Устройство для контроля шероховатости поверхности изделия Советский патент 1990 года по МПК G01B11/30 

i Изобретение относится к измери- т;ельной технике и может быть использовано в машиностроении, приборо- |;троении и оптической промыилленности jT(nfi бесконтактного контроля качества прецизионной обработки поверхности 113делий.

Цель изобретения - повышение производительности контроля путем одно- ременного измерения интенсивностей Зеркально отраженнйго и рассеянного света.

: На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 и 3 графически ход световых лучей.

Устройство содержит источник 1 Параллельного монохроматического светового потока (лазер), мёханичес- Ний модулятор 2, непрозрачную зеркалную маску 3 фотодатчик , рассеива- |ощие пластинки 5 и 6, интегрирующие шары 7 и 8, защитные экраны 9 и 10. алюминированиые зеркала 11 и 12, ослабитель 13 интенсивности, фото- датчик 14, подвижное основание 15, Электронный блок 16 обработки сигналов, блок 17 измерения сигналов, блок 18 задания порогов шероховатости, светодиод 19, фотодиод 20 и фотодатчик 21.

На чертеже .обозначены: угол р, межд направлением зеркального отражения и рассеивающей пластинкой; контролируемая поверхность S угол tp падения света на контролируемую поверхность; угол О рассеяния, выделенный эллиптической диафрагмой 22, телесные углы СО и СО + Л СО , телесный угол ico , внутри которого распространяется световой поток, проходящий через эллиптическую диафрагму 22 в маске 3.

Приведенные на фиг. 2 графическое построения иллюстрируют ход световых

5

0

5

лучей, где ОС - 1

cos ср

- расстояние, проходимое зеркально отраженным световым потоком от контролируемой 0 поверхности S до маски 3, а, и

а - большие полуоси соответственно внешнего и внутреннего эллипсов, ограничивающих диафрагму 22 в маске 3, b и b .2. - малые полуоси этих эллипсов; С( и С. - центр симметрии соответственно внешнего и внутреннего эллипсов; ЛС - расстояние между этими центрами,., . - проекции отрезков соответственно СС, и СС2 на направление ОС. Углы Ц , ft , 0 и б + i§ имеют тот же смысл, что и на фиг. 1.

Устройство работает следующим образом.

Параллельный монохроматический световой поток от источника 1 модулируется механическим модулятором 2 и падает на контролируемую поверхность S под острым углом tP fc 8 ° к

ее нормали. Световой поток, зеркально .отраженный этой поверхностью, падает на рассеивающую пластин- - ку 5 с зеркальной маской 3 под yi- лом р 30° - -р . При этом он попадает на центральный непрозрачный участок зеркальной маски 3, после отражения от которого направляется зеркалом 11 через ослабитель 13 интенсивности на зеркало 12, которое направляет его на рассеивающую пластинку 6, пройдя через которую он рассеивается внутри интегрирующего шара 8. При этом Светловой поток падает на пластинку 6 в том же направлении, что и на пластинку 5. Световой поток, отраженный поверхностью S под углом б к зеркальному направлению, проходит через диафрагму 22 в маске 3 и рассеивается пластинкой

0

0

5

5внутри интегрирующего шара 7. Применение рассеивающих пластинок 5 и

6и интегрирующих шаров 7 и 8 исключает интерференционные эффекты и делает возможным использование описываемого устройства для контроля

как изотропных поверхностей, так и поверхностей, имеющих регулярную составляющую шероховатости. Величина угла У выбирается из условия

iS

2arctg-Y

где d на

1 диаметр светового пятна поверхности S, расстояние от этого пятна до маски 3 в направлении зеркального отражения. Это необходимо для того, чтобы размеры диафрагмы 22 в маске 3 были заметно больше размеров светового пятна, соответствующего зеркально отраженному пучку, но не превосходили предельных размеров, определяемых чувствительностью фотодатчиков. Световые поля внутри шаров 7 и 8 регистрируются фотодатчиками и 1 соответственно. Компенсирую1чий сигнал снимается с фотодатчика 21, установленного на боковом излучении лазера. После усиления сигналы с Фотодатчиков Ц и Ц детектируются. В блоке 18 задания порогов шероховатости происходит сравнение измеренного напряжения с порогами в цифровой форме и индикация класса шероховатости поверхности. Перед началом измерений с помощью ослабителя 13 интенсивности выравнивают световые потоки, падающие на фотодатчики 4 и И, Регистрируют сигнал и, с фотодатчика 1, пропорциональный величине светового потока в интегрирующем шаре 8-, после чего перемещением подвижного основания 15 устанавливают фотодатчик k на место фотодатчика Ни регистрируют сигнал U с фотодатчика k, пропорциональный величине того же светового потока. Находят отношение этих сигналов К j; которое в дальнейшем используют при определении отношения

интенсивностей света I (9) соответствии с формулой

и I. в

R

К, U4

к„ и

п

iSniSI t

где и и и, - сигналы с фотодатчиков 4 и соответственно, одновременно зарегистрированные в процессе измерений и пропорциональные световым потокам в интегрирующих шарах соответственно 7 и 8, К - коэффициент ослабления света ослабителем 13 интенсивности, равный отношению светового потока, падающего на ослабитель 13, к световому потоку, прошедшему через этот ослабитель 13.

Величины R и R д, определяют соответственно для контролируемого и эталонного изделия и по формуле

20

a- Gэ м

эм

25

30

35

0

5

0

5

рассчитывают среднее квадратическое отношение высот неровностей для контролируемого образца При осуществлении производственного контроля величина , может быть условно принята равной единице.

Формула изобретения

Устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащее источник параллельного монохроматического светового потока и модулятор, последовательно расположенные в направлении падения светового потока на контролируемую поверхность, непрозрачную маску с диафрагмой, расположенную в световом потоке, отраженном контролируемой поверхностью, первый фотодатчик, расположенный, за маской, в световом потоке, прошедшем через диафрагму, и электронный блок обработки сигналов, электрически связанный с первым фотодатчиком, отличающее- с я тем, что, с целью повышения производительности контроля, оно снабжено первым интегрирующим шаром с двумя отверстиями и защитным экраном, расположенным внутри шара между отверстиями перед первым фотодатми ком со стороны падающего на него светового потока так, что одно из отверстий этого шара находится в этом световом потоке, а другой - напротив первого фотодатчика, первой рассеивающей пластинкой, установленной внутри первого шара перед отверстием, находящимся, в световом потоке, и

составляющей с направлением зеркаль- Hdro отражения в плоскости падения CBieTa угол 90°, основанием, установленным с возможностью перемещения в плоскости, параллельной рассеивающей пластинке, вторым фотодат- чи|ком, установленным вместе с первым ффодатчиком на основании и электрически связанным с электронным блоком обработки сигналов, вторым интегри- шаром с защитным экраном, ус тановленным перед вторым фотодатчи- так, что одно из отверстий этого шара находится напротив второго фо- тс датчика, второй рассеивающей пластинкой, установленной внутри второго ша|ра перед другим отверстием этого шфа в одной плоскости с первой рас- се ивающей пластинкой, двумя зеркалами, установленными соответственно пе;ред первым и вторым интегрирующими шарами с возможностью перемещения и Поворота относительно этих шаров и (оптически связываюи1ими первую и вт}орую рассеивающие пластинки, осла-

бителем интенсивности, установленным между зеркалами, и электрически связанными с электронным блоком об- работки сигналов светодиодом и фотодиодом, оптически связанными между собой через модулятор, и третьим фотодатчиком, установленным у боковой поверхности источника параллельного

0 монохроматического светового .потока в потоке, рассеянном внутри этого источника, а непрозрачная маска выполнена в виде зеркального покрытия на внешней стороне первой рассеиваю15 щей пластинки, диафрагма выполнена эллиптической и образована линиями пересечения плоскости маски с двумя коническими поверхностями, ограничивающими телесные углы, в которых

20 распространяется отраженный световой поток, и имеющими сэбщую ось симметрии, совпадающую с направлением зеркального отрах ения, и общую вершину в точке пэдения светового по25 тока на контролируемую поверхность.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и оптической промышленности для бесконтактного контроля качества прецизионной обработки поверхностей изделий. Цель изобретения - повышение производительности контроля путем одновременного измерения интенсивностей зеркально отраженного и рассеянного света. Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 параллельного монохроматического светового потока и модулятор 2, расположенные в направлении зеркального отражения непрозрачную маску 3 с диафрагмой 22 и фотодатчик 4, электрически связанный с электронным блоком 16 обработки сигналов, две одинаковые рассеивающие пластинки 5, 6, установленные в параллельных плоскостях, составляющих с направлением зеркального отражения угол β*9890° COOTBETCTBEHHO ВНуТРи дВуХ иНТЕгРиРующиХ шАРОВ 7, 8 C зАщиТНыМи эКРАНАМи 9, 10, дВА АлюМиНиРОВАННыХ зЕРКАлА 11, 12, ОпТичЕСКи СВязыВАющиЕ эТи плАСТиНКи, ОСлАбиТЕль 13 иНТЕНСиВНОСТи, уСТАНОВлЕННый МЕжду зЕРКАлАМи 11, 12, фОТОдАТчиК 14, уСТАНОВлЕННый HA ОдНОМ пОдВижНОМ ОСНОВАНии 15 BMECTE C фОТОдАТчиКОМ 4, элЕКТРичЕСКи СВязАННыЕ C элЕКТРОННыМ блОКОМ 16 ОбРАбОТКи СигНАлОВ СВЕТОдиОд 19 и фОТОдиОд 20, ОпТичЕСКи СВязАННыЕ чЕРЕз МОдуляТОР 2, и фОТОдАТчиК 21, РЕгиСТРиРующий бОКОВОЕ излучЕНиЕ иСТОчНиКА 1. НЕпРОзРАчНАя MACKA 3 ВыпОлНЕНА B ВидЕ зЕРКАльНОгО АлюМиНиРОВАННОгО пОКРыТия HA ВНЕшНЕй CTOPOHE РАССЕиВАющЕй плАСТиНКи 5, B KOTOPOM иМЕЕТСя эллипТичЕСКАя диАфРАгМА 22, ОгРАНичЕННАя лиНияМи пЕРЕСЕчЕНия плОСКОСТи МАСКи 3 C дВуМя КОНичЕСКиМи пОВЕРХНОСТяМи, иМЕющиМи Общую ОСь СиММЕТРии, СОВпАдАющую C НАпРАВлЕНиЕМ зЕРКАльНОгО ОТРАжЕНия, и Общую ВЕРшиНу. 3 ил.

. Ь .1