Устройство для контроля шероховатости поверхности Советский патент 1986 года по МПК G01B11/30 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля шероховатости поверхности изделий в различных отраслях промышленности как при отладке техпроцессов и контрол е промежуточных стадий обработки, так и при экспресс-контроле конечной продукции.Цель изобретения - повьшение производительности контроля путем устранения необходимости производить точные установки контролируемой поверхности и источника коллимирован- ного монохроматического светового пучка для различных углов падения светового пучка на поверхность изделия, путем исключения из конструкции слож1а1х отсчетных и поворотных механизмов .

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для контроля шероховатости поверхности; на фиг.2- разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - ход лучей в блоке оптических клиньев.

Устройство содерйшт последовательно расположенные источник 1 коллими- рованного монохроматического излучения, блок 2 оптических клиньев, блок 3 регистрации зеркально отраженного излirчeния и электронньш блок 4 обработки сигналов. В качестве источ- 1-шка 1 коллимированного монохроматического излучения используется гелий- неоновьш лазер.

Блок 2 оптических клиньев состоит из двух симметричных групп 5 и 6 клиньев. В каждой группе клинья установлены без зазоров друг за другом в направлении, перпендикулярном плоскостям главных сечений и параллельном плоскости симметрии блока в порядке убывания или возрастания угла клина. При этом внешние преломляющие ребра клиньев каждой группы располагаются в плоскости, параллельной плоскости симметрии блока 2 оптических клиньв. Блок 2 оптических клиньев установлен между источником 1 коллимированного монохроматического излучения и блоком 3 регистрации зеркально отраженного излучения, при этом плоскость его симметрии перпендикулярна общей оптической оси источника 1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения. Блок 2 оптических клиньев выполнен

20

25

12606792

с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев. В положении блока 2 оптических клиньев, показанном на 5 фиг. 1, общая оптическая ось источника 1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения проходит через клин 7 из груп- пы 5 клиньев и клин 8 из группы 6 клиньев. Углы клиньев 7 и 8 равны между собой. Обе группы 5 и 6 клиньев закреплены в общем корпусе 9, который может перемещаться в неподвиж- 5 ном корпусе 10 в направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев. На неподвижном корпусе 10 имеется плоская площадка для контролируемого изделия, перпендикулярная главным сечениям клиньев и плоскости симметрии блока 2 оптических клиньев. В корпусах 9 и 10 предусмотрены специальные отверстия для коллимированного монохроматического излучения и зеркально отраженного излучения. При этом расстояние S по общей оптической оси источника 1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркально- , отраженного излучения между клиньями определяется соотношением S 2h/tg(arcsin(sinoJn-) -сс) , где h - расстояние от плоской площадки для контролируемого 35 изделия на корпусе 10 до общей оптической оси источника 1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркаль- 40 но отраженного излучения;

oi - угол клина для соответствующей пары клиньевi . п - показатель преломления материала клиньев для соответст- 45 вующей длины волны света . При вьтолнении этого соотношения обеспечивается контроль шероховатости поверхности изделия в фиксированной точке.

50 Блок 3 регистрации зеркального отраженного излучения состоит из фокусирующей линзы 11 и расположенного в ее фокусе фотоприемника 12. В качестве фотоприемника 12 Используется 55 фотодиод.

Электронный блок 4 обработки сигналов включает усилитель 13, вход которого связан с выходом фотоприемника 12,

30

пороговое устройство 14, вход которого соединен с выходом усилителя 13, и устройство 15 индикации, вход которого подключен к выходу порогового устройства 14,

Устройство работает сл едующим образом,

Иселедуемое изделие 16, например шлифованная стеклянная пластинка, устанавливается на спедиальной плоской площадке с отверстием неподвижного корпуса 10 контролируемой поверхностью 17 вниз, Коллимированное монохроматическое излучение от источника 1 падает на первое (внешнее) преломля- ющее ребро одного из клиньев группы 5 блока 2 оптических клиньев перпен- дикулярно его поверхности. Если в ход световых лучей введена пара клиньев 7 и 8 с углом клина ai , то после преломления клином 7 световые лучи будут падать на контролируемую поверхность 17 под углом б к нормали, определяемым соотношением

е 90° -К -arcsin( (1)

Пг

где п„ - показатель преломления материала клина 7 для соответствующей длины волны све- 30 та ,

п„ - показатель преломления воздушной среды для соответствующей длины волны света , При условии, что второй клин этой 35 пары - клин 8 - имеет тот же угол ai , выполнен из материала с тем же показателем преломления для соответствующей длины волны света п и расположен симметрично первому клину пары - ну 7 - относительно плоскости, перпендикулярной главному сечению клина 7 и проходящей через нормаль к контролируемой поверхности 17 в точке падения световых лучей, лучи, 45 зеркально отраженные поверхностью 17, после преломления клином 8 выйдут из блока 2 оптических клиньев в том же направлении, что и лучи, поступающие в блок 2 оптических клиньев, 50 т.е. вдоль общей оптической оси источника 1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения .55

Фокусирующей линзой 11 блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения эти лучи будут фокусироваться

5

10 5 0

5

0

5 о 5

на чувствительной площадке фотоприемника 12, Таким образом, с помощью фотоприемника 12 регистрируется зеркально отраженное излучение при соответствующем угле падения светового пучка на контролируемую поверхность 17-0 , определяемом соотношением (1). Сигнал с фотоприемника 12 поступает в усилитель 13 электронного блока обработки сигналов, где он усиливается и подается на пороговое устройство 14. Из порогового устройства 14 на устройство 15 индикац 1И сигнал поступает только в том случае, если уровень усиленного сигнала превышает установленное пороговое значение. Это пороговое значение соответствует интенсивности зеркально отраженного излучения для критического угла 0 , т.е. минимального угла падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает зеркально.

При перемещении блока 2 оптических клиньев в направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев, в ход световых лучей вводятся последовательно различные пары клиньев, отличающиеся углом клина. При этом изменяется угол падения световых лучей на контролируемую поверхность 17 -0 . Если при перемещении блока 2 оптических клиньев угол клина fti вводимых в ход лучей пар клиньев уменьшается, то угол падения световых лучей на контролируемую поверхность 17 - 0 - увеличивается. Когда угол 9 достигнет значения критического угла д , интенсивность зеркально отраженного излучения достигнет соответствующего порогового значения, при этом уровень усиленного сигнала с фотоприемника 12 на выходе усилителя 13 превысит установленный пороговый уровень и из порогового устройства 14 поступит сигнал в устройство 15 индикации, в котором может использоваться любая простейшая схема световой, звуковой, электрической индикации или сигнализации.

Таким образом, по углу клина oi той пары клиньев, для которой начинает срабатьшать устройство 15 индикации, определяется величина критического угла Эр из соотношения (1), а по величине критического угла 9 можно определить величину шероховатости из следующего соотношения: 2hcos Qf 91/k.

51

где h - средняя высота шероховатостей (неровностей) поверхности;

с - критический угол Л - длина волны света; к - коэффициент.

Фо.рмула изобретения

Устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее последовательно расположенные источник коллимированного монохроматического излучения, блок регистрации зеркально отраженного излучения и электронный блок обработки сигналов, о т л и

606796

чающееся тем, что, с целью повьшения производительности контроля, оно снабжено блоком оптических клиньев, который состоит из двух 5 групп клиньев, установленных без зазоров друг за другом в направлении, перпендикулярном их главным сечениям и параллельном плоскости симметрии блока в порядке убывания или возрас10 тания угла клина, и установлен между источником коллимированного монохроматического излучения и блоком регистрации зеркально отраженного излучения с возможностью перемещения в

15 направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля шероховатости поверхности изделий. Цель изобретения - повышение производительности контроля путем устранения необходимости производить точные установки контролируемой поверхности и источника коллимирован- ного монохроматического светового пучка для различных углов падения светового пучка на поверхность изделия и исключения из конструкций сложных отсчетных и поворотных механизмов. Устройство содержит последовательно расположенные источник колли- мированного монохроматического излучения, блок оптических клиньев, блок регистрации зеркально отраженного излучения и электронньш блок обработки сигналов. Блок оптических клиньев состоит из двух симметричных групп клиньев. В каждой группе клинья установлены без зазоров друг за другом в порядке убывания или возрастания угла клина в направлении, перпендикулярном их главным сечениям и параллельном плоскости симметрии блока. Блок оптических клиньев перемещается в направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев, при этом контролируемая поверхность перпендикулярна главным сечениям клиньев и плоскости симметрии блока. При перемещении блока Клиньев меняется угол падения светового пучка на контролируемую поверхность. Величину шероховатости определяют по критическому углу, т.е. углу падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально, 3 ил. с СП с to Од о Од | со

Фиг./

10ix

5

Риг.г

В

(Puz.3

ВНЮШИ Заказ 5214/36

Произв.-полигр. пр-тие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 670 Подписное