Интерферометрическая установка

 

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения деформации твердых тел оптическими средствами. Интерферометрическая установка содержит станок с регулируемым приводом главного движения и приводом подач. На станке установлены: лазер, коллиматор, поляризованный светоделительный кубик, четвертьволновая пластина, скоростная цифровая видеокамера, обрабатываемая деталь и динамометр с держателем. В держателе закреплены режущий инструмент с зеркально-полированной боковой поверхностью его режущей части и оптический клин, образующие интерферометр. Видеокамера, поляризованный светоделительный кубик, четвертьволновая пластина и оптический клин расположены на одной оптической оси, перпендикулярной зеркально-полированной поверхности инструмента. Возникающая в интерферометре интерференционная картина, несущая информацию о состоянии режущей части инструмента, регистрируется видеокамерой. Силы резания, возникающие при взаимодействии инструмента с обрабатываемой деталью, регистрируются динамометром. Сигнал от видеокамеры и сигнал с динамометра, оцифрованный с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), записываются на персональном компьютере (ПК). Работа системы синхронизации установки базируется на устройстве числового программного управления (УЧПУ) станка. УЧПУ запускает приводы главного движения и подачи, а после подвода инструмента, непосредственно перед касанием его с обрабатываемой деталью, дает сигнал на цифровую видеокамеру и АЦП для начала осуществления синхронной записи данных эксперимента на ПК. Для увязки по времени записываемой информации, получаемой от цифровой видеокамеры и динамометра, цифровая видеокамера электрически связана с АЦП. Благодаря автоматической синхронной регистрации экспериментальных параметров, согласованной с работой приводов главного движения и подачи станка, обеспечивается высокая надежность совместной работы регистрирующей аппаратуры. Это позволяет производить согласованную по времени запись результатов эксперимента при режимах резания, используемых в реальных условиях обработки. Использование поляризованного светоделительного кубика в сочетании с четвертьволновой пластиной позволяет устранить эффект муара и снизить потери светового потока, что значительно повышает качество изображения регистрируемых интерференционных картин при скоростной съемке с малой выдержкой.

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения деформации твердых тел оптическими средствами.

Известна интерферометрическая экспериментальная установка (Ефимович И.А. Повышение эксплуатационной эффективности инструмента на основе исследования напряженно-деформированного состояния и прочности его режущей части при различных видах стружкообразования. Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук - Томск: ТПУ, 1999 - с. 46-52), содержащая станок с регулируемым приводом главного движения и приводом подач, установленные на нем оптический квантовый генератор (лазер), коллиматор, полупрозрачное зеркало для поворота луча лазера, устройство регистрации интерференционных картин в виде скоростной кинокамеры, обрабатываемую деталь, динамометр с держателем, в котором закреплены режущий инструмент с зеркально-полированной боковой поверхностью его режущей части и оптический клин, причем устройство регистрации интерференционных картин, полупрозрачное зеркало и оптический клин расположены на одной оптической оси, перпендикулярной зеркально-полированной поверхности режущей части инструмента. Для регистрации сил резания используется осциллограф, соединенный с динамометром через тензоусилитель. Для согласованной работы регистрирующей аппаратуры используется электромеханическая система синхронизации, включающая концевой выключатель и реле времени.

Недостатком известной установки является то, что использование полупрозрачного зеркала в оптической схеме приводит к потере практически 75% светового потока, что критично при скоростной съемке кинокамерой с малой выдержкой, а также в полупрозрачном зеркале возникает паразитная интерференция лучей, приводящая к появлению эффекта муара.

1

Задачей настоящей полезной модели является повышение качества изображения регистрируемых интерференционных картин за счет устранения потерь светового потока и эффекта муара, а также использования в качестве устройства регистрации интерференционных картин цифровой видеокамеры.

Технический результат при решении поставленной задачи достигается тем, что в интерферометрической установке, содержащей станок с регулируемым приводом главного движения и приводом подач, установленные на нем лазер, коллиматор, элемент для поворота луча лазера, устройство регистрации интерференционных картин, обрабатываемую деталь, динамометр с держателем, в котором закреплены режущий инструмент с полированной боковой поверхностью его режущей части и оптический клин, причем устройство регистрации интерференционных картин, элемент для поворота луча лазера и оптический клин расположены на одной оптической оси, перпендикулярной зеркально-полированной поверхности режущей части инструмента, в качестве устройства регистрации интерференционных картин используется цифровая видеокамера, а роль элемента для поворота луча лазера выполняет поляризованный светоделительный кубик, работающий в сочетании с четвертьволновой пластиной, которая также расположена на упомянутой оптической оси..

На схеме изображена описываемая интерферометрическая установка.

Интерферометрическая установка содержит станок с регулируемым приводом главного движения 1 и приводом подач 2. На станке установлены лазер 3, коллиматор 4, элемент для поворота луча лазера - поляризованный светоделительный кубик 5, четвертьволновая пластина 6, устройство регистрации интерференционных картин - цифровая видеокамера 7, обрабатываемая деталь 8 и динамометр 9 с держателем 10. В держателе 10 закреплены режущий инструмент 11 с зеркально-полированной боковой поверхностью 12 его режущей части и оптический клин 13. Динамометр 9 соединен с тензоусилителем 14. Цифровая видеокамера 7, поляризованный светоделительный кубик 5, четвертьволновая пластина 6 и оптический клин 13 2

расположены на одной оптической оси, перпендикулярной зеркально-полированной поверхности 12 режущей части инструмента 11. Для синхронной записи изображения интерференционных картин и сигнала динамометра 9, преобразованного с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15, в установку включен персональный компьютер 16. Работа видеокамеры 7 согласована посредством устройства числового программного управления станка (УЧПУ) 17 с приводами главного движения 1 и подачи 2. Для увязки по времени записываемой информации, получаемой от цифровой видеокамеры 7 и динамометра 9, цифровая видеокамера 7 электрически связана с АЦП 15. Для улучшения качества регистрируемого цифровой видеокамерой 7 изображения контуров режущей части инструмента 11 может быть использован осветитель 18.

Интерферометрическая установка работает следующим образом.

Горизонтально-поляризованный луч лазера 3, пройдя через коллиматор 4, практически полностью отражается от диагональной плоскости поляризованного светоделительного кубика 5 в сторону четвертьволновой пластины 6, при прохождении которой поляризация луча меняется на круговую, с вращением вектора поляризации по часовой стрелке. Далее луч направляется на оптический клин 13, где разделяется на два пучка. Рабочий пучок, прошедший через оптический клин 13, падает на деформирующуюся зеркально-полированную поверхность 12 режущей части инструмента 11, жестко связанного через держатель 10 с оптическим клином 13, и, отразившись от нее, интерферирует с эталонным пучком, образовавшимся в результате отражения излучения лазера внутри оптического клина 13 от его эталонной поверхности. Полученная таким образом интерференционная картина несет в себе информацию о состоянии режущей части инструмента 11. При отражении эталонного и рабочего лучей соответственно от поверхности оптического клина 13 и зеркально-полированной боковой поверхности 12 режущей части инструмента 11 направление вращения вектора поляризации меняется на противоположное. Поэтому, проходя обратно через четвертьволновую 3

пластину, луч приобретает вертикальную линейную поляризацию и практически полностью проходит сквозь диагональную плоскость поляризованного светоделительного кубика 5 в объектив цифровой видеокамеры 7. Регистрируемое с помощью цифровой видеокамеры 7 изображение интерференционной картины записывается на персональном компьютере 16. Силы резания, возникающие при взаимодействии режущей части инструмента 11 с обрабатываемой деталью 8, регистрируются динамометром 9. Аналоговый сигнал с динамометра 9 передается через тензоусилитель 14, гальваническую развязку ГР и фильтр Ф на АЦП 15, а после его преобразования в цифровой сигнал он также записывается на персональном компьютере 16. Работа цифровой видеокамеры 7 согласована посредством УЧПУ 17 с приводами главного движения 1 и подачи 2. Для увязки по времени записываемой на персональный компьютер 16 информации, получаемой от цифровой видеокамеры 7 и динамометра 9, цифровая видеокамера 7 электрически связана с АЦП 15.

Использование скоростной цифровой видеокамеры и поляризованного светоделительного кубика в сочетании с четвертьволновой пластиной позволяет устранить эффект муара и снизить потери светового потока практически до 5%, что значительно повышает качество изображения регистрируемых интерференционных картин при скоростной съемке с малой выдержкой.

Интерферометрическая установка, содержащая станок с регулируемым приводом главного движения и приводом подач, установленные на нем лазер, коллиматор, элемент для поворота луча лазера, устройство регистрации интерференционных картин, обрабатываемую деталь, динамометр с держателем, в котором закреплены режущий инструмент с полированной боковой поверхностью его режущей части и оптический клин, причем устройство регистрации интерференционных картин, элемент для поворота луча лазера и оптический клин расположены на одной оптической оси, перпендикулярной зеркально-полированной поверхности режущей части инструмента, отличающаяся тем, что в установке в качестве устройства регистрации интерференционных картин используется цифровая видеокамера, а роль элемента для поворота луча лазера выполняет поляризованный светоделительный кубик, работающий в сочетании с четвертьволновой пластиной, которая также расположена на упомянутой оптической оси.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:

Технический результат регистратор позволяет измерить малые перемещения (от десятых долей нм до мкм) объектов, в том числе характерные размеры которых меньше размера объектного лазерного пучка интерферометра в месте максимальной фокусировки или меньше длины волны излучения
Наверх