Устройство для контроля дефектов и профилей поверхности изделий Советский патент 1990 года по МПК G01N21/88 G01J1/44 

Изобретение относится к неразру- лающему контролю, в частности к оптическим методам контроля качества методом отраженного излучения.

Целью изобретения является расширение области применения устройства.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для контроля дефектов и профилей поверхностей изделий содержит осветитель 1, оптико-элект- ронный преобразователь 2, блок 3 обработки сигнала, формирователь 4 коров координат и блок 5 ПЗУ, датчик .16 положения.

При этом выход оптико-электронного преобразователя 2 подключен к первому входу блока 3 обработки сигнала, датчик 6 положения подключен к второму входу блока 3 обработки сигнала и к входу формирователя 4 кодов координат, первый выход которого подключен к первым группам адресных входов блока 5 ПЗУ и к первому входу оптико- электронного преобразователя 2, второй вход которого объединен с третьим входом блока 3 обработки сигнала и подключен к второму выходу формирователя 4 кодов координат, третий вы- ход которого подключен к второй группе адресных входов блока 5 ПЗУ, первый и второй выходы которого подключены соответственно к четвертому и пятому входам блока 3 обработки сиг- нала, шестой вход которого подключен к четвертому выходу формирователя 4 кодов координат, пятый и шестой выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам оптико-электронного преобразователя 2 .

Оптико-электронный преобразователь 2 состоит из объектива 7, фотоматрицы 8, дешифратора 9, вход которого является первым входом оптико-электронного преобразователя 2, коммутатора 10, управляющий вход которого является вторым,входом оптико-электронного преобразователя 2, вычитателя 11, первого 12 и второго 13 блоков аналоговой памяти, управляющие входы которых являются соответственно третьим и четвертым входами оптико- электронного преобразователя 2, выходом которого является выход блока 13 аналоговой памяти.

Блок 3 обработки сигнала содержит вычятатель 14, первый вход которого

Q

0

является первым входом бпока 3, пиковый детектор- 15, аналоговый делитель 16, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17, вход которого является четвертым входом блока 3 обработки сигнала, первый компаратор 18, источник 19 опорного напряжения, второй компаратор 20, задатчик 21 кода, первый вычитатель 22 кодов, первый вход которого является третьим входом блока

3обработки сигнала, а второй вход вычитателя 22 является пятым входом блока 3, второй вычитатель 23 кодов, D-триггеры 24 и 25, R-входы которых объединены и являются вторым входом блока 3 обработки сигнала, RS-тригге- ры 26 и 27, схемы И 28 и 29, схему ИЛИ 30, выход которой является выходом блока 3.

Формирователь 4 кодов координат содержит генератор 31, схему И 32, первый вход которой является первым входом формирователя 4, формирователь 33 импульсов, первый и второй выходы которого являются соответственно пятым и шестым выходами формирователя

4кодов координат, первый счетчик 34, второй счетчик 35 и третий счетчик 36, выходы которых являются соответственно вторым, первым и третьим выходами формирователя 4, а счетный вход счетчика 35 является четвертым выходом формирователя 4 кодов координат.

Блок 5 ПЗУ содержит блок 37 ПЗУ интенсивностей, выход которого является первым выходом блока 5, и блок 38 ПЗУ координат, выход которого является вторым выходом блока 5 ПЗУ.

Осветитель 1 оптически связан посредством объектива 7 с фотодиодной матрицей 8, входы которой подключены к выходам дешифратора 9, а выходы - к аналоговым входам коммутатора 10, выход которого подключен к суммирующему входу вычитателя 11 и входу первого блока 12 аналоговой памяти, причем выход блока 12 аналоговой памяти подключен к вычитающему входу вычитателя 11, выход которого подключен к входу второго блока 13 аналоговой памяти.

Вычитающие входы вычитателя 14 и компаратора 18 подключены к входу пикового детектора 15 и выходу блока 13 аналоговой памяти, выход пикового детектора 15 подключен к суммирующему входу компаратора 18, суммирующий вход вычитателя 14.объединен с первым

входом аналогового делителя 16 и подключен к выходу ЦАП 17, второй вход аналогового делителя 16 подключен к выходу вычитателя 14, первый вход компаратора 20 подключен к выходу аналогового делителя 16, а его второй вход - к источнику 19 опорного напряжения, выход компаратора 20 подключен к D-входу D-триггера 24, выход компаратора 18 подключен к первому входу схемы И 28, второй вход котрой подключен к выходу устройства, входные шины ЦАП 17 подключены к выходным шинам б;1ока 37 ПЗУ интенсив- ностей, выходные шины блока 38 ПЗУ координат подключены к первой группе входов вычитателя 22 кодов, выходные шины которого подключены к первой группе входов вычитателя 22 кодов, вторая группа входов которого подключена к задатчику 9 1 кода, выход вычитателя 23 кодов подключен к D-вхо- ду D-триггера 25, С-входы D-триггеро

24и 25 объединены с R-входом RS- триггера 26 и подключены к выходу схемы И 28, выход RS-триггера 26 подключен к первому входу схемы И 29, выход которой подключен к S-входу RS-триггера 27. Выходы триггеров 24,

25и 27 подключены к соответствующим входам схемы ИЛИ 30. R-входы счетчиков 34-36 триггеров 24, 25, 27 и первый вход схемы И 32 объединены между собой и подключены к выходу датчика

6 положения, выход генератора 31 подключен к второму входу схемы И 32, выход которой подключен к входу формирователя 33 импульсов и счетному входу счетчика 34, вход Сброс пикового детектора 15, счетный вход счетчика 35, S-вход RS-триггера 26, второй вход схемы И 29 объединены между собой и подключены к выходу счетчика 34, выход счетчика 35 подключен к счетному входу счетчика 36, вторая группа входов вычитателя 22 кодов объединена с управляющими входами коммутатора 10 и подключена к выходным шинам счетчика 34, входные шины дешифратора 9, первые группы входов блока 39 ПЗУ координат и блока 38 ПЗУ интенсивностей объединены между собой и подключены к выходным шинам счетчика 35, вторые группы входов блока 38 ПЗУ координат.и блока 37 ПЗУ интенсивностей объединены и подключены к выходным шинам счетчика 36, управляющие входы блоков 11 и 12

0

5

0

аналоговой памяти подключены к соответствующим выходам формирователя 33

импульсов.

В основу преобразования геометрии поверхности изделий в электрический сигнал положен метод светового сечения, а в основу обработки информации - метод сравнения электрического сигнала, отражающего свойства контролируемой поверхности изделия, с запомненным в ПЗУ сигналом, полученным от поверхности эталонного изделия.

Устройство работает следующим образом.

Контролируемое изделие 39, ориентированное контролируемой поверхностью вверх, поступает и перемещается на позиции контроля со строго постоянной скоростью. Осветитель формирует на поверхности изделия изображение световой полосы, которое при помощи объектива 7 проецируется на светочувствительную поверхность фотомат- 5 рицы 8, причем место положения освещенных участков поверхности и их освещенность однозначно связаны с геометрическими размерами и качеством данного участка поверхности изде- 0 лия.

При поступлении изделия в зону контроля датчик 6 положения устанавливает на выходе положительный потенциал, который разрешает прохождение импульсов с генератора 31 через схему И 32 на счетный вход счетчика 34 и формирователь 33 импульсов управления.

Выходной код счетчика 34 X изменяется от 0 до X/wqKC , импульсы переполнения счетчика 34 суммируются счетчиком 35, в котором код Y, измеряется от 0 до YMO(KC, причем X Мо(КС соответствует числу строк, a Y KC числу столбцов применяемой фотоматрицы. Импульсы переполнения счетчика 35 суммируются счетчиком 36.

Процесс суммирования импульсов длится в течение времени нахождения детали в зоне контроля. На стирающий вход фотоматрицы перед опросом каждого элемента поступают импульсы стирания, вырабатываемые формирователем 33 импульсов управления. По этим же импульсам производится запись нулевого уровня опрашиваемого элемента в блок 12 аналоговой памяти.

В вычитателе 11 из текущего значения напряжения на элементе, поступа5

0

5

0

5

кйцего на суммирующий вход, вычитается значение напряжения нулевого (начального) уровня элемента, запомненное в блоке 12 аналоговой памяти и Поданное на вычитающий вход.

По приходу импульсов считывания На управляющий вход в блок 13 анало- гЪвой памяти происходит запись выход напряжения вычитателя 11 и на выходе блока 13 аналоговой памяти появляется напряжение, пропорциональное освещенности элементов. I Число Z, находящееся в счетчике 3J6, соответствует числу кадров или (|что то же) числу проконтролирован- н|ых сечений поверхности изделия. Ко- д|ы Y и Z поступают на адресные вход блока 37 ПЗУ интенсивностей и блока 3J8 ПЗУ координат. В блоке 37 ПЗУ ин- т енсивностей записаны коды напряже- н|ий, которые поступают на вход ЦАП

7, на выходе которого вырабатывает

ся напряжение U0, соответствующее к}оду, причем записанные в блок 37 ПЗУ интенсивностей коды соответствуют напряжению, получающемуся при контроле эталонного изделия на Z-M стечении при координате Y.

В блоке -38 ПЗУ координат записаны коды X , соответствующие положению Йа координате X для соответствующих У и Z элемента с максимальной освещённостью при контроле эталонной детали. Таким образом в ПЗУ хранится в виде кодов изображение сечений эталонного изделия.

Процесс контроля заключается в следующем.

При изменении кода X от 0 до

X на выходе ЦАП устанавливается М о(кс

Напряжение U6 , соответствующее текущим Y и Z, которое поступает на суммирующий вход вычитателя 14, а На его вычитающий вход подается напряжение видеосигнала U с . При этом на выходе вычитателя 14 присутствует разностное напряжение ЛИ ; |U0 - II 6С(. Далее напряжение 4U поступает на аналоговый делитель 16, на другой вход которого поступает напряжение U0. Выходное напряжение делителя 4U/U0 несет в себе информацию об относительном отклонении интенсивности светового потока, отраженного от контролируемой поверхност Изделия, от интенсивности светового Потока, отраженного от поверхности эталонного изделия. Напряжение с вы

0

5

0

5

0

5

0

0 5

5

хода аналогового делителя 16 сравнивается компаратором 20 с опорным напряжением UofJ источника 19. В случае, если напряжение 4U/U0 У Uen , на выходе компаратора 20 появляется напряжение логической единицы, что свидетельствует о браке по данному каналу контроля.

Текущее значение кода X и записанный в блок 38 ПЗУ координат код XQ поступают в вьгчитатель 22 кодов, на выходе которого присутствует код 4Х |Х - Х01. В вычитателе 23 кодов производится сравнение кода JX с поступающим с задатчика 21 кодом, и в случае, если Х 6 X пвр , на выходе вырабатывается сигнал логической единицы. Таким образом производится сравнение разности координат X для контролируемого и эталонного изделий с пороговым значением А X П0р

Пиковый детектор 15 и компаратор 18 служат для выделения максималького значения видеосигнала за период времени, в течение которого код X изменяет свое значение от 0 до ХМЙКХ . Видеосигнал U 6 c поступает на вход пикового детектора 15 и на вычитающий вход компаратора 18, на суммирующий вход которого поступает напряжение с выхода пикового детектора 14 U . На выходе компаратора 18 вырабатывается уровень логической единицы тогда, когда напряжение U g c достигает максимального значения. Это свидетельствует об опросе элемента фотоматрицы с максимальной освещенностью.

После завершения цикла накопления числа X в счетчике 34 импульсом его переполнения производится обнуление пикового детектора, после чего он готов к работе. Считывание результатов контроля с выходов компаратора 20 и вычитателя 23 кодов в D-триггеры 24 и 25 соответственно производится по переднему фронту выходного импульса компаратора 20, проходящего через схему И 28 на С-входы D-триггеров 24 и 25, в том случае, если на выходе устройства установлен потенциал логического нуля, что соответствует изделию, параметры поверхности которого лежат в пределах допустимых отклонений. Если отклонения выходят за заданные нормы, то на выходе устройства появляется потенциал логической единицы, который запрещает прохождение импульсов с выхода компара

тора 20 через схему И 28 и сохраняется до выхода детали из зоны контроля.

Триггеры 24, 27 и схема И 29 служат для формирования сигнала логической единицы на выходе устройства в случае, если при опросе элементов одного столбца матрицы не будет обнаружено пятно света, что свидетелъст вует о наличии дефекта на поверхности изделия.

Когда световое пятно обнаружено, на выходе компаратора 20 появляется положительный герепац напряжения, который переводит RS-триггер 26 в нулевое состояние, и импульс переполне- нчя счетчика 34 устанавливает RS- триггер 26 в единичное состояние, но не проходит на S-вход RS-тркггера 27 через схему И 29. В противном случае RS-триггер 26 не переводится в нулевое состояние и импульс переполнения проходит через схему И 30 на S-вход RS-триггера 27, устанавливая его в единичное состояние.

Выходное состояние триггеров 24, 25, 27 суммируется схемой ИЛИ 30 и поступает на выход устройства.

После выхода изделий из зоны контроля на выходе датчика 6 положения появляется отрицательный перепад напряжения, по которому принимается решение о годности изделия, триггеры 24, 25 и 27, счетчики 34, 35 и 36 устанавливаются в нулевое состояние и устройство готово к контролю следующего изделия.

5

0

0

5

0

Формула изобретения

Устройство для контроля дефектов и профилей поверхностей изделий, содержащее осветитель, оптико-электронный преобразователь и блок обработки сигнала, первый вход которого подключен к выходу оптико-электронного преобразователя, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены формирователь кодов координат, блок постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и датчик положения, выход которого подключен к второму входу блока обработки сигнала и к входу формирователи кодов координат, первый выход которого подключен к первым группам адресных входов блока ПЗУ и к первому входу оптико- электронного преобразователя, второй вход которого объединен с третьим входом блока обработки сигнала и подключен к второму выходу формирователя кодов координат, третий выход ко- юрого подключен к второй группе адресных входов блока ПЗУ, первый и второй выходы которого подключены соответственно к четвертому и пятому входам блока обработки сигнала, шестой вход которого подключен к четвертому выходу формирователя кодов координат, пятый и шестой выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам оптико-электронного преобразователя.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля и может быть использовано при бесконтактном контроле дефектов и профилей поверхности изделий. Целью изобретения является расширение области применения. В устройстве реализован метод светового сечения для преобразования геометрии поверхности изделий в электрический сигнал, который сравнивается затем с сигналом, полученным от поверхности эталонного изделия. Устройство содержит осветитель 1, оптико-электронный преобразователь 2, блок 3 обработки сигнала, подключенный к выходу оптико-электронного преобразователя 2, формирователь 4 кодов координат, блок 5 постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и датчик 6 положения контролируемого изделия. При этом оптико-электронный преобразователь 1 выполнен на основе фотодиодной матрицы, дешифрация элементов которой осуществляется по кодовым сигналам формирователя 4. Значения освещенностей элементов фотодиодной матрицы преобразуются в электрический сигнал и сравниваются с сигналами, записанными в блок 5 ПЗУ по сигналу датчика 6. В зависимости от соотношения указанных сигналов блок 3 с помощью логических схем, входящих в него, формирует сигнал годности или брака изделия. 1 ил.