, лучи вновь вернуться в центр кривизны, образуя строго гомоцентрический пучок лучей (рис.2.37). При положении ножа перед центром кривизны (за центром кривизны) по мере перекрытия лучей наблюдатель увидит движение тени слева направо (справа налево).

Если нож находится точно против центра кривизны зеркала, то при движении слева направо происходит очень быстрое и равномерное по всей поверхности зеркала понижение освещенности.

Если на поверхности зеркала есть деформированный участок (бугор), а нож находится в центре кривизны, наблюдатель увидит поверхность зеркала в целом равномерно освещенной, кроме участка бугра, у которого правая часть окажется светлой, а левая темной, так как отраженный лучи от правой половины бугра попадает в глаз, а от левой задерживается ножом. Возникает характерная теневая картина, позволяющая определить протяженность деформированного участка и его положение на поверхности зеркала.

Проекционные методы.

Метод теневого сечения.

Основан на проецировании эталонного светового пучка на контролируемую поверхность и сравнении результатов измерения с расчётными данными для теневой картины идеальной поверхности (рис. 2.38).

Метод пригоден для контроля шероховатых поверхностей. В случае полированных поверхностей их покрывают тонким слоем белой эмульсии (меловой).

Метод светового конуса.

Применяется для контроля вогнутых поверхностей. Установка содержит зеркально-линзовую систему, формирующую световой конус (рис.2.39). Это конус, пересекая контролируемую поверхность, образует теневую зону определенного диаметра. Перемещая контролируемую поверхность вдоль оси конуса, производят непрерывные измерения диаметра теневой зоны и величины смещения. За начало отсчета берут положение контролируемой поверхности, когда теневая зона вырождается в точку.

Перед измерением контролируемая поверхность центрируется относительно оптической оси установки и проверяется вращением детали вокруг оси по теневому контуру, который должен сохранять положение по высоте и диаметру.

2.2. Оптико-электронные геометрические измерения.

2.2.1. Структурная схема измерительного оэп.

Структурная схема показывает основные функциональные блоки устройства и связь между ними. По ней можно судить о назначении и взаимодействии отдельных частей и о работе прибора в целом.

Структурные схемы измерительных ОЭП весьма разнообразны, что связано с широким кругом решаемых ими задач, принципов построения и многообразием применяемых в них элементов, однако в самом общем виде структурная схема содержит следующие узлы (рис.2.40).

Источник излучения (ИИ) и оптическая система осветительного канала (ОС ) - формируют необходимый для работы прибора лучистый поток, определяют апертуру и поле зрения осветительного канала (ОК), спектральный состав излучения.

Модулятор (Мод) - изменяет характеристики лучистого потока во времени таким образом, чтобы обеспечить наилучшие условия работы приемного канала (ПК) - например, для работы электронного блока на переменном сигнале, что повышает стабильность и уменьшает шумы (сужение f).

Оптическая система приемного канала (ОС ) формирует изображение измеряемого объекта, или поступающий от него поток с заданными параметрами (см. схемы микроскопа и зрительной трубы).

Анализатор изображения (АИ) предназначен для выделения измерительной информации от объекта. Такой информацией может быть линейное или угловое перемещение объекта, его координаты или размеры. Анализатор осуществляет первичное преобразование потока излучения от объекта таким образом, что один или несколько параметров преобразованного потока становятся функционально связанными с информативными параметрами объекта

В ряде ОЭП анализ изображения ведется непосредственно многоэлементными (позиционно-чувствительными) приемниками, которые и выполняют функции анализаторов.

Часто анализатор изображения преобразует поток излучения таким образом, что он становится функцией времени, т.е. выполняет функции модулятора.

Анализатор является измерительным преобразователем и в значительной степени определяет метрологические характеристики и параметры всего прибора: статическую характеристику, диапазон работы, чувствительность, методическую и инструментальную погрешности, разрешающую способность (пороговую чувствительность).

Приемник излучения (ПИ) - преобразует оптический сигнал в электрический.

Электронный блок (ЭБ) - производит вторичную обработку измерительной информации (усиление и преобразование сигнала, логические операции (микропроцессор) ).

Регистрирующее устройство (РУ) - преобразует измерительную информацию, представленную в электрическом сигнале в форму, удобную для оператора (стрелочный прибор, цифровой индикатор, монитор).