Способ контроля профиля криволинейной поверхности изделия и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01B21/20 

N5

СЛ

Фи2./

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического бесконтактного контроля профилей диффузно отражающих поверхностей изделий.

Цель изобретения - повышение производительности контроля за счет исключения механического перемещения объекта контроля.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - блок-схема блока распознавания, выполненного в виде электронного узла; на фиг. 3 - диаграмма формирования рабочего и опорного пятен; на фиг. 4 - схема возможного варианта выполнения устройства.

Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 потока излучения,пбследо- вательно расположенные по ходу потока излучения сканатор 2, светоделительный элемент 3, предназначенный для разделения потока излучения на рабочий и опорный пучки, блок 4 распознавания и координатный фотоприемник 5, объектив 6, расположенный в ходе отраженного от объекта пучка и фокусирующий его в плоскость регистрации, катод 7 фотоприемника 5 совмещен с плоскостью регистрации, которая сопряжена с контролируемой поверхностью изделия 8. В качестве координатного фотоприемника могут быть использованы видикон, линейка или матрица ПЭС, сканистор и т. п.

Блок 4 распознавания может быть выполнен в виде оборачивающего оптического элемента, например призмы Дове, или в виде электронного узла, который содержит первый и второй компараторы 9 и 10, входы которых связаны с выходом фотоприемника 5, последовательно соединенные логические первый элемент И 11, первый элемент НЕ 12 и второй элемент И 13, последовательно соединенные первый элемент 14 задержки времени, третий элемент И 15, второй элемент НЕ 16 и четвертый элемент И 17, последовательно соединенные второй элемент 18 задержки времени, пятый элемент И 19, третий элемент НЕ 20 и щестой элемент И 21, последовательно соединенные четвертый элемент НЕ 22 и седьмой элемент И 23, а также последовательно соединенные тактовый генератор 24 и счетчик 25, ключи 26-29, элементы 30-33 памяти и блок 34 вычислений. Выход первого компаратора 9 подключен к входу второго элемента 18 задержки времени, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И 23, с первым входом которого связан второй выход первого элемента И И, первый выход которого подключен к входу первого элемента 14 задержки времени и к вторым входам третьего и четвертого элементов И 15, 17. Выход первого элемента 14 задержки времени связан с вторым входом элемента И 13.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Элементы И 13, 17, 21, 23 связаны соответственно с входами ключей 26, 27, 29, 28, с вторыми входами которых связан выход счетчика 25, а их выходы подключены соответственно к входам элементов 33, 32, 30, 31, памяти, выходы которых связаны с соответствующими входами блока 34 вычислений.

На фиг. 3 контролируемая поверхность изделия условно представлена в виде уровней Б, В, Г, расположенных параллельно базовой поверхности А. Положение каждого уровня характеризуют соответствующие размеры h, hj, hj, в контроле которых заключается решаемая задача.

На изделие направлен пучок 35 излучения, который разделен на два пучка, рабочий 36 и опорный 37. Направленный на изделие пучок 36 попал в точку 38, которая принадлежит уровню В. Отраженный в точке 38 пучок принимают под углом сх к пучку 36.

При помощи зеркала 40 и светоделитель- ного блока 41 пучки 39 и 37 направлены на числовую ось 42, совмещенную с линией пересечения плоскости регистрации с плоскостью сканирования (чертежа).

Способ осуществляется следующим образом.

Для обеспечения высокой производительности пучок 35 сканируют в плоскости чертежа, делят на два пучка: рабочий 36 и опорный 37. Пучок 36 после отражения в точке 38 принимают под углом оС к пучку 36. Очевидно, что под этим же углом был бы принят пучок 36, если бы он попал также и в точки либо 43, либо 44, принадлежащие уровням соответственно Б,, Г. Однако благодаря регистрации координаты Х опорного пучка 37 описанная неопределенность устраняется.

Таким образом, одновременная регистрация пары координат Хр, Х, обеспечивает контроль размера hj в точке 38.

Устройство работает следующим образом.

Коллимированный пучок 36 из источника 1 потока излучения попадает на вход скана- тора 2. Последний осуществляет перемещение пучка в плоскости чертежа.

Светоделительный элемент 3 делит пучок 35 на пучки 36 и 37. Пучок 36 попадает на контролируемую диффузно отражающую поверхность 8, в точку 38. Объектив 6 переносит изображение в сопряженную точку, принадлежащую катоду 7 фотоприемника 5 в виде пятна 45.

Опорный пучок 37 также проецируется на фотоприемник 5 в пятно 46. При это.м светоделительный элемент 3 расположен так, чтобы пятна 45 и 46 не пересекались даже при самых больщих отклонениях контролируемой поверхности.

В результате по катоду 7 фотоприемника 5 синхронно перемещаются два пятна.

Таким образом координатный фотоприемник 5 позволяет одновременно зарегистрировать координаты обоих пятен 45 и 46.

Блок 4 распознавания обеспечивает совпадение направлений перемещения пятен 45 и 46 по катоду 7. Поэтому если развертка изображения, спроецированного на фотоприемник 5, осуществляется, например сверху вниз, то вначале всегда регистрируется координата пятна 45, а затем пятна 46, т. е. реализуется распознавание пятен.

Сигнал, снимаемый с выхода фотоприемника 5, содержит информацию об измеряемом размере h,j контролируемого изделия.

При отсутствии оптических оборачивающих элементов распознавание опорного и рабочего пятна осуществляется электронным узлом следующим образом.

Пусть интенсивности пучков 36 и 37 (фиг. 3) одинаковы. Тогда яркость опорного пятна 46 выще, чем яркость рабочего пятна 45, так как первое отражается от зеркал, а второе - от диффузно отражающей поверхности. Следовательно, при развертке опорного пятна 46 уровень выходного сигнала фотоприемника 5 выще, чем при развертке пятна 45. Поэтому компаратор 10 настроен на первый уровень, а компаратор 9 - на второй.

Генератор 24 включен и посылает сигналы в счетчик 25.

На вход схемы подают выходной сигнал фотоприемника 5. При этом одновременно с запуском развертки (например, строчной) на второй вход счетчика 25 подают стирающий сигнал. В результате в момент запуска развертки счетчик показывает нуль.

Пока на вход схемы поступает сигнал низкого уровня, осуществляется развертка неосвещенной поверхности катода фотоприемника, на выходах компараторов 9 и 10 - логические нули. На выходах элементов 11, 14, 13, 17,18, 21, 43 тоже нули, ключи 30-33 закрыты.

Пусть, например, вначале разворачивается рабочее пятно 45, т. е. на вход схемы начинает поступать сигнал, уровень которого соответствует настройке компаратора 9. Тогда на выходе последнего появляется единица, а на выходе компаратора 10 остается нуль. Поскольку выход компаратора 10 через элемент НЕ 22 Соединен с элементом И 11, то на выходе последнего также появляется единица.

На выходе элемента НЕ 16, следовательно, на первом входе элемента И 17 единица была и до включения компаратора 9. Теперь смена этой единицы на нуль происходит с задержкой времени, которую обеспечивает элемент 14 задержки времени. В течение промежутка времени, пока на обоих входах

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

элемента 17 единица, открывается ключ 27. Промежуток времени выбирается таким, чтобы число из счетчика 25 успело переписаться в элемент 32 памяти. Как толька на выходе элемента 14 задержки времени появится единица, на выходе элемента И 15 тоже единица, на вы.ходе элемента НЕ 16 - нуль. Ключ 28 закрывается.

Пока осуществляется развертка пятна 45 все ключи закрыты. В том числе и ключ 28, так как с выхода элемента 14 задержки времени на первый вход элемента И 13 приходит единица, а с вы.кода элемента НЕ 12 - нуль. Но, как только развертка дойдет до следующей границы «свет-тень, уровень выходного сигнала фотоприемника 5 падает: на выходе компаратора 9, 11 - нули, а на выходе элемента НЕ 12 - . Ключ 27 открыт пока элемент 14 задержки времени задерживает прохождение нуля. Координата второй границы рабочего пятна 45 из счетчика 25 переписывается в элемент 33 памяти.

Таким образом, координаты границ рабочего пятна всегда записаны в элементах 32 и 33 памяти. Причем в элементе 32 памяти координата первой его границы, а в эле- .менте 33 па.мяти - второй.

Если на вход схемы поступает сигнал еще более высокого уровня, соответствующий появлению границы «тень-свет опорного пятна, на выходах компараторов 9 и 10 появляются единицы, на выходе элемента И 11 нуль, т. е. ключи 26 и 27 не открываются.

Таким образом, координаты границ опорного пятна всегда записаны в элементах 30 и 31 памяти.

По координата.м границ блок 34 вычислений вычисляет координаты центров пятен 45 и 46.

Из приведенного следует, что контроль профиля криволинейной поверхности изделия сводится к определению координат множества точек, принадлежащих контролируемой поверхности.

Формула изобретения

{. Способ контроля профиля криволинейной поверхности изделия, заключающийся в том, что формируют рабочий поток излучения, формируют первое пятно на контролируемой поверхности путем проецирования на нее рабочего потока излучения, определяют координату первого пятна путем регистрации под угло.м ot отраженного рабочего потока излучения в плоскости анализа, оптически сопряженной с контролируемой поверхностью, где 0 i., отличающийся тем что, с целью повыщения производительности контроля, осуществляют пространственное сканир1авание рабочего потока излучения,

IB процессе сканирования образуют от рабо- lero потока излучения опорный ноток, формируют второе пятно в плоскости анализа путем непосредственного проецирования опорного потока излучения в эту плоскость, Осуществляют регистрацию координаты вто- ого пятна одновременно с первым, по полу- енным значениям координат судят о вели- ине контролируемого размера.

и четвертого логического элемента И, последовательно соединенных второго элемента задержки времени, пятого логического элемента И, третьего логического элемента НЕ и шестого логического элемента И, последовательно соединенных четвертого логического элемента НЕ и седьмого логического элемента И, последовательно соединенных тактового генератора и счетчика, первого,

2. Устройство для контроля профиля кри- Q второго, третьего и четвертого ключей, пер

олинеинои поверхности изделия, содержа- лее источник излучения, оптически связан- ые объектив и фотоприемник, отличающее- я тем, что, с целью повышения производи- ельности контроля, оно снабжено последо- ательно расположенными по ходу излуче- 15 ия сканатором и светоделительным блоком, локом распознавания, связанным с фото- риемНИКОМ.

вые входы которых связаны с выходом счетчика, первого, второго, третьего и четвертого элементов памяти, входы которых связаны с выходами первого, второго, третьего и четвертого ключей соответственно, узла вычислений, входы которого связаны с выходами соответствующих элементов памяти, выход первого компаратора подключен к входу второго элемента задержки времени, выход которого соединен с вторым входом

3.Устройство по п. 2, отличающееся тем,

то блок распознавания выполнен в виде обо-- седьмого логического элемента И, с первым

1ачиваюш,его оптического элемента, опти-входом которого связан второй выход перески связанного с фотоприемником.вого логического элемента И, первый выход

4.Устройство по п. 2, отличающееся тем,которого подключен к входу первого эле- то блок распознавания выполнен в видемента задержки времени и к вторым входам lepBoro и второго компараторов, входы ко-третьего и четвертого логических элемен- орых связаны с выходом фотоприемника,25 тов И, выход первого элемента задержки

и четвертого логического элемента И, последовательно соединенных второго элемента задержки времени, пятого логического элемента И, третьего логического элемента НЕ и шестого логического элемента И, последовательно соединенных четвертого логического элемента НЕ и седьмого логического элемента И, последовательно соединенных тактового генератора и счетчика, первого,

второго, третьего и четвертого ключей, пер

вые входы которых связаны с выходом счетчика, первого, второго, третьего и четвертого элементов памяти, входы которых связаны с выходами первого, второго, третьего и четвертого ключей соответственно, узла вычислений, входы которого связаны с выходами соответствующих элементов памяти, выход первого компаратора подключен к входу второго элемента задержки времени, выход которого соединен с вторым входом

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение производительности контроля за счет исключения механического перемещения объекта контроля. Световой поток, сформированный источником 1 светового потока, сканирует контролируемую поверхность 8 при помош,и сканатора 2. Светоделительный элемент 3 разделяет световой поток на опорный и рабочий световые пучки, которые регистрируются в плоскости приема фотоприемником 5. Блок 4 распознавания, выполненный в виде оборачиваюш,его оптического элемента, обеспечивает однозначное соответствие между информационным сигналом на выходе фотоприемника 5 и измеряемой координатой контролируемой поверхности. Блок 4 распознавания может быть выполнен в виде электронного узла. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 4 ил. и

юследовательно соединенных первого эле- 1ента И, первого логического элемента НЕ и iToporo логического элемента И, последова- ельно соединенных первого элемента за- .ержки времени, третьего логического элемента И, второго логического элемента НЕ

Oms

времени связан с вторым входом второго ло- логического элемента И, выходы второго, четвертого, шестого и седьмого логических элементов И связаны соответственно с вторыми входами с первого по четвертый ключей соответственно.

фиг.2

ГН

Составитель О. Несова

Редактор С. Патрушева -Техред И. ВересКорректор А. Зимокосов

Заказ 2532/38Тираж 680Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, , Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

40

фиг. 4