Способ контроля геометрических параметров колец Советский патент 1991 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для бесконтактного контроля внешнего и внутреннего диаметров объектов кольцевой формы, их толщины, а также таких параметров, как не- соосность, выпуклость или вогнутость торцовых поверхностей.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счегг сокращения количества определяющих параметров.

На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего способ контроля геометрических параметров колец; на фиг.2 - схема, поясняющая принцип сканирования объек- та: на фиг.З - объект с различными видами дефектов и соответствующие им результаты сканирования.

Устройство, реализующее способ, содержит лазер 1, коллиматор 2, зеркала 3, дифракционную решетку 4, диафрагму 5, линзы 6-7, полупрозрачное зеркало 8, линзы 9-10, фотоприемники 11-12, усилители 13-14 фототока и электронный блок 15 формирования и индикации выходного сигнала (фиг.1). Продольная ось симметрии конгро лируемого объекта (кольца) 16 выставлена вдоль главной оптической оси линзы 7 (кольцо 16 расположено в измерительной позиции). Возможные направления линейного Vo смещения элементов схемы, объединен- ных на фиг.1 плоскостью R, и вращения Шо решетки 4 показаны стрелками.

Способ реализуют следующим образом. Световой пучок 0 от лазера 1 линейно сужают коллиматором 2 и зеркалами 3 на- правляют на дифракционную решетку 4 (фиг.1). Вращением решетки 4 с угловой скоростью 0)о световой пучок 0 преобразуют в набор конических поверхностей, из которых диафрагмой 5 выделяют две поверхности Ф Фг, образующими которых являются лучи первого 1ц(12) и второго 121(22) порядка дифракции При этом линзами 6 и 7 обеспечивают возможность линейного смещения со скоростью Vo общей вершины Q поверхно- стей Ф|(2) в направлении к контролируемому объекту (кольцу) 16, предварительно устанавливаемому в измерительную позицию (плоскость G на фиг.1). Этим сочетанием углового ftfe и линейного V0 смещений элементов схемы контроля осуществляют развертку изображения объекта 16 в плоскости регистрации отраженных им световых потоков, при этом развертку изображения торцовой поверхности кольца 16 формируют в плоскости фотоприемника 11 через полупрозрачное зеркало 8 линзой 9, а развертку изображения его внутренней поверхности - линзой 10 в плоскости фотоприемника 12

Фотосигналы, регистрируемые приемниками 11-12 и усиленные усилителями 13- 14. направляют в электронный блок 15 формирования и индикации выходного сигнала, по которому судят о геометрических параметрах очередного кольца 16.

В процессе контроля коническими поверхностями Ф1 и ф последовательно высвечивают участки са (Se) и ам (en) профиля объекта 16, выделяют моменты времени прохождения общей вершины Q пяти особых точек Со, Mo, So, Јo и No ее траектории смещения, соответствующих пересечениями I, II, III, IV и У световых конусов Ф| и ф с границами между торцами контролируемого кольца 16 и его образующими (внешней и внутренней) (фиг.2). На фиг.2 показано начальное взаимное положение вершины Q и изделия, предшествующее процессу сканирования: световой конус Фч описывает кольцо 16, не касаясь его торца cS.

В момент пересечения луча ln(t) с точкой с начинает сканирование профиля сам (sen) изделия (кольца 16) первой конической поверхностью Ф1 (плоскость 1 сечения данного конуса торцом cS), которое заканчивается в момент касания лучом ln(t) точки м дальней по отношению к световому пучку 0 торцовой поверхности контролируемого кольца 16 (плоскость 11). При этом вершина Q (линза 7 и элементы (8, 9 и 11) схемы контроля, объединенные на фиг.1, 2 плоскостью R) сместится на расстояние С0М0, информация о положении особой точки АО сечения У при формировании выходного сигнала не используется.

При дальнейшем смещении вершины Q (линзы 7) профиль sen (сам) изделия (16)сканируется световым конусом Фг (плоскости III, У. У и соответствующие им особые точки So, f o и No). Благодаря тому, что тангенсы углов yi и YI наклона лучей hi (112) и 122 (l2i) являются образующими поверхностей Ф1 и Ф2 к направлению распространения светового пучка 10 соотносятся как один к двум, соотношения расстояний между особыми точками траектории смещения вершины Q и геометрическими параметрами изделия (16) будут следующими: Со(Ао) - , СоМо - ( + Lo), So Со- 1т°, SoNo -(1т° + Lo). CoSo - 0,5Д0, МоМо - 0,5do, t o No(AoMo) -Lo. где 1т° - толщина стенки, До - внешний диаметр, do - внутренний диаметр, L0 - толщина контролируемого кольца 16.

В процессе сканирования фотоприемниками 11-12 формируют по два прямо угольных импульса И 12 и HL, l2L длительностью, пропорциональной рассто янию между соответствующими особыми

точками траектории z смещения вершины Q (позиции а-щ на фиг.З). На позиции а показан объект без дефектов его профиля (внутренняя и внешняя образующие соосны, торцы перпендикулярны оси симметрии) и точно сьюстированное в измерительную позицию (биения при сканировании отсутствуют). Поэтому для данного объекта обозначения его параметров Д0, d0,lT°, U, (позиция а), особых точек Со, А0, М0. N0, K0, So траектории z (позиция в) и временных

интервалов тВ , т§ . тҐ . if . пропорциональных значениям Д0. do, IT° и LO (позиции б и г) снабжены индексом о. Выпуклость ближней относительно сканирующего излучения (относительно вершины Q) торцовой поверхности контролируемого объекта (позиции д-з) проявляется в изменении положения особых точек С и S относительно точек Co-So позиции в При вогнутости (позиции и-м) индекс II имеют четыре особые точки:

А11, М11. f11 и 11, расстояния между которыми при этом сохраняются (времена тЈ и

0,5тЗ). Смещение особых точек объясняется сокращением при выпуклости и увеличением при вогнутости времени сканирования стенки т° объекта 16 (участков са и eS его профиля на позициях д и ц) на время дгв, пропорциональное размеру соответствующего дефекта.

Несоосность внутренней с внешней поверхностью контролируемого обьекта (позиции Н и р) и погрешности при юстировке изделия в измерительную позицию, вызывающие биения при сканировании(позиции с-ф) характеризуются Наличием у сигналов lr(li , h ) и IL (hL, l2L) групп коротких импульсов. Это объясняется тем, что при сканировании таких объектов особые точки формируются не в один определенный момент времени, а периодически воспроизводятся в течение некоторого интервала времени, пропорционального значению дефекта несоосность (время д гн) или амплитуде биений (время дт ). Отрезок С с траектории смещения Z, на котором происходит периодическое воспроизведение особой точки Со, характеризуется тем, что при достижении лучом 1ц(г) точки С1 торцовой поверхности cS луч Ii2(t) все еще описывает внешнюю поверхность объекта 16, не касаясь торца cS. Полностью световой конус Ф1 перекрывается объектом на отрезке С1 М траектории г. За время прохождения общей

5

вершиной Q отрезка А1 А траектории z сканирующий луч периодически переходит с торцовой на внутреннюю поверхность и обратно, а за время прохождения верши5 ной Q отрезка М1 М11 сканирующий световой луч то перекрывается внутренней поверхностью со стороны дальнего по отношению к сканирующему излучению торца объекта 16, то проходит его, не касаясь

0 внутренней поверхности. Отрезки S SN,

еЈ1 f11 и N N на позициях п-у аналогичны отрезкам с с, А А и м м, но с той лишь разницей, что в данном случае изделием Периодически перекрывается не . а кони 5 ческая поверхность (.

На позициях х-щ (фиг.З) показан ре- зультат сканирования несоосного объекта при наличии биений. У сигналов h и i для такого изделия, как и при биениях соосного

0 изделия, формируется по две группы коротких импульсов: на участках С С . М М для И и на участках S S N N траектории z для сигнала h (позиция Шш), однако размеры этих участков в отличие от позиции у неоди5 наковы.

Формула изобретения Способ контроля геометрических параметров колец, заключающийся в том, что

0 формируют два световых зондирующих пучка, направляют их под углами ±а соответственно, симметрично оси контролируемого кольца, сканируют кольцо этими пучками, регистрируют световое излучение, прошед5 шее и отраженное от контролируемого кольца, преобразуют световое излучение, прошедшее и отраженное от контролируемого кольца, в последовательность электрических импульсов и по временным

0 интервалам между импульсами судят о геометрических параметрах контролируемого кольца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, дополнительно формируют два световых

5 зондирующих пучка, направляют их под углами ±fi соответственно, симметрично оси контролируемого кольца, значения которых удовлетворяют соотношению tg( ±/)- 2 tg ( ±«), а сканирование кольца

0 осуществляют путем вращения зондирующих пучков вокруг оси контролируемого кольца и изменения расстояния между плоскостью контролируемого кольца и точкой пересечения зондирующих пучков.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для бесконтактного контроля внешнего и внутреннего диаметров объектов кольцевой формы, их толщины, а также таких параметров, как несоосность, выпуклость или вогнутость торцовых поверхностей. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет сокращения количества определяющих параметров. Пучок лазера 1 сужают коллиматором 2 и направляют на дифракци13 онную решетку 4. Вращением решетки 4 с угловой скоростью Шь световой пучок преобразуют в набор конических световых поверхностей, из которых диафрагмой 5 выделяют две поверхности Ф| и Фг, образующими которых являются лучи первого In и второго 121 порядков дифракции. Линзами 6 и 7 обеспечивают возможность линейного смещения со скоростью V0 общей вершины Q в направлении к контролируемому объекту 16 Этим самым осуществляют развертку изображения объекта 16 в плоскости регистрации отраженных им световых потоков. Развертку изображения торцовой поверхности объекта 16 формируют в плоскости фотоприемника 11, а развертку изображения внутренней поверхности - в плоскости фотоприемника 12. Сигналы фотоприемников 11 и 12 обрабатываются в электронном блоке 15 и по его выходному сигналу судят о геометрических параметрах объекта 16 3 ил 14сл с 15. о vj СЛ О ON J Фиг 1