183677. lajstromszámú szabadalom • Berendezés tárgyak kontúrvonalának pásztázó lézersugaras letapogatásához
1 2 183 A találmány tárgya berendezés tárgyak kontúrvonalának pásztázó lézersugaras letapogatásához elsősorban gépipari alkatrészek alak és méretellenőrzéséhez, Mint 2717/81 sz. alatt bejelentett találmányunk le- 5 írásában már kifejtettük, a gépipari technológiák rohamos fejlődése miatt egyre nagyobbak a követelmények különféle tárgyak alak és méretjellemzőinek lehetőleg érintésmentes mérésére. Ezen belül is a lézerek megjelenése óta leggyorsabban az optikai módszerek 10 fejlődnek. A legkedvezőbb tulajdonságokat jelenleg a pásztázó lézersugaras módszerek szolgáltatják, melyeknél a kontúrvonal meghatározása céljából a képmezőt annak síkjára merőleges nyalábbal pásztázzák végig és a tárgy mögött elhelyezett fényérzékelővel 15 detektálják, hogy a mérendő tárgy a nyalábot eltakarja-e. Mivel a képmező mindkét koordinátája mentén meglehetősen nagy a felbontóképességre vonatkozó követelmény, ezért a mérés során a letapogató nyaláb helyzetét legalább a felbontóképességnek megfelelő 20 pontossággal mindenkor ismerni kell. A pozíció érzékelésre több ismert megoldás van. Az egyik ismert megoldás szerint a nyalábeltérítő vezérlő jeleiből következtetnek a letapogató nyaláb helyzetére. A nyalábeltérítő működési pontatlanságai 25 és nemlinearitásai miatt azonban ez a módszer csak is felbontóképességet tesz lehetővé. A nagyobb felbontóképességet biztosító ismert megoldások közös alapgondolata az, hogy a letapogató nyaláb energiáját részlegesen áteresztő tükör segít- 30 ségével kétfelé csatolják és igy két olyan nyalábot kapnak, melyek térbeli mozgása egymás tükörképe. Ezek közül az egyik nyalábot a mérendő tárgy letapogatására használják, míg a másik ún. referencia-nyaláb mindenkori helyzetét fényérzékelők segítségével 35 figyelik. E módszer több változata ismeretes. Az egyik ismert megoldási változat szerint a referencia-nyaláb tárgysíkjában fényérzékelőkből álló mátrixot alkalmaznak. Az ilyen mátrix azonban költséges és az elérhető felbontóképesség is korlátozott. 40 Egy másik ismert változat szerint a referencia-nyaláb tárgysíkjában egymásra merőleges vonalakból álló rácshálózatot helyeznek el és a pozíciójelet az e mögött elhelyezett fényérzékelők jeleinek elektronikus feldolgozásával nyerik. A referencia-nyaláb hala- 45 dási irányára ill. elmozdulására a rácson keletkező különböző irányú diffrakciós rendek intenzitás változásaiból lehet következtetni. E módszerrel nagy pontosságot és felbontóképességet lehet elérni, de kényes beállítást igénylő bonyolult optikai és elektronikus 50 megoldásokat igényel. Egy további ismert változatnál a referencia-nyalábot egy újabb részlegesen áteresztő tükör segítségével ismét kétfelé csatolják és e két résznyaláb segítségével pl. közönséges optikai rácsok alkalmazásával külön- 55 külön érzékelik a két síkbeli koordináta mentén az elmozdulást. Ez a megoldás azonban előnyös tulajdonságai mellett azzal a hátránnyal is jár, hogy az igen kényes és pontos optikai elrendezés miatt a hosszúidejű stabilitást főleg változó környezeti hőmérséklet esetén ßC nehéz megfelelő szinten tartani. Az idézett 2717/81 sz. alatt bejelentett találmányunk a kicsatolt referencia-nyalábot alkalmazó módszer olyan változata, melynél egyetlen kombinált optikai rácsot alkalmazunk és a nyalábot két, időben fiPj elhatárolt egymásra merőleges mozgás segítségével vezéreljük a képmező kijelölt helyére. Ez a módszer kedvezően alkalmazható, ha a mérendő tárgy kevésszámú, előre beprogramozható jellemző méretét kell meghatározni. Hátránya viszont, hogy mivel a nyalábot rendszeresen vissza kell téríteni az origóba, ezért hosszadalmas mérésekhez vezet olyan esetekben, ha a tárgy teljes kontúrvonalát fel kell térképezni. Célunk a fenti megoldások hátrányainak kiküszöbölése. Célunk olyan pásztázó lézersugaras letapogató mérő berendezés létrehozása melynél a referencianyaláb helyzetét egyetlen kombinált optikai rács és az e mögött elhelyezett egyetlen fényérzékelő segítségével lehet meghatározni anélkül, hogy a nyalábot az egyes programlépések között ismételten vissza kelljen téríteni alaphelyzetébe. A találmány alapja az a felismerés, hogy ha egy optikai rács szélén kódsávot helyezünk el és a pásztázást a rácshálózatra merőlegesen végezzük úgy, hogy a nyaláb minden végigfutásnál a kódsávon is keresztül haladjon, akkor a pásztázásra merőleges koordináta meghatározása a kiolvasott kód alapján lehetséges, e kódot pedig ugyanazon fényérzékelő jeleiből lehet megkapni, amely egyébként a metszett rácsvonalakat • is számlálja. A találmány tárgya berendezés tárgyak kontúrvonalának pásztázó lézersugaras letapogatásához, melyben lézerforráshoz kétdimenziós nyaiábeltérítő csatlakozik, ez utóbbi kimeneti fényútjában gyűjtőlencse, vagy lencserendszer, majd a nyaláb kettécsatolására szolgáló részlegesen áteresztő tükör helyezkedik el, az innen kilépő szétcsatolt egyik résznyaláb fényútjában a mérendő tárgy, majd gyűjtőlencse és fényérzékelő vau elhelyezve, míg a szétcsatolt másik résznyaláb fényútjában egy kombinált optikai rács, további gyűjtőlencse és további fényérzékelő helyezkedik el, a kombinált optikai rácson optikai vonalhálózat és ennek vonalaival párhuzamos világos vagy sötét elválasztó sáv helyezkedik el, a két fényérzékelő villamos kimenetei vezérlő kiértékelő elektronika bemenetéihez vannak kötve, ez utóbbi vezérlő kimenete pedig a kétdimenziós nyalábeltérítő vezérlő bemenetéhez van kapcsolva. A találmány abban van, hogy a kombinált optikai rács egyik, vagy minkét szélén kódsáv van kialakítva, melyen sötét és világos felületelemek alakítják ki a kiolvasandó bináris kódot és ezt az elválasztó sáv határolja cl a kombinált optikai rács többi felületén kiala kított optikai vonalhálózattól. A találmány szerinti berendezés példaként! kiviteli alakját rajz alapján ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti berendezés elrendezési vázlatát szemlélteti, míg a 2. ábra az 1. ábra szerinti berendezésben alkalmazott kombinált optikai rács egy lehetséges rajzolatát mutatja be. Az 1. ábrán az 1 lézer forrás fénye a 2 kétdimenziós nyalábéit érit ő bemenetéhez csatlakozik, míg az ebből kilépő nyaláb útjában rendre 3 gyűjtőlencse, ferdén elhelyezett 4 részlegesen áteresztő tükör, 5 mérendő tárgy, 6 gyűjtőlencse és 7 fényérzékelő van elhelyezve. A 4 részlegesen áteresztő tükör reflexiós irányában rendre 8 kombinált optikai rács további 9 gyűjtőlencse és további 10 fényérzékelő helyezkedik el. A 7 és 2
