Способ контроля качества наружной резьбы и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01N21/88 G01J1/44 

ции отклонения средней линии резьбы появляются в случае отклонения

средней линии резьбы от номинала, 2 с.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение информативности контроля качества резьбы путем модулирования зондирующего потока светового излучения прямоугольными импульсами заданной длительности. Способ контроля качества резьбы заключается в том, что под углом к оси детали 1 с наружной резьбой направляют сфокусированный световой поток 2, модулируют его импульсами, прямоугольной формы, фокусируют его на поверхность профиля резьбы, выделяют зеркальную составляющую отраженного светового потока с помощью диафрагмы 3, регистрируют ее приемником 4 излучения и осуществляют поступательное перемещение детали 1 относительно пучка зондирующего излучения со скоростью V_д. Длительность импульсов модуляции выбирают из условия T_и*981/V_д(S/2-2D), где S - шаг резьбы

D - диаметр сфокусированного светового потока на поверхности детали. Затем сравнивают длительность зарегистрированных световых импульсов с зондирующими и определяют положение максимума зарегистрированных световых импульсов относительно середины импульсов зондирующего светового потока. Зеркальная составляющая отраженного светового потока проходит через диафрагму 3 и воспринимается приемником 4 излучения, выход которого связан с усилителем 9. С выхода усилителя 9 импульсы, форма которых изменяется в зависимости от контролируемых параметров резьбы, поступают на фильтр 10, амплитудный детектор 11 и далее на инвертирующий вход дифференциального усилителя 12, на неинвертирующий вход которого поступают импульсы с выхода приемника 4 излучения. Результирующий сигнал с выхода дифференциального усилителя 12 через формирователь 13 импульсов поступает на первый вход логического элемента 2И 14, на второй вход которого поступают импульсы с второго выхода генератора 15 прямоугольных импульсов, соответствующие по времени импульсам светового излучения, падающего на поверхность детали 1. Если импульсы на входе формирователя 13 импульсов короче импульсов на втором выходе генератора 15 прямоугольных импульсов, что имеет место при отклонении шага резьбы от номинального, на выходе логического элемента 2И 14 образуются импульсы напряжения, поступающие на блок 16 индикации отклонения шага резьбы. Импульсы на входе блока 23 индикации отклонения средей линии резьбы появляются в случае отклонения средней линии резьбы от номинала. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при автоматическом кон1роле качества деталей, имеющих наружную резьбовук поверхность.

Целью изобретения является повышение информативности контроля ка честна резьбы путем модулирования зондирующего потока светового излучения прямоугольными импульсами заданной длительности.

На фиг. 1 изображено взаимодействие импульсного излучения с годно резьбо-вой поверхностью; на фиг . 2 - то же, с резьбовой поверхностью с шагом, меньшим номинального , на фиг. 3 - то же, с резьбовой поверхностью с шагом, большим номинального; на фиг. 4 - то же, с резьбовой поверхностью, средний диаметр которой меньше номинального; на фиг.5 - то же, с резьбовой поверхностью, средний диаметр которой больше номинального; на фиг. 6 - функциональная схема устройства , на фиг, 7 - временные диагр.зм1-1ы работы устройства .

На фиг. 1-5 приняты следующие обозначения : а - инпуяьсы световь а , . б - схемы взаимодейс / ч- я лучей с поверхностью; в - сигнал на выходе приемника излучения .

Способ контроля качества резьбы заключается в том, что под углом к оси вращения детали 1, содержащей резьбу, направляют сфокусированный световой поток 2, модулируют его импульсами прямоугольной формыJ фокусируют на поверхность профиля резьбы, обеспечивая положение фокуса на участке поверхности на уровне среднего диаметра dcp- Зеркальную составляющую отраженного светового по- тока выделяют с помощью диафрагмы 3 и регистрируют приемником 4 излучения. При этом осуществляют поступательное перемещение детали относительно пучка зондирующего излучения со скоростью Va- Длительность же световых импульсов зондирующего излучения 1 устанавл11вают меньше времени перемешения детали на 1/2 шага резьбы на время перемещени

удвоенного диаметра пучкана поверхности fgj :

TH t)i2uj - . С)

t,|5 (2)

где S - шаг резьбы

t24 - 2d/Vq(3)

5

где d - диаметр сфокусированного

потока на поверхности резьбы . Если резьбовая поверхность год0 ная, т.е. шаг резьбы равен номинальному S SH и диаметр средний равен номинальпому dср d „ , взаимодействие импульсов источника излучения Тц с одной из граней резьбовой

5 поверхности будет осуществляться в соответствии со схемой, показанной на фиг.1. Длительность импульсов сигнала, воспринимаемого приемником излучения, будет равна длительности

0 и пульсов источника Ту Т . Форма импульсов одинакова с максимальной амплитудой в середине и плавным уменьшением по краям. Это обуславливается тем, что поскольку положение фокуса линзы находится на уровне среднего диаметра, отраженный от этой точки световой поток большую плотность, обеспечивая максимум амплитуды в центре импульса. Взаимо0 действие переднего и заднего фронта импульса источника производится расфокусированным пучком, что и обуславливает меньшую плотность потока в направлепии зеркального отражения,

5 При неточном выполнении резьбовой поверхности возможны изменения ее геометрических параметров, отраженные на фиг.2-5.

Если шаг резьбы меньше номинальQ ного, при d ср с1ср.н то взаимодействие происходит по схеме, показанной на фиг.2. В зависимости от величины отклонения шага возможны различные изменения импульсов сигнала прием- ника излучения по длительности, но в любом случае „ Tj . Происходит это за счет того, что часть импульсов источншса не попадает на грань, профиля, обращенную в сторону приемника излучения. Форма импульсов сигнала также меняется за счет ич- мснёния их по длительности и за счет дифракционных эффектов на вершине профиля.

Если шаг резьбы больше номинального, при d ср dcpH показано на фиг. 3, то также происходят уменьшение длительности импульсов выходного сигнала приемника излучения и изменение формы этих импульсов Tj, .

При отклонении среднего диаметра резьбы от номинального при номинальном шаге взаимодействие импульсного освещения с резьбовой поверхностью будет происходить по схемам, пока- зан}1ым на фиг,4 и 5.

Здесь длительность импульсов источника излучения будет соответствовать длительности импульсов сигнала приемника излучения. Но при этом произойдет смещение максимума импульса в ту или иную сторону Такое смещение вызвано тем, что отклонение dср от номинального значения обуславливает изменение положения фокуса линзы относительно центра грани.

Таким образом, анализ длительност импульсов сигнала приемника излучения путем сравнения с длительностью импульсов источника излучения позволяет выявить отклонение шага резьбы, а анализ положения максимума импульса сигнала относительно центра импульса приемника дает возможность определить отклонение среднего диаметра резьбы от номинального.

Устройство для контроля Ka iecTBH наружной резьбы, расположенной на детали I , формирует сфокусированьпзгй световой поток 2, направляемый на диафрагму 3,установленную на одной оптической оси с приемником А излучения. Под углом к первой оптической оси расположена вторая, на которой установлены источник 5 излучения, модулятор 6 и фокусирующая линза 7. Деталь 1 установлена на блок 8 поступательного перемещения. Линза 7 установлена по отношению к резьбовой поверхности на таком расстоянии, что положение фокуса находится на поверхности профиля на уровне среднего диаметра (фиг.1). Угол между оптическими осями выбирается из условия регистрации приемником излучения зеркальной составляющей отраженного гпетового потока. На выходе

0

0

5

0

5

0

5

0

5

приемника излучения установлен усилитель 9, выход которого связан с входом фильтра 10 верхних частот, выход которого соединен с входом амплитудного детектора I1, выход которого связан с инвертируюш.им входом дифференциального усилителя 12, Неинвертирующий вход этого усилителя соединен с выходом фотоприемника 4, а выход дифференциального усилителя связан с входом формирователя 13 импульсов . Выход формирователя 13 импульсов соединен с первым входом элемента 2И 14, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 15 прямоугольных импульсов. Выход логического элемента 2И 14 соединен с входом блока 16 индикации отклонения шага резьбы и с обнуляющим входом RS-тригге- ра 17, Выход дифференциального усилителя 12 соединен также с входом пикового детектора 18 и с входом компаратора 19. Выход пикового детектора 18 соединен с выходом электронного ключа 20 и входом компаратора 19, Управляющий вход электронного ключа 20 соединен с третьим выходом генератора 15 прямоугольных импульсов. Выход компаратора 19 связан с тактовым входом D-тригге- ра 21, информационный вход которого соединен с третьим выходом генератора 15 прямоугольных и пульсов, а выход - с вторым входом логического элемента ЗИ 22, Первый вход логического элемента ЗИ 22 соединен с третьим выходом генератора 15 прямоугольных импульсов, а третий вход этого элемента соединен с выходом RS-триггера 17, Установочный вход RS-триггера связан с пятым выходом генератора 15 прямоугольных импульсов , Выход логического элемента ЗИ 22 соединен с входом блока 23 индикации отклонения средней линии.

Устройство работает следуюпц1м образом ,

Генератор 15 прямоугольных импульсов вырабатывает импульсы, .управляющие работой модулятора 6, который формирует световой поток 2 источника 5 непрерывного излучения в виде прямоугольных импульсов. Длительность световых импульсов, поступающих на поверхность (Т,), согласно предлагаемому способу контроля качества наружной резьбы устанавливается

меньше времени перемещения детали на 1/2 шага резьбы tm на время перемещения удвоенного диаметра пучка на поверхности to.

Зеркальная составляющая отраженного светового потока проходит через диафрагму 3 и воспринимается приемником А излучения, выход которого связан с усилителем 9. На вы- ходе усилителя 9 образуются импульсы напряжения, форма которых изменяется в зависимости от контролируемых параметров резьбы, так, как это показано на фиг.7 г. Указанные импульсы напряжения проходят последовательно через фильтр JO и амплитудный детектор J. В результате на выходе амплитудного детектора 11 формирз ются импульсы напряжения, со- ответствующие по времени моментам, когда световой поток, падающий на поверхность, отражается от вершины профиля резьбы. Эти импульсы вычитаются из исходных импульсов напряжения, по- ступающих с фотоприемника 4, дифференциальным усилителем 12. Результирующий сигнал с выхода дифференциального усилителя 12 через формирователь 13 импульсов поступает-на вход логического злемента 2И 14. На второй вход этого элемента поступают и;чпульсы с второго выхода генератора 15 прямоугольных импульсов, соответствующие по времени импульсам светового излученгО, падающего на по верхность (фиг.7,з).

Если импульсы напряжения на выходе формирователя 13 импульсов короче импульсов на втором выходе генератор 15 прямоугольных импульсов, что имеет место при отклонении шага резьбы от номинального, на выходе логического элемента 2И 14 образуются импульс напряжения (фиг.7,и), поступающие на вход блока J6 ин;. тации отклонения шага резьбы, 11мпульсы с выхода дифференциального усилителя 12 поступают также на вход пикового детектора 18 и вход компаратора 20. Разряд запоминающего конденсатора пикового детектора 18 осуществляется электронным ключом 19, управляемым импульсам напряжения с третьего выхода генера- topa 15 прямоугольных импульсов, Им.

пульсы на вьпсоде пикового детектора 18 имеют вид, показанный на фиг.7,л. Они поступают на второй вход компаратора 20, на выходе которого образуют.- |с п 25о

ыи35

40

50

ся импульсы, передний фронт которых соответствует по времени (максимуму) исходного сигнала, поступающего с фотоприемника 4. Эти импульсы поступают на тактовый вход ГУ-триггера 21 . На информационный вход этого триггера поступают импульсы с четвертого выхода генератора 15 прямоугольных импульсов. Импульсы с выхода D-триггера 21 поступают на второй вход логического элемента ЗИ 22, на первый вход которого поступают импульсы с третьего выхода генератора 15 прямоугольных импульсов, а на третий вход - импульсы с выхода RS-триггера 17, установка которого осуществляется импульсами с пятого выхода генератора 15 прямоугольных импульсов, а сброс - импульсами с выхода логического элемента 2И 14. Взаимное расположение импульсов, поступающих на входы логического злемента Зй 22 при различных контролируемых параметрах резьбы представлены на диаграммах п,с,р фиг. 7. Импульсы, на выходе логического элемента ЗИ 22 лдявля тся в случае отклонения средней линии резьбы от номинала. Эти импульсы поступают на вход блока 23 индикации отклонения средней линии резьбы.

Формула изобретения

Ти

где Va - скорость перемещения детали относительно потока светового зондирующего излучения;S - щаг резьбыi

d - диаметр сфокусированного

светового потока на поверхности детали,

сравнивают длительность зарегистрированных световых импульсов с зонди рунхцими и определяют положение максимума зарегистрированньгх световых импульсов относительно середины импульсов зондирующего светового потока ,

чом, D-триггером, RS-трнггером, логическим элементом ЗИ и блоком индикации отклонения среднего диаметра резьбы, выход приемника излучения соединен с входом усилителя и с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход усилителя соединен с входом фильтра, выход которого соеQ динен с входом амплитудного детектора, выход дифференциального усилителя соединен с входо.м пикового детектора и с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с

2 выходами пикового детектора и электронного ключа, второй выход генератора прямоугольных импульсов соединен с вторым входом логического элемента 2И, выход которого соединен с

Q обнуляющим входом RS-триггера, третий выход генератора прямоугольных импульсов соединен с управляющим входом электронного ключа и с первым входом логического элемента ЗИ, чет5 вертый выход генератора прямоугольных импульсов соединен с информационными входом D-триггера, пятый выход - с установочным входом RS-триггера , выход которого соединен с вто0 рым входом логического элемента ЗИ, третий вход которого соединен с выходом RS-триггера, выход блока индикации отклонения среднего диаметра резьбы соединен с выходом логического элемента ЗИ, выход компаратора соеди5

нен с тактовым входом Й-триггера.

( dcprdcp.H.

ср.н.

ФигМ

TJ

hi

Фг/г.5

Фиг. 6

3 и

к л

м

Л

ФигЛ

П

0

П

Л