183942. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés tárgyak geometriai méretének optikai mérésére
1 183 942 A találmány tárgya eljárás és berendezés tárgyak geometriai méretének optikai mérésére és méretellenőrzésére pásztázó fény-nyalábos letapogatással, célszerűen lézer alkalmazásával. Ismeretes, hogy főleg a gépipar és finommechanikai ipar fejlődésével fokozódik az igény különféle alakú tárgyak, munkadarabok egy, vagy több geometriai méretének minél pontosabb mérésére. A pontossági követelmény növekedésével előtérbe kerülnek az érintésmentes mérési módszerek, melyeknél a zérus mérőnyomás eredményeként a mérendő tárgyon alakváltozás nem lép fel. Az érintésmentes mérések között is kiemelt szerepük van a pásztázó fénynyalábos optikai módszereknek, melyek bonyolult tárgyak többféle méretének előre programozott automatikus mérését teszik lehetővé. Az ilyen eljárások főleg a lézertechnika megjelenése óta terjednek, mivel a lézer monokromatikus és irányított fénye az optikai rendszer konstrukciós problémáinak egyszerűsítését teszi lehetővé. A lézer-nyaláb pásztázásos mérési módszerekre többféle ismert megoldás van. E megoldások közös jellemzője, hogy a mérendő tárgy mérés alatt álló lineáris mérete mentén, erre merőleges fénynyalábbal a mérendő tárgyat végigpásztázzák és a tárgy mögött levő fény-érzékelővel detektálják, hogy a tárgy a nyalábot mikor takarja el ill. hogy a nyaláb a tárgy másik szélen mikor bukkan újra elő. A letapogató mérő nyaláb térbeli helyzetét természetesen ismerni kell, s e célból annak egy részét félig áteresztő tükörrel kicsatolják és az így kapott referencia nyaláb helyzetét érzékelik. A referencia-nyaláb szerepétől függően az ilyen mérési eljárásoknak két fő változata ismeretes. Az egyik ilyen ismert változatnál a referencia-nyaláb útjába ismert méretű etalon tárgyat helyeznek és mérik, hogy egyrészt a mérendő tárgy másrészt az etalon tárgy a mérő ill. referencia nyalábot mennyi ideig takarja el és ezen időtartamok viszonya alapján az etalon méretének ismeretében számítással határozzák meg az ismeretlen méretet. Ezzel a módszerrel igen pontos mérést lehet végezni, ha a nyaláb mozgása egyenletes sebességű és a mérendő és etalon tárgyak méretei között nem nagy a különbség. A módszer hátránya azonban, hogy különböző eltérő méretű tárgyak esetén az etalonokat is cserélgetni kell, továbbá, hogy az egyenletes sebességű pásztázás komoly műszaki problémákat vet fel. A nyalábeltérítő rendszer tehethetlensége miatt ugyanis megfelelően lineáris fűrészrezgés típusú pásztázás csak alacsony frekvencián lehetséges, ami a mérőrendszer teljesítményét korlátozza. A nagyobb sebességű szinuszos pásztázás esetén pedig csak a pásztázási tartomány közel lineáris kis középső szakaszát lehet kihasználni, így a mérési tartomány erősen korlátozott. A módszer másik ismert változatánál a referencianyaláb útjába sötét és világos vonalakból álló optikai rácsot helyeznek és a mögötte elhelyezett fény-érzékelő segítségével számlálják, hogy a nyaláb haladása során hány vonalat metsz. E módszer előnye, hogy nem egyenletes sebességű pásztázás esetén is helyes eredményt ad, ezért az előzőnél gyorsabb és nagyobb méret-tartományt átfogó berendezéseket lehet ilyen elv alapján szerkeszteni. Hátránya viszont, hogy az elérhető pontosságot, ill. felbontóképességet az optikai rácson előállítható vonalsűrűség és/vagy az előállítható minimális nyalábkeresztmetszet korlátozza. Célunk a fenti megoldások hátrányainak kiküszöbölése olyaneljárás létrehozásával, mely a fentebb leírt módszerek előnyeit egyesíti. Célunk olyan mérési eljárás és berendezés létrehozása, mely durva felbontású optikai rács g és nem teljesen egyenletes sebességű pásztázás esetén is biztosítja az etalonos mérés pontosságát, de annál szélesebb mérettartományban. A találmány alapja az a felismerés, hogy a fényfolthoz képest durva felbontású optikai rács esetén is a szomszé- 10 dós rácsvonalak közötti áthaladás egyes szakaszaiban — ha ezek a szakaszok elegendően kicsinyek — a nyaláb haladási sebessége gyakorlatilag állandó. Ezért a metszett rácsvonalak számlálásán túlmenően a szomszédos vonalak metszése között eltelt idő mérése, valamint a legutol- 15 só vonalmetszés óta eltelt idő mérése alapján a nyaláb mindenkori térbeli helyzete megfelelő pontossággal interpolációval számítható, így a mérendő tárgy kontúrján a nyaláb be ill. kilépési pontja a rácsvonalsűrűségnél sokkal pontosabban is meghatározható. 20 A találmány tárgya eljárás tárgyak geometriai méretének optikai mérésére melyben a mérendő tárgyat vékony fény-nyalábbal — célszerűen lézerrel — végigpásztázzuk és a pásztázó mérőnyalábból félig áteresztő tükörrel referencianyalábot csatolunk ki melyet optikai rácsra vetí- 25 tünk és egyrészt a mérendő tárgy másrészt az optikai rács mögött elhelyezett fény- érzékelők segítségével detektáljuk, hogy a mérő nyaláb tárgy általi eltakarása hányadok rácsvonalnál kezdődik, ill. fejeződik be. A találmány abban van, hogy mérjük az egymást köve- 30 tő sötét és világos rácsvonalakon való áthaladások időtartamát és azt is, hogy a mérőnyaláb tárgy általi eltakarásának kezdeti és befejező pillanataiban az éppen elkezdett (sötét vagy világos) rácsvonalra való ráfutás óta mennyi idő telt már el, és ezen időtartamok aránya alapján a rács- 35 vonalak osztáspontosságán belüli interpoláció segítségével számítással határozzuk meg a mérendő tárgy keresett geometriai méretét. A találmány szerinti eljárás megvalósítható oly módon is, hogy a megkezdett rácsvonalra való ráfutás óta eltelt 40 időtartamot állandó frekvenciájú ütemgenerátorral hajtott számláló segítségével mérjük. A találmány szerinti eljárás megvalósítására szolgáló berendezés optikai nyalábeltérítő rendszert, az innen kilépő nyaláb útjában ferdén elhelyezett féligáteresztő tük- 45 rőt, majd a mérendő tárgy mögött elhelyezett mérőérzékelőt, továbbá a féligáteresztő tükör kicsatolási irányában, arra merőlegesen elhelyezett optikai rácsot és emögött lévő referenciaérzékelő, valamint elektromos vezérlő egységet tartalmaz, ez utóbbi bemenetéihez a mérő- 50 érzékelő és referenciaérzékelő kimenetei csatlakoznak, az optikai nyalábeltérítő rendszer vezérlő ill. meghajtó bemenetéihez az elektromos vezérlő egység vezérlő ill. meghajtó kimenetei csatlakoznak, továbbá a referencia érzékelő kimenete egy vonal-számláló egység számláló 55 bemenetéhez van kapcsolva, ez utóbbi kimenetei az elektromos vezérlő egység adatbemeneteihez, törlő bemeneté pedig az elektromos vezérlő egység törlő kimenetéhez van kötve. A találmány szerinti berendezést az jellemzi, hogy tar- 60 talmaz még egy időszámláló egységet és egy állandó frekvencián működő ütemgenerátort is, az időszámláló egység számláló bemenetéhez ezen ütemgenerátor kimenete van kapcsolva, törlő bemenetéhez az elektromos ve-2
