Способ контроля параметров объектов Советский патент 1990 года по МПК G01B7/12 G01B7/32 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения бесконтактного экспресс-контроля и измерения диаметров проводящих сферических объектов.

Для измерения параметров объектов сферической формы используется физическая зависимость эффективной площади рассеяния шаровой поверхности от соотношения радиуса шара и длины волны при облучении полем ш оской электромагнитной волны изолированного одиночного шара.

Любые две точки дифракционной кривой соответствуют определенным значениям длины волн fl и диаметра сферы d. Для постоянного значения диаметра сферы две разнесенные точки на

дифракционной кривой соответствуют двум разным значениям длины волны и, наоборот, для постоянного значения длины волны - двум разным диаметрам d4 и d. При неизменном значении длины волны Х и изменении диаметра от d i до d% изменяется значение отражающей площади S. Для первого, третьего и т.д. (т.е. нечетных) -участков дифракционной кривой с увеличением диаметра сферы d площадь S увеличивается, а с уменьшением d S уменьша- 1

ется. На четных участках дифракционной кривой изменение площади S при изменении диаметра d противоположно. А изменение площади S, обусловленное изменением длины волны 1 при посто-, янном d, противоположно изменению S, обусловленному изменением диаметра сферы d при постоянном А.

СМ

Возможно выбрать такие значения длины волны 7S и интервалы изменений диаметра от d , до d-, чтобы значения аргумента функции d/7 располагались на линейном участке дифракционной кривой. Для двух разнесенных точек линейного участка дифракционной кривой приращение аргумента A(d/ft)

знака,

определенной величины и определенного JQ значение рабочей длины волны , чтобы

значение аргумента d/ соответсТвова- ло середине линейного участка дифракционной кривой, т.е. порядка 0,24, то при увеличении диаметра исследуе- 15 мой сферы () значение , a при уменьшении () значение S

20

1, при смещении влево или/вправо рабочих точек по дифракционной кривой, вызывает изменение эффективной отражающей площади S в каждой точке на величину AS. При этом разность площадей остается постоянной величиной, определяемой разностью значений аргумента функции, а отношение m,S,/S ( при ) или , ( при ) изменяется, так как изменяются значения числителя и знаменателя.

Следовательно, величина и знак изменения отношения отражающих площадей Am для двух точек линейного 25

j

участка дифракционной кривой однозначно определяют величину и знак изменения аргумента A (d/ X). При постоянном значении длины волны приращение Am однозначно определяет приращение 0 , т.е. u го пропорционально Ad, Кроме того, сама величина отношения m также однозначно определяет значения d и d при постоянном известном h , А отношение площадей отражающих поверхностей является отношением отраженных уровней энергии или же отношением коэффициентов отражения по мощности от сферического объекта. Если в качестве значения диаметра

35

40

Sg. При этом для отношения m Sx/S9 на участке отношение тч1 и с ростом значения dx возрастает, приближаясь к единице, а на участке dy d отношение т и с ростом значения dj( возрастает. Если выбрать отношение m S9/SJ(, то на участке dx d отношение и уменьшается по мере приближения m к единице, а на участке и уменьшается с увеличением разности dx-d9. Если для этого первого участка дифракционной кривой () выбрать значения d- и д так, чтобы точка находилась в начале участка (минимальное значение аргумента d/ft), то возможно измерение только для случая и отношение по мере увеличения dy возрастает от единицы (), а отношение уменьшается от единицы (). Для максимального значения аргумента d/ ft линейной части этого первого участка возможно измерение диаметров сферы только , а отношение m Sy/Sg уменьшается от единицы () и отношение увеличивается от единицы (). Для второго участка дифракционной кривой ()

d или d „ выбрать значение диаметра эталонного объекта d, то отношение площадей отражающих поверхностей S5 эталонного объекта и Sx исследуемого

ной кривой (значения числа п), направления изменения диаметра исследуемого объекта ( ) и выбора величины отношения или . Так, например, если для первого участка дифракционной кривой () для определенного диаметра эталона d-j проводящей сферы выбрать так

значение аргумента d/ соответсТвова- ло середине линейного участка дифракционной кривой, т.е. порядка 0,24, то при увеличении диаметра исследуе- 5 мой сферы () значение , a при уменьшении () значение S

0

5

0

5

0

Sg. При этом для отношения m Sx/S9 на участке отношение тч1 и с ростом значения dx возрастает, приближаясь к единице, а на участке dy d отношение т и с ростом значения dj( возрастает. Если выбрать отношение m S9/SJ(, то на участке dx d отношение и уменьшается по мере приближения m к единице, а на участке и уменьшается с увеличением разности dx-d9. Если для этого первого участка дифракционной кривой () выбрать значения d- и д так, чтобы точка находилась в начале участка (минимальное значение аргумента d/ft), то возможно измерение только для случая и отношение по мере увеличения dy возрастает от единицы (), а отношение уменьшается от единицы (). Для максимального значения аргумента d/ ft линейной части этого первого участка возможно измерение диаметров сферы только , а отношение m Sy/Sg уменьшается от единицы () и отношение увеличивается от единицы (). Для второго участка дифракционной кривой ()

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, которое достигается путем измерения диаметров проводящих сферических объектов. Эталонный и контролируемый объекты облучают электромагнитным излучением с длиной волны λ, выбираемой из условия D/(0,2N+0,1)≤λ≤D/(0,2N-0,1), где D - диаметр эталонного объекта

N - целое число. Определяют значение отношения измеренных уровней энергии или коэффициентов отражения по мощности излучения, отраженного от эталонного и контролируемого объектов, которое является мерой контролируемого параметра. 1 з.п. ф-лы.

объекта однозначно определяет величи- 45 указанные изменения отношения m прону отклонения диаметра исследуемого объекта d% от d. При величина отношения . По мере увеличения отклонения значения d от d увеличивается изменение отношения m от значения либо в стерону возрастания (), либо в сторону уменьшения (). Направление изменения отношения m (увеличение или уменьшение при определенном направлении изменения диаметра d, например увеличении) , а также значение величины m ( или ) зависят от следующих факторов: номера участка дифракцион-.

тивоположны. При этом выбор величины отношения m (пг 1 или ) не влияет существенно на погрешность измерения, так как для одних и тех же значений 8,э и Sx функции и дают одни и те же результаты.

Таким образом, отношение отраженных сигналов электромагнитного излучения от эталонного и исследуемого проводящих сферических объектов однозначно определяет диаметр сферы. Поэтому это отношение позволяет производить измерение площади сечения

сферы, проведенной через центр сферы перпендикулярно направлению распространения электромагнитного излучения. Кроме того, для двух сферических объектов равного диаметра, эталонного и исследуемого, возможно осуществление измерения округлости и формы поверхности исследуемого объекта по отношению к эталонному. Если ис- ю следуемый объект имеет на своей сферической поверхности изменения округлости (например, впадину), то при вращении объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях изменяется 15 отношение отраженных уровней энергии или коэффициентов отражения следующим образом. При попадании впадины в область тени изменения отноше.ния не происходят. Максимальное изменение от- 20 ношения наблюдается тогда, когда максимальная площадь сечения впадины совпадает с плоскостью сечения сферы, проведенной через ее центр перпендикулярно направлению электромагнитного 25 излучения.

Способ реализуют следующим образом.

Согласно значениям диаметров контролируемых объектов выбирают значе- 30 ние рабочей длины волны,исходя из условия

d/ (0,2п+0,1 )ft$d/ (0,2п-0, 1) , где d - значение диаметра контролируемого объекта.

Выбирают эталонный объект (правильной формы) диаметром d. Облучают эталонный и контролируемый объекты электромагнитным излучением выбранной длины волны 7 . Измеряют уровни 40 энергии отраженных сигналов от эталонного и контролируемого объектов. Определяют отношение этих измеренных уровней энергии и по нему судят о параметрах контролируемого объекта. 45 Цена деления шкалы отношений сигналов выбирается путем предварительной калибровки, которая выполняется следующим образом. В зависимости от диапазона измеряемых значений и желаемой цены деления шкалы отношений (шкалы измеряемых значений) выбирают два и более эталонных объекта различных размеров. Исходя из условий контроля в сторону увеличения или уменьшения

35

50

55

5 0 5

0

0 5

5

размера, или же изменения как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения - производят указанные измерения нулевого эталонного объекта и других эталонных объектов. Нулевое значение шкалы измеряемых значений соответствует измерению двух нулевых эталонных объектов, идентичных по своим параметрам.

При контроле параметров объектов .. можно также измерять коэффициенты отражения по мощности от эталонного и контролируемого объектов и по величине отношения этих коэффициентов отражения определять значение контролируемого параметра.

Формула изобретения

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют отношение измеренных коэффициентов отражения по мощности от эталонного и контролируемого объектов, по значению которого определяют параметр объекта.