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

лов. Блок 2 формирования подающего монохроматического излучения содержит линейку 5 светодиодоВо подключенную к блоку 1 коммутации, и объектив 6 для фокусировки падающего излучения. Блок 3 приема отраженного излучения содержит объектив 7 для фокусировки отраженного излучения, точечную полевую диафрагму 8 и фотоприемник 9. Узел коммутации обеспечивает последовательное включение светодиодов, в результате чего постепенно увеличивается угол падения излучения на контролируемую поверх1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля качества поверхности изделий в различных ; отраслях промышленности как при отладке техпроцессо так и при экспресс-контроле конечной продукции.

Цель изобретения - повьппение производительности контроля путем исключения из конструкции устройства подвижных частей.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок i коммутации, блок 2 формирования падающего монохроматического излучения, блок 3 приема отраженного излучения и блок 4 обработки сигналов.

Блок 2 формирования падающего монохроматического излучения состоит и линейки 5 светодиодов, входы которой соединены с выходами блока 1 коммутации, и объектива 6 для фокусировки падающего излучения при этом излучающие площадки светодиодов в линейке 5 светодиодов располагаются в вынесенной главной плоскости объектива 6 для фокусировки падающего излучения.

Блок 3 приема отраженного излучения состоит из объектива 7 для фокусировки отраженного излучения, диафрагмы 8 и фотоприемкика 9, установ- ленного непосредственно за диафрагмой 8. Диафрагма 8 представляет собо

ность 10, В блоке 4 обработки сигналов регистрируется определяющий величину критического угла номер све- тодиода в линейке 5, при включении которого происходит резкий скачок амплитуды сигнала с фотоприемника 9 из-за появления зеркальной составляющей в отраженном световом пото ке, По критическому углу, т.е. минимальному углу падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально, оценивается средняя квадратичная высота шероховатости. I ил.

2

5

0

5

0

5

полевую диафрагму с точечным отверстием в центре.

Блок 2 формирования падающего мо- нохромати хеского излучения и блок 3 приема отраженного излучения расположены таким образом, что оптические оси объектива 6 для фокусировки падающего излучения и объектива 7 для фокусировки отраженного излучения пересекаются в точке О, являющейся точкой фокуса объектива 6 для фокусировки падающего излучения и оптически сопряженной с центром отверстия диафрагмы 8. Точка О в процессе контроля лежит на контролируемой поверхности 10,

Блок 1 коммутации состоит из тактового генератора 11, двоичного счетчика 1-2, вход которого соединен с выходом тактового генератора 11, а выходы - с соответствующими входами развертывающего дешифратора 13, схемы 14 задержки, вход которого подключен к блоку 4 обработки сигналов, а выход - к R-входу двоичного счетчика 12. Выходы развертывающего дешифратора 13 соединены с соответствующими входами линейки 5 светодиодов блока 2 формирования падающего монохроматического излучения.

Блок 4 обработки сигналов состоит из входного усилителя 15,- компаратора 16 уро°вня, вход которого соединен с выходом входного усилителя 15 а выход - с запоминающим устройством 17 и схемой 14 задержки блока 1 коммутации, индикатора 18, входы которого

fO

подключены к соответствующим выходам запоминающего устройства 17. Соответствующие входы запоминающего устройства 17 соединены с выходами двоичного счетчика 12 блока 1 коммута- ции. При этом количество входов и выходов двоичного счетчика 12, развер- тьшающего дешифратора 13, запоминающего устройства 17 и индикатора 18 определяются количеством светодио- дов в линейке 5 светодиодов блока 2 формирования падающего монохроматического излучения.

разом.

Блок 1 коммутации осуществляет последовательное включение светодиодов в линейке 5 светодиодов блока 2 формирования падающего монохроматического излучения. При последовательном включении светодиодов в линейке 5 светодиодов последовательно увеличивается угол падения монохроматичесрассеяннре контролируемой поверхностью 10 только в точке 0. На выходе фотоприемника 9 появляется сигнал, пропорциональный по амплитуде величине светового потока, принятого чувствительной площадкой фотоприемника 9. При постепенном увеличении угла падения излучения на контролируемую поверхность 10 в точке О медленно возрастают световой поток, поступающий на чувствительную пло- : щадку фотоприемника 9, и амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 9. Когда же угол падения достигнет веУстройство работает следующим об- }5 личины критического угла б , т.е. минимального угла падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально,- резко возрастают световой поток, поступающий на 2Q чувствительную площадку фотоприемника 9, и амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 9. Скачок амплитуды сигнала регистритуется блоком 4 обработки сигналов. В блоке 4 обработ- кого излучения в точке О контролируе-25 ки сигналов регистрируется также номой поверхности 10. Падающее излуче- мер светодиодов, которому соотвётст- ние рассеивается шероховатой контролируемой поверхностью 10. Объективом 7 для фокусировки отраженного излучения блока 3 приема отраженного ЗО высоты шероховатости h определяется излучения в центре диафрагмы 8 соби- по критическому углу б. из соотно- рается излучение, отраженное или рас- шения сеянное контролируемой поверхностью 10 в точке О телесного угла, определяемой апертурой объектива 7 для фоку- 5 средняя критическая высота сировки отраженного излучения. Излучение, попавшее в отверстие диафрагмы 8, поступает на чувствительную площадку фотоприемника 9. Таким образом, линейка 5 светодиодов использу- 40 ется для сканирования по направлению . освещения стационарной точки с коррекцией диаграммы излучения светодиодов, поскольку излучение каждого све- тодиода в направлении, параллельном 45 регистрация скачка амплитуды сиг- оптической оси объектива 6 для фоку- нала на выходе фотоприемника 9 при сировки падающего излучения, собирается этим объективом в точке заднего фокуса, совмещенном с точкой О контролируемой поверхности 10, которая освещается каждым светодиодом под определенным углом к нормали к контролируемой поверхности 10, при в

вуют скачок амплитуды сигнала и критический угол

Величина, средней квадратической

2h cos 0с /)/К,

шероховатости; ®с критический угол; Я - длина волны излучения; К - коэффициент.

Последовательное включение светодиодов в линейке 5 светодиодов, а следовательно, и последовательное изменение угла падения излучения на контролируемую поверхность 10, а-так50

появлении зеркальной составляющей в отраженном световом потоке и соответствующего этому скачку амплитуды сигнала номера светодиода в линейке 5 светодиодов обеспечиваются блоком I коммутации и блоком 4 обработки сигналов, которые работают следующим образом. Тактовый генератор 11

точку о поступает свет, излучаемый

каждым светодиодом в одном и том же 55 вьтрабатывает последовательность им- направлении, т.е. используется один пульсов, которые подаются на вход

двоичного счетчика 12. Б двоичном счетчике 12 каждый импульс преобразуи тот же участок индикатрисы излучения светодиодов, а на фотоприемник 9 поступает излучение, отраженное или

ется в соответствующий код, который

fO

личины критического угла б , т.е. минимального угла падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально,- резко возрастают световой поток, поступающий на чувствительную площадку фотоприемника 9, и амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 9. Скачок амплитуды сигнала регистритуется блоком 4 обработки сигналов. В блоке 4 обработ- ки сигналов регистрируется также номер светодиодов, которому соотвётст- высоты шероховатости h определяется по критическому углу б. из соотно- шения средняя критическая высота регистрация скачка амплитуды сиг- нала на выходе фотоприемника 9 при

вуют скачок амплитуды сигнала и критический угол

Величина, средней квадратической

ины критического ального угла пад орого шероховата ает свет зеркаль т световой поток ствительную площ 9, и амплитуда с оприемника 9. Ск нала регистритуе отки сигналов. В сигналов регистр светодиодов, ко оты шероховатост критическому угл ия средняя кри регистрация скач а на выходе фото

2h cos 0с /)/К,

личины критического угла б , т.е. минимального угла падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально,- резко возрастают световой поток, поступающий на чувствительную площадку фотоприемника 9, и амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 9. Скачок амплитуды сигнала регистритуется блоком 4 обработки сигналов. В блоке 4 обработ- ки сигналов регистрируется также номер светодиодов, которому соотвётст- высоты шероховатости h определяется по критическому углу б. из соотно- шения средняя критическая высота регистрация скачка амплитуды сиг- нала на выходе фотоприемника 9 при

шероховатости; ®с критический угол; Я - длина волны излучения; К - коэффициент.

Последовательное включение светодиодов в линейке 5 светодиодов, а следовательно, и последовательное изменение угла падения излучения на контролируемую поверхность 10, а-такличины критического угла б , т.е. минимального угла падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально,- резко возрастают световой поток, поступающий на чувствительную площадку фотоприемника 9, и амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 9. Скачок амплитуды сигнала регистритуется блоком 4 обработки сигналов. В блоке 4 обработ- ки сигналов регистрируется также номер светодиодов, которому соотвётст- высоты шероховатости h определяется по критическому углу б. из соотно- шения средняя критическая высота регистрация скачка амплитуды сиг- нала на выходе фотоприемника 9 при

появлении зеркальной составляющей в отраженном световом потоке и соответствующего этому скачку амплитуды сигнала номера светодиода в линейке 5 светодиодов обеспечиваются блоком I коммутации и блоком 4 обработки сигналов, которые работают следующим образом. Тактовый генератор 11

ется в соответствующий код, который

подается на входы развертывающего дешифратора 13, Развертывающий дешифратор 13 включает тот светодиод в линейке 5 светодиодов блока 2 формирования падающего монохроматического излуг ения, номер которого соответствует коду, поступающему в данный Момент времени в развертывающий дешифратор 13 с выхода двоичного счетчика.12, в результате чего раз вертывающий дешифратор 13 последовательно включает светодиоды в линейке 5 светодиодов, при этом последовательно изменяются С(увеличивается угол падения излучения на контролируемую поверхность 10 в точке О.и амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 9, пропорциональная величине светового потока, отраженного контролируемой поверхностью 10 в точке О и поступившего на чувствительную площадку фотоприемника 9. Сигнал с выхода фотоприемника 9 после необходимого усиления во входном усилителе 15, блока 4 обработки сигналов поступает на компаратор 16 уровня, где происходит его сравнение с заранее установленным уровнем. При включении свето- диода, которому соответствует критический угол Sg , происходит резкий скачок амплитуды сигнала на выходе фотоприемника 9 ( за счет появления зеркальной составляющей отраженного светового потока). Усиленньй сигнал, поступающий в компаратор 16 уровня из входного усилителя 15, превьшгает заранее установленный уровень, в результате чего на выходе компаратора 16 уровня появляется единичный уровень. Этот сигнал подается через схему 14 задержки на R-вход двоичного счетчика 12, в результате чего, счетчик 12 обнуляется, а счет импульсов от тактового генератора 11 начинается сначала. Этот же сигнал пода- ется с выхода компаратора 16 на вход запоминанидего устройства 17, в которое поступают коды с выходов двоичного счетчика 12, при этом в нем запоминается соответствующий код, т.е, код, который соответствует номеру того светодиода в линейке 5 светодио

ВНИИПИ Заказ 3269/34 Тираж 676 Подписное

.----«..«..- ------.----- -.------------------ --------------- -- -----------------

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

дов, при включении которого в отраженном контролируемой поверхностью 10 световом потоке появилась зеркальная составляющая, произошел резкий скачок амплитуды сигнала на выходе фотопрй- емника 9, амплитуда усиленного во входном усилителе 15 сигйала превысиа заранее установленный уровень и на выходе компаратора 16 в результате этого появился единичный уровень или логическая единица. Далее этот код с выхода запоминающего устройства 17 подается на вход индикатора 18, в котором высвечивается, записьгоает- ся или другим образом (в зависимости от типа индикатора) фиксируется либо номер светодиода в линейке 5 светодиодов, соответствующий поступающему на вход индикатора 18 коду, либо непосредственно величина критического угла 0р или величина средней квадратичной высоты шероховатости h.

Формула изобретения. Устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее последовательно расположенные блок форми рования падающего монохроматического излучения, блок приема отраженного излучения и блок обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения производительности контроля, блок формирования падающего монохроматического излучения выполнен в виде объектива для фокусировки падающего излучения и линейки светодиодов, расположенных в главной плоскости объектива, блок приема отраженного излучения выполнен в виде последовательно установленных объектива для фокусировки отраженного излучения, диафрагмы и фотоприемника, блок формирования падающего монохроматического излучения и блок приема отраженного излучения установлены так, что оптические оси их объективов пересекаются в точке, являющейся фокусом объектива фокусировки падающего излучения и оптически сопряженной с центром диафрагмы, а устройство снабжено блоком коммутации, под-, ключенным к линейке.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля шероховатости поверхности изделий. Целью изобретения является повьшение производительности контроля путем исключения из конструкции подвижных частей. Устройство содержит блок 1 коммутации, блок 2 формирования падающего монохроматического излучения, блок 3 приема отраженного излучения и блок 4 обработки сигна8 (Л