Устройство контроля профиля поверхности Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

-AjAf f .Г9

L;iJ

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля профиля поверхности изделий

Целью Изобретения является повышение достоверности результатов контроля за счет исключения ошибочного срабатывания устройства в результате неопределенности информа- ции о профиле дефекта поверхности в случае выхода отраженного луча из поля зрения устройства или двойного отражения луча.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства контроля профиля поверхности; на фиг.2 - график, иллюстрирующий процесс формирования отраженного от поверхности дефекта луча.

Устройство содержит источник 1 излучения, линзу 2, установленную по ходу излучения, блок 3 фотоприема (ФП), состоящий из пакета 4 световодов , входными торцами образующих мозаичный экран 5, фотоприемников 6, каждый из которых установлен на выходном, торце соответствующего световода пакета 4, усилителей 7, каждьй из которых подключен к выходу соответствующего фотоприемника 6, компа- раТоров 8, , каждый из которых первым входом подключен к соответствующему усилителю 7, преобразователя 9, каждый из входов которого соединен с выходом соответствующего компаратора 8, и детектора 10 максимального сигнала (МС), каждый из .входов которого соединен с- выходом соответствующего усилителя 7, а выход соединен с вторыми входами всех компараторов 8, узел 11 коррекции, входом подключенный к выходу детектора 10 МС, коммутатор 12, один из входом которого соединен с выходом преобразователя 9, а другой - с выходом узла 11 коррекции, уз ел.13 компенсации, состоящий из первого ин- теграТорА 14, входом подключенного к выходу коммутатора 12, и злемента 15 вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом и выходом первого,интегратора 14, и второй интегратор 16, входом соединенный с векодом элемента 15 вычитания.

Устройство работает следующим об- разом.

На поверхность контролируемого объекта 18 (фиг.2) падает дуч 17 таким образом, чтобы диаметр светового пятна был соизмерим с наименьшей элементарной площадкой, заданной для контроля, а от поверхности дефекта под углом oL/2 к нормали поверхности дефекта отражается луч 19. Если обозначить координату X как направление перемещения объекта, а у как изменение глубины дефекта, то угол наклона Ь элементарного участка поверхности дефекта в данной точке можно выразить ерез угол oi отражения следуюш;им образом:

tgp tgot/2 -.

лх

Переходя к бесконечно малым величнам, получаем tgoi/2 у (;)°

Следовательно, изменение тангенса угла отражения пропорционально величине первой производной рельефа поверхности.

Учитывая, что скорость перемещени поверхности постоянна и перемещение пропорционально времени t, можно перейти от переменной х к переменной

tg (t)o

Проинтегрировав это выражение, получаем величину, пропорциональную профилю поверхности контролируемого изделия

y(t) j tg dt.

В производственных условиях невозможно точно отъюстировать луч нор- мальйо к поверхности изделия, т.е. появляется постоянная ошибка m (t), которая может менять свое значение от строки к строке или от оборота к обороту, характеризующая неперпендикулярность падающего луча 17, а следовательно

y(t) J tg dt Km(t),

о

где К - постоянный коэффициент.

Устройства работает следующим образом.

На фиг.1 представлен случай, когда объект 18 вращается .вокруг своей оси с постоянной скоростью.

Игольчатый луч 17, сформированный источником I излучения (например, лазером) и линзой 2, падает на по-- BepxHocTfc.объекта 18 и, отразившись от неровностей его поверхности, попадает на мозаичный экран 5, засветив торец одного из световодов 4, при этом световой поток передается этим световодом на соответствующий фотоприемник 6, на выходе которого появляется сигнал, которьвй, пройдя через усилитель 7, подается на один из входов компара- ора 8. Сигналы от всех усилителей 7 подаются также на соответствующие входы детектора 10 МС, производящего вьщеление максимального сигнала, который поступает на свободные входы всех компараторов 8 устройства, при этом срабатывает тот из них, на который поступает наибольший сигнал. Номер сработавшего компаратора 8 показывает координаты светового пятна на мозаичном экране 5 и независимо от отражающей способности поверхности объекта 18, т.е„ величины светового потока отраженного луча 17, характеризует величину угла отклонения об. В зависимости от номера сработавшего компаратора 8 преобразователь 9 формирует сигнал,

ot пропорциональный tg о т.е. первой

производной профиля контролируемой поверхности. Далее сигнал через коммутатор 12 поступает в первый интегратор 14 и элемент 15 вычитания, где производится вьщеление и компенсация постоянной составляющей сигнала, накопленной за один оборот изделия или один проход при линейном сканировании, т.е. компенсируется неточность юстировки падающего луча 17 к пйв.ерхности объекта 18. Компенсирова ный таким образом сигнал поступает во второй интегратор 16, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный профилю поверхности объекта 18. Следует при этом заметить, что так как первьй интегратор 14 используется для накопления ошибок за период наблюдения, он имеет большую постоянную интегрирование и рактически нечувствителен к измене - ниям, вызванным сигналами о дефектах оверхности, т.е. он совместно с элементом 15 вычитания устраняет постоянный наклон, вызванный неточостью юстировки.

При наличии на поверхности объека 18 дефектов с крутизной профиля олее 45 отраженный луч 19 может выйи из поля зрения устройства или, ри двойном отражении луча, может

произойти ошибочная регистрация сигнала, при этом создается неопределенность в отсчете угла об . Для коррекции этой неопределенности сигнал с выхода детектора 10 МС подается на вход узла 11 коррекции, в котором происходит сравнение значения максимального сигнала с некоторым, наперед заданным, пороговым значением, при этом, если максимальный сигнал ниже порого- вого, что соответствует выходу луча 19 из поля зрения или уменьшению светового потока (двойное отражение),

узел 11 коррекции через коммутатор 12 oT kmo4aeT сигнал с преобразователя 9 и выдает сигнал, пропорциональный

значению нейтрального угла об, например О ,

Предлагаемое устройство позволяет при контроле поверхности объекта получать достоверную информацию о характере профиля дефектов, исключая при этом ошибку в работе узла компенсации и неопределенность информации о профиле дефекта в случае выхода отраженного луча из поля зрения устройства или двойного отражения.

Формула изобретения

1. Устройство контроля профиля поверхности, содержащее источник излучения, линзу, установленную по хо- ДУ излучения, блок фотоприема и узел компенсации, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов контроля, оно снабжено узлом .коррекции и коммутатб- ром, а блок фотоприема вьшолнен в виде пакета,из N световодов, входными торцами объединенньЬс в мозаичньй экран, N цепочек, каждая из которых содержит фотоприемник, установленный иа выходном торЦе соответствующего световода, и последовательно соединенные с фотоприемником усилитель и компаратор, преобразователя, к каждому из N входов которого подключен соответствующий компаратор, и детектора максимального сигнала, соответствующими входами подключенного к выходам усилителей, а выходом соединенного с вторыми входами компараторов, при этом узел коррекции входом соединен с выходом детектора максимального сигнала, а выходы узла коррекции и преобразователя соединены через коммутатор с входом узла компенсации.

51404820

2. Устройство по п.1, о т л и - экран вьшолнен в виде сферической по

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, Целью изобретения является повьшение достоверности результатов контроля за счет исключения ошибочного сраба- тьгоания устройства в результате неопределенности информации о профиле дефекта поверхности в случае .выхода отраженного луча из поля зрения .устройства или двойного отражения луча. Отраженньш от поверхности объекта 18 луч 19 падает на поверхность мозаичного экрана 5, образованного входными торцами пакета 4 световодов. Сигнал на выходе блока 3 фотоприема пропорционален первой производной профиля поверхности объекта 18. В случае выхода отраженного луча 19 из поля зрения устройства или двойного (или более) отражения луча 19 узел 11 коррекции отключает сигнал с блока 3 фотоприема и выдает вместо него сигнал, соответствующий нейтральному характеру профиля поверхности. Кроме того, выполнение мозаичного 5 в виде сферы уменьшает вероятность выхода отраженного луча 19 из поля зрения устройства. 1 з.Поф-лы, 2 ил. о (Л с

чающееся тем, что мозаичный

18

верхности.

V- CffffSf

Фиг.2