Устройство для измерения шероховатости поверхности Советский патент 1987 года по МПК G01B11/30 

щий волоконно-оптический жгут (ВОЖ) .3j входной торец которого закреплен на ззалу редуктора 4 угла, приемный ВОЖ 5 для диффузной составляющей отраженного светового потока3 на выходе которого установлен фотопрнемник 6, приемный ВОЖ 7 для зеркальной составляющей отраженного светового потока на выходе которого установлен фотоприемник 8, блок 9 отношения диффузной составляющей к зеркальной входы которого соединены с выходами фотоприемников 6 и BS регистратор 10 на- пряжениЯд вход которого соединен с

1

Изобретение относится к измерительной технике 5 в частности к устройствам для измерения шероховатости поверхности,

Цель изобретения - повьпцение точ- ности измерения за счет устранения влияния на результаты измерения ориентации микронеровностей и величины рабочего расстояния,,

На фиг. I изображена принципиалъ- ная схема устройства для измерения шероховатости поверхности; на фиг„2 - геометрическая форма приемопередающего торца трехпучкоБОго волоконно- оптического жгута (ВОЖ),

Устройство содержит источник I света коллиматор 2, центральный передающий ВОЖ 3, входной торец которого закреплен на валу редуктора 4 угла приемный ВОЖ 5 для диффузной состав- ляющей отраженного светового потокаг на выходе которого установлен фотоприемник б 5 приемный ВОЖ 7 для. зеркальной составляющей отраженного светового потока, на выходе которого уста- новлен фотоприемник 8; блок 9 отношения диффузной составхсяющей к зеркальной, входы которого соединены с выходами фотоприемников 6 и 8, регистратор 0 напряжения, вход которого сае динен с фотоприемником 8, Приемопередающий торед 11 трехпучкового ВОЖ установлен над исследуемой поверхностью 1 2.

Размеры приемопередающего торца 1 трехпучкового ВОЖ определяются соотношениями

фотоприемником 8., приемопередающий торец 11 трехпучрсового ВОЖ установлен над исследуемой поверхностью 12, Сигналы с фотоприемников 6 и 8 поступают на входы блока 9 отношения,выполняющего операцию арифметического деления значений напряжений сигналов фотоприемников,диффузной и зеркальной составляющих отраженного светового потокаi На выходе блока 9 отношения появляется сигналд пропорциональный среднеквадратичной величине высот неровностей исследуемой поверхности 12, 2 ил с

R.

(Т) (2)

где Нд - радиус торца передающ.его

жгута.

R - внешний радиус торца при- емного жгута ,цля диффузной .составляющей;

Rj - внешний радиус торца приемного жгута для зеркальной составляющей;

1ин минимальное рабочее расстояние между приемопередающим торцом ВОЖ и исследуемой поверхностью; . - о - номинальный апертурный угол

ВОЖ.

Устройство работает следующим образом.

Общий приемопередающий торец 1 1 трехпучкового ВОЖ устанавливают параллельно исследуемой поверхности 12 на расстоянии hp величина которого должна быть больше минимального рабочего расстояния Ьд, . Минимальное рабочее расстояние h,,определяется условиями измерений и должно выбираться .из неравенства h,j, ,

так как при несоблюдении этого неравенства нельзя определить внешний радиус R, торца приемного ВОЖ 5 для диффузной составляющей исходя из формулы (2). Световой поток от источника 1 света, после преобразовани его коллиматором 2 в пара.гшельный свет овой поток, подается на входной

торец передающего ВОЖ 3 под углом oi к нормали торца, величина которого выбирается в зависимости от рабочего расстояния h до исследуемой поверхности 12 и размеров приемопереда ющего торца 11 трехпучкового ВОЖ. Угол oi ввода излучения в передающий ВОЖ 3 задается с помощью редуктора 4 угла, на валу которого жестко закреплен входной торец передающего ВОЖ 3. Редуктор 4 позволяет изменять угол oi ввода параллельного светового потока в передающий ВОЖ 3 в пределах номинального апертурного угла.

При распространении параллельно- го светового потока по отдельным волокнам передающего ВОЖ 3,в силу явления симметризации, он преобразуется на выходе волокон в кольцевые потоки с углом выхода, равным углу об ввода, и шириной кольца, равной диаметру волокон. Суперпозиция этих потоков на поверхности 12 исследуемого образца дает кольцевую зону с квазиравномерной освещенностью и ши- риной кольца, равной диаметру 2R выходного торца передающего ВОЖ 3, После отражения от исследуемой поверхности I2 световой поток имеет в своем составе зеркальную и диффузную составляющие. Зеркальная составляющая отраженного светового потока создает в плоскости приемопередающег торца 1I трехпучкового ВОЖ кольцевую освещенную зону с шириной кольца 2Ry : 71ля проведения измерений необходимо, чтобы в приемный ВОЖ 5 попадала только диффузная составляющая отраженного светового потока, а в прием- ньй БОЖ 7 - вся зеркальная составля- ющая. Из законов геометрической оптики следует, что для.этого необходимо, чтобы размеры торца приемного ВОЖ 7 соответствовали соотношению (1) и выполнялось условие.

об arctg

RI -RO

(3)

При попадании в приемньш ВОЖ 7 всей зеркальной составляющей отражен::..0

5 0 5 о д

5

ного светового потока на фотоприемник 8 поступает максимальный световой поток, так как в зеркальной состав- лянлцей сосредоточена больщая часть полного отраженного светового потока,- Изменяя угол «i ввода параллельного светового потока в передающий ВОЖ 3 с помощью редуктора 4 угла, добиваются выполнения условия (3), при котором фиксируется с помощью регистратора 10 максимальное значение напряжения сигнала на фотоприемнике 8. Сигналы с фотоприемников 6 и 8 поступают на входы блока 9 отношения, выполняющего операцию арифметического деления значений напряжений сигналов фотоприемников диффузной и зеркальной составляющих отраженного светового потока. На выходе блока 9 отноше- ния появляется сигнал, пропорциональный среднеквадратичной величине высот неровностей исследуемой поверхности.

Формула изобретения

Устройство для измерения шероховатости поверхности, содержащее источник света, оптическую систему, фотопрйемник диффузной составляющей и фотоприемник зеркальной составляющей, блок отношения диффузной составляющей к зеркальной, входы которого соединены с фотоприемниками, о т- ли чающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, оно снабжено редуктором угла поворота и регистратором напряжения, вход . которого соединен с выходом фотоприемника зеркальной составляющей, а оптическая система выполнена в виде трехпучкового волоконно-оптического жгута с центральным передающим и двумя коаксиальными приемными жгутами для диффузной и зеркальной соста- вляющ х отраженного светового потока соответственно и коллиматора, расположенного между источником света и входным торцом передающего жгута и закрепленного на валу редуктора.

2

7

Редактор А.Козориз Заказ 2344/42

Составитель Л.Лобзова Техред М. Ходанич

Корректор

Тираж 677Подписное

ВНР1ИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, MocKBaj Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 2

Корректор Л.Пилипенко

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения шероховатости поверхности. Цель изобретения - повьшение точности измерения за счет устранения влияния на результаты измерения ориентации микронеровностей и величины рабочего расстояния.Устройство содержит источник 1 света, коллиматор 2, центральный передаю