190124. lajstromszámú szabadalom • Optikai rács elsősorban lézersugár térbeli helyzetének meghatározásához
;í 1 !K! ! 21 ! A találmány tárgya optikai ráca, elsősorban lézersugár térbeli helyzetének meghatározásához, főleg finommechanikai alkatrészek méretellenórzésére szolgáló lézer-sugár tetapogaláaos elven működő mérőberendezésekhez. Ismeretes, hogy a finommmechanikai ipar fejlődésével fokozódik a pontoasági igény és ez fokozott követelményeket támaszt a méretellenőrző berendezések iránt Is. A nagy pontosság érdekében a korszerű mérőberendezések a munkadarab érintése nélkül mérnek a mérőnyomáaból eredő deformáció kiküazöbölé- 8e céljából. Az érintésmentes mérőberendezések közül is az optikai, elsősorban lézerletapogatásos elven műkődőek terén a leggyorsabb a fejlődés. Az ilyen berendezésekben egy fókuszált lézersugarat, pl. forgó vagy rezgőtükőr segítségével ismételten eltérítenek, miáltal az végigpásztázza a mérendő munkadarabot, s a munkadarab mögött elhelyezett fényérzékelővel figyelik, hogy a sugarat a munkadarab mikor takarja el és mikor bukkan az ismét elő a munkadarab mögül. Mivel a pásztázó sugár keresztmetszete véges, ezért az elérhető pontosság egyrészt attól függ, hogy az eltakarás kezdetekor és befejezésekor a sugár helyzetét milyen pontosan ismerjük, másrészt, hogy milyen pontosan tudjuk érzékelni azt a pillanatot, amikor a letapogató sugár fényfoltjának éppen felét takarja el a munkadarab kontúrja. A sugár helyzetének meghatározásának ismert, legáltalánosabban alkalmazott módja szerint a sugarat ferdén elhelyezett féligáteresztő tükörrel kétfelé csatolják és így a pásztázó sugár mellett létrehozzák annak tükörképét is, az ún. referencia sugarat, melynek mozgása a pásztázó sugár mozgását hűen utánozza. A referencia Bugarat a mérés folyamán pl. egy etalon munkadarabon, vagy optikai rácson vezetik végig, s a mögötte, esetleg reflexiós érzékelés esetén előtte elhelyezett fényérzékelővel figyelik a referenciaaugárból származó fényenergia változását, s ennek elektronikus feldolgozásával nyerik a helyzetét megadó információt. Ha nemcsak a munkadarab egyetlen méretét, pl. átmérőjét kívánják mérni, hanem annak alakját, úgy a pásztázó sugarat két koordináta mentén, azaz x és y irányban is kell mozgatni, mert csak így lehet a kontúrpontok sorozatát letapogatni. Az ilyen kétdimenziós pásztázáa referenciasugarának helyzetmeghatározására ia többféle megoldás ismeretes. Az egyik ismert megoldásnál a referenciasugarat további féligáteresztő tükörrel kettécsatolják és a két reforenciasugár útjába x, ill. y irányban sávozott optikai rácsokat helyeznek, s az emőgött <vagy előtt) elhelyezett fényérzékelők segítségével számlálják a metszett rácsvonalakat. A módszer hátránya, hogy a nyaláb többszöri szétcsatolésa egyrészt jelentős fényenergia veszteséget okoz, másrészt kényes és nehezen beállítható niochanikui konstrukciói eredményez. Egy másik ismert megoldásnál egyetlen referenciasugarnt és ennek útjában elhelyezett egyetlen, kereszthálózattal ellátott rácsot alkalmaznak úgy, hogy a hálózat osztástávolsága, jóval kisebb, mint a fónyfolt átmérője. A rácson képződő különböző irányú diffrakciós rendeket több fényérzékelővel egyidejűleg figyelik, s ezek jeleinek elektronikus feldolgozásával nyerik a koordináta értékeket. Ez a megoldás igen előnyös tulajdonságokkal rendelkezik, ugyanis lényegesen jobb felbontás érhető el vele, mint amit a fényfoll átmérője egyébként lehetővé tenne. A megoldás hátránya azonban, hogy minden egyes fényérzékelő külön fókuszálló optikát igényel, Így az optikai felépítés bonyolult és költséges. Ismeretes egy rácsos és egyetlen referencia fényérzékelőt alkalmazó megoldás is. Ezt 3366/81 alapszómon bejelentett találmányunk leírása ismerteti. Ennek lényege, hogy a pásztázó, s ezzel együtt a referenciasugár az egyik, pl. x irányban állandóan rezeg, míg a másik, pl. y-irányban vezérelhetően eltéríthető. A referenc.iaaugár x-irányú rezgése során ismételten metszi a rács vonalait, melyek számlálásával az x-írányú koordináta meghatározható, de ezen túlmenően a rács szélén elhelyezett ún. kódsáv vonalait íb metszi. Ez utóbbiak is a rács vonalaival párhuzamosak, de nem állandó vastagságúak, hanem széles és keskeny vonalszakaszok meghatározott rend szerinti sorozatából állnak, így a referenciasugár kódsávon történő keresztirányú áthaladása során a referencia fényérzékelő keskeny és széles villumos impulzusokat szolgáltat, s ezen impulzusok sorozata megadja az y-irányú koordináta kódját. Ily módon a munkadarab x-irényú mérete különböző y-irányú koordinátáknál meghatározható, s ezen adatsorozat leírja a munkadarab körvonalait. Ez a megoldás igen egyszerű optikai és mechanikai felépítést tesz lehetővé. Hátránya azonban, hogy a kódsáv y-irányú felbontóképességét, továbbá a rács vonalsűrűségét és ezzeí az elérhető mérési pontosságot is a fényfolt átmérője korlátozza. E megoldásnál azonban az x-irényú felbontóképesség jelentősen javílhutó, ha közel állandó x-irányú pásztázási sebességet alkulmuzunk és a fényfolt közepének helyzetét a rács vonalak szélei között időinterpolációs módszerrel pontosítjuk. Ezen működési elv egy lehetséges technikai megvalósítását ismerteti az 1768/82 alapszámú találmányunk leírása. Az y-irányú felbontóképesség javítását azonban ez a módszer sem teszi lehetővé. Célunk a kódsávos optikai rács rajzolatának olyan továbbfejlesztése, melynek segítségével az y-irányú felbontóképesség javítására is alkalmazható az idóinterpoláeiótí elv. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
