Устройство для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий Советский патент 1992 года по МПК G01B11/30 

янного расстояния приемных секций от контролируемой поверхности, а также увеличение производительности,.и диапазона измерений за счет возможности осмотра всей поверхности отверстия и контроля отверстий с различными диаметрами. В устройстве производят сканирование поверхности отверстия кольцевым коллекторным световодом, торец которого направлен перпендикулярно поверхности и совершает вращательно-поступательное движение по винтовой линии. Источник света оптически связан с центральной секцией коллекторного световода, а эксцентрично расположенные секции снабжены оптическими разделительными фильтрами и оптически связаны через частотно-селективные зеркала с приемниками излучения. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий деталей. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения фоновых засветок и выбора посто- 15ГВ>&ФиеЛ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий деталей.

Известно устройство для измерения шероховатости поверхности, содержащее источник света, коллиматор, волоконно-оптический жгут, фотоприемники и регистратор.

Недостатком известного устройства я вляется ограниченная область применения, так как устройство позволяет контролировать только плоские поверхности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий, содержащее источник света, световод из нескольких секций, цилиндрический корпус, направляющую трубу, центрирующий конус с подпружиненным стаканом, электродвигатель, блок управления с группой контактов, фотоприемник и блок регистрации.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений, обусловленная тем, что конструкция устройства не обеспечивает одинаковое расстояние приемных секций от поверхности контролируемого изделия при контроле отверстий с разными диаметрами, а также не обеспечивается защита от паразитных световых лучей, попадающих от противоположных контролируемой поверхностей. Устройство обеспечивает только возвратновращательное движение направляющей трубы, что дает возможность проконтролировать лишь узкую полоску на поверхности отверстия, т.е. производительность работы устройства может быть увеличена.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет устранения фоновых засветок и выбора постоянного расстояния приемных секций от контролируемой поверхности, а также увеличение производительности и диапазона измерений за счет возможности осмотра всей поверхности отверстия и контроля отверстий с различными , диаметрами.

Указанная цель достигается тем, что устройство для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий, содержащее источник светового излучения, коллекторный световод, выполненный в виде, кольцевых секций, приемники излучения, корпус, направляющую трубу, размещенную в корпусе, центрирующий корпус с подпружиненным с/таканом, электродвигатель, связанный череЗ блок управления 6 группой контактов, снабжено приводом вращательно-поступательного движения направляющей трубы, муфтой, светоеодным соединителем, узлом регулировки выходного торца коллекторного световода, оптическими разделительными фильтрами, тремя частотно-селективными зеркалами, выполненными с различной длиной волны отражения, и светопоглощающим экраном, в корпусе выполнено резьбовое отверстие, на цилиндрической поверхности направляющей трубы выполнены продольные пазы, привод вращательнопоступательного движения выполнен в виде двух зубчатых колес, первое из которых установлено в подшипниковой опоре соосно направляющей трубе, а второе кинематически связано с первым и закреплено на валу электродвигателя, на внутренней цилиндрической поверхности первого зубчатого колеса выполнены сферические пазы, в которых расположены шариковые упоры, входящие в продольные пазы трубы, последняя проходит через отверстие первого зубчатого колеса и выполнена составной из двух частей, соединенных между собой муфтой, первая часть трубы установлена с возможностью поступательного движения вдоль оси корпуса, а вторая -с возможностью вращательнопоступательного движения вдоль оси корпуса, на наружной поверхности трубы выполнена резьба, предназначенная для связи с резьбовым отверстием в корпусе, коллекторный световод выполнен составным из двух частей, первая из которых расположена в первой части трубы и состоит из двух секций, одна из которых размещена вдоль оси трубы, а вторая - эксцентрично нее, вторая часть коллекторного световода расположена во второй части направляющей трубы и состоит из пяти секций, одна из которых расположена вдоль оси трубы, а четыре других - эксцентрично с равным шагом по окружности, первая и вторая части коллекторного световода оптически связаны с помощью световодного соединителя, последнийсостоит из пяти самофокусирую, щихся линз, выполненных в виде отрезков, градиентного оптического волокна, приклеенных к торцам эксцентрично расположенных секций световодов и находящихся внутри муфты, эксцентрично расположенная секция первой части коллект;орнргосве-, товода оптически связана с центральной секцией второй части коллекторного световода, а четыре эксцентрично расположенные секции второй части коллекторного световода оптически связаны с центральной секцией первой части коллекторного световода, а противоположный горец этой секции через три последовательно установленных на ходу светового излучения частотно-селективных зеркала оптически связан с соответствующими приемниками излучения, входной торец эксцентрично расположенной секции первой части коллекторного световода оптически связан с источником светового излучения, выходной торец второй части коллекторного световода закреплен в узле регулировки положения выходного торЦа коллекторного световода, последний выполнен в виде телескопической системы, состоящей из двух трубок разного диаметра, установленных с возможностью перемещения перпендикулярно оси направляющей трубы, на конце трубки меньшего диаметра установлен светопоглощающий экран, оптически раздел11тельные фильтры установлены на выходных торцах эксцентрично расположенных секций второй части коллекторного световода и выполнены в виде частотнозависимых пленок, наклеенных на поверхность торцов,. а фильтры выполнены согласованными по диапазонам длин волн с частотно-селективными зеркалами.

На фиг. 1 представлено устройство, рбщий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 -сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - вид Г на фиг. 1.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с направляющим конусом 2 и стаканом 3, установленным с зазором относительно конуса 2 и подпружиненным пружиной 4. По оси корпуса 1 установлена направляющая труба, выполненная из двух частей.

Первая часть 5 трубы установлена с возможностью поступательного движения вдоль оси корпуса 1, а вторая часть б установлена в резьбовом отверстии 7 корпуса 1, для чего на ее наружной поверхности вьтолнена

резьба, чтр обеспечивает возможность вращательно-поступательного движения части 6 трубы вдоль оси корпуса 1. Части 5 и 6 напра,вляющей трубы связаны между собой муфтой 8, которая жестко связана с частью 6 трубы, и через подшипниковую опору 9 с частью 5 трубы, что обеспечивает возможность вращательного движения части 6 &тносительно части б трубы. На внешней поверхности части 6 трубы вьтолнень продольные, пазы 10. Устройство имеет также

шариковые упоры 11, Сферические пазы 12.

Привод вращательно-поступательного

движения направляющей трубы выполнен в

виде двух зубчатых кОлес, первое 13 из которых установлено в подшипниковой опоре соосно направляющей трубе, а второе 14 кинематически связано с первым. На внутренней цилиндрической поверхности зубчатого колеса 13 выполнены сферические

пазы 12, в которых размещены шариковые упоры 11, уходящие в продольные пазы 10 направляющей трубы.;

Внутри направляЮ,щей трубы размещен колл.екторный световод, выполненный составным из двух частей 15 и 16, первая 15 из которых расположена в части 5 трубы и состоит из двух секций 17 и 18, одна из которых (секция 17) размещена вдоль оси трубы, а вторая 18 - эксцентрично нее и связана с

источником 19 светового излучения. Вторая часть 16 коллекторного световода расположена во второй части 6 направлвющёй трубы и состоит из пяти секций 20-24, одна из которых (секция 20) расположена вдоль оси

трубы, а четыре других - эксцентрично с равным шагом по окружности. Первая 15 и вторая 16 части коллектсзрного световода оптически связаны с помощью световодного соедини теля, который состоит из пяти

самофокусирующих линз 25, выполненных в виде отрезков градиентного оптического волокна, приклеенных к торцам эксцентрично расположенных секций световодов и находящихся внутри муфты 8. При этом эксцентрично расположенная секция 18 первой части коллекторного световода оптически связана с .центральной секцией 20 второй части 16 коллекторного световода, а четыре эксцентрично расположенные секции 21-24

второй части коллекторного световода оптически связаны с центральной секцией 17 первой части коллекторного световода.

Выходной торец второй части коллекторного световода закреплен в узле 26 регулировки положения выходного торца коллекторного световода, выполненного в виде телескопической системы, состоящей из двух трубок 27 и 28 разного диаметра, установленных с возможностью перемещения перпендикулярно оси направляющей трубы, и фиксирующих гаек 29 и 30. На конце трубки меньшего диаметра установлен светопоглощающий зкран 31. На скошенных выходных торцах эксцентрично расположенных секций части 16 коллекторного световода установлены оптические разделительные фильтры 32-35, выполненные в виде частотнозависимых пленок, наклеенных на поверхности торцов, при этом фильтры выполнены согласованными по диапазонам длин волн с частотно-селективными зеркалами 36-38. Приемники 39-42 излучения электрически связаны с блоком 43 регистрации.

Для управления глубиной и направлением движения направляющей трубы в устройстве предусмотрены контакты 44 и 45, механически взаимодействующие с контактными дисками 46 и 47 и электрически связанные с блоком 48 управления.

Устройство работает следующим образом.

Перед установкой устройства в контролируемое отверстие в зависимости от диаметра контролируемого отверстия производится регулировка расстояния выходного торца коллекторного световода от оси направляющей трубы. Это производится для установки одинакового расстояния от .выходного торца до контролируемой поверхности, что дает возможность производить контроль качества поверхности разных по диаметру отверстий без дополнительных калибровок и обеспечивает стабильность и повторяемость результатов. Регулировка производится путем перемещения трубок 27 и 28 относительно друг друга и последующей фиксации их гайками 29 и 30. Перемещение выходного торца световода достигается за счет свободной укладки его (наличия петли) в части 6 направляющей трубы. Величина продольного хода направляющей трубы, зависящая от глубины контролируемого отверстия, регулируется контактными дисками 46 и 47. Диск 47 ограничивает движение направляющей трубы вглубь отверстия, взаимодействуя при заданной глубине с контактом 45, а диск 46 при движении - в противоположном направлении, взаимодействуя с контактом 44.

Сигналы с контактов 44 и 45 поступают в блок 48 управления двигателем, который задает направление вращения электродвигателя 49. Контактные диски 46 и 47 установлены на трубе 6 посредством резьбового соединения, поэтому их взаимное положение легко меняется.

После предварительных операций по регулировке прложения выходного торца и глубины хода части 6 направляющей трубы ее направляют в контролируемое отверстие детали и опускают до тех пор, пока центрирующий конус 2 не соприкоснется с краями контролируемого отверстия, а подпружиненный стакан 3 не коснется поверхности детали. Такая установка устройства позволяет выставить направляющую трубу соосно отверстию детали. В этом случае ось выходного то.ца световода перпендикулярна оси контролируемого отверстия, и излучение центральной секции 20 световода сфокусировано на участке контролируемой поверхности площадь F которой определяется площадью центрального секции 20 световода, расстоянием от контролируемой поверхности до выходного торца секции 20 и углом расхождения светового пучка. С целью сохранения постоянной величины площади F при измерении отверстий с разными диаметрами производится регулировка положения выходного торца.

После установки устройства в отверстие включаются источник 19 светового излучения и электродвигатель 49. Световой поток от источника 19, содержащий свет с длинами волн AI, 12, Лз, 4, поступает в секцию 18 коллекторного световода. Самофокусирующая линза 25, установленная на выходном торце секции 18, фокусирует световой поток на входном торце секции 20 части 16 коллекторного световода, чег обеспечивается непрерывная оптическая связь между секциями 18 и 20 во время вращательного движения части 6 направляющей трубы. Световое излучение из выходного торца секции 20 поступает на контролируемую поверхность, рассеивается шероховатой поверхностью и воспринимается секциями 21-24, причем каждая из секций воспринимает рассеянное излучение., соответствующее наклону в направлении конкретной кольцевой секции микронеровности. Таким образом, по интенсивности рассеянного излучения Ь каждой из секций можно судить о пространственном положении микронеровности. Наличие скошенных торцов кольцевых секций 21-24 позволяет воспринимать излучение, рассеянное дефектами в большем телесном угле. Так как на входные торцы секций 21-24 нанесены оптические

разделительные фильтры 32-35 с соответственно выбранными диапазонами длин волн пропускания, то в секцию 21 с фильтром 32 будет поступать только свет с длиной волны AI, в секцию 22 с фильтром 33 - А2, в секцию 23 с фильтром 34 - Дз, в секцию 24 с ф льтром 35 -Я. При этом экран 31 уменьшит или совсем исключит попадание в секции световода отраженного света от противоположной контролируемой стенки отверстия, т.е. снизит уровень фоновых засветок.

Пройдя по секциям 21-24, светово.е излучение с помощью самофокусирующих линз 25 (фиг. 2) будет сфокусировано на входном торце секции 17, что обеспечивает непрерывный оптический контакт их при вращении части 6 направляющей трубы. В результате по секции 17 световода пойдет суммарный, световой поток, интенсивность 1 которого равна сумме 1 U, + IA. AJ k где l;v,, - интенсивность светового потока с длиной волны AI, 1 -Аа, l)i, АЗ, , Аа.

На выходе из секции 17 с помощью частотно-селективных зеркал 36-38 происходит разделение светового потока по длинам волн. Так, при поступлении суммарного светового потока на частотно-селективное зеркало 36 часть светового потока с длиной волнь AI отразится на приемник 39, остальная часть светового потока пройдет к частотно-селективному зеркалу 37, которое отразит световой поток с длиной волныЯана приемник 40, частотно-селективное зеркало 38 отразит на приемник 41 излучение с длиной волны АЗ и пропустит на приемник 42 излучение с длиной волны АА. Таким образом, на каждый приемник поступит излуче, ние соответствующей секции световода 16. При включении электродвигателя вращательное движение его вала через зубчатое колесо 14 передается на зубчатое колесо 13, которое через шариковые упоры 11 приводит во вращение часть 6 направляющей трубы, которая за счет того, что установлена в резьбовом отверстии 7 корпуса 1, совершает вращательно-поступательное движение по винтовой линии, шаг которой равен шагу резьбы. Шариковые упоры 11 при этом не препятствуют поступательному движению, так как в зубчатом колесе 13 они вложены в сферические пазы 12, а в части 6 трубы - в продольные пазы 10. При вращательно-поступательном движении части 6 трубы такое же движение по винтовой лиНИИ совершает выходной торец части 16 коллекторного световода, в результате чего

последовательно по винтовой линии контролируется поверхность контролируемого отверстия. При движении части 6 трубы

вглубь отверстия -движение продолжается до срабатывания контакта 45, происходящего при нажатии на него диска 47, что приводит к появлению управляющего сигнала, подаваемого на блок 48 управления, который меняет полярность питания электродвигателя 49, который меняет направление вращения до срабатывания контакта44 при нажатии на него диска 46. Для того, чтобы при движении по винтовой линии контролировалась вся поверхность отверстия, шаг винтовой линии выбирается исходя из площади Fизлучения секции20световода. Если считать, что площадь F представляет окружность с радиусом R, то шаг винтовой линии должен быть не менее 2R.

Формула изобретен и я Устройство для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий, содержащее источник светового излучения, коллекторный световод, выполненный в виде кольцевых секций, приемники излучения, корпус, направляющую трубу, размещенную в корпусе, центрирующий корпус с подпружиненным стаканом и электродвигатель, связанный через блок управления с группой контактов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, производительности и расшир,ения диапазона контроля, оно снабжено приводом вращательно-поступательного движения направляющей трубы, муфтой, световодным соединителем, узлом регулировки выходного торца коллекторного световода, оптическими разделительными фильтрами, тремя частотно-селективными зеркалами, имеющими различную длину волны отражения, и светопоглрщающим экраном, в корпусе выполнено резьбовое отверстие, на цилиндрической поверхности направляющей трубы выполнены продольные пазы, привод вращательно-поступательного движения выполнен в виде двух зубчатых колес, первое из которых установлено в подшипниковой опоре соосно направляющей трубе, а второе кинематически связано с первым и закреплено на валу электродвигателя, на внутренней цилиндрической поверхности первого зубчатого колеса выполнены сферические пазы, в которых расположены шариковые упоры, входящие в продольные пазы, трубы, последняя проходит через отверстие первого зубчатого колеса и выполнена составной из двух частей, соединенных между собой муфтой, первая чабть трубы установлена с возможностью поступательного движения вдоль оси корпуса, а вторая - с возможностью вращательнопоступательного движения вдоль /оси корпуса, на наружной поверхности трубы

выполнена резьба, предназначенная для связи с резьбовым отверстием в корпусе, коллекторный световод выполнен составным из двух частей, первая из кйторых расположена в первой части трубы и состоит из двух , одна из которых размещена вдоль оси трубы, а вторая - эксцентрично ей, вторая часть коллекторного световода расположена во-второй части направляющей трубы и состоит из пяти секций, одна из которых расположена вдоль оси трубы, а четыре других - эксцентрично с равным шагом по окружности, первая и вторая части коллекторного световода оптически связаны с помощью световодного соединителя, последний состоит из пяти самофокусирующих линз, выполненных в виде отрезков градиентного оптического волокна, приклеенных к торцам эксцентрично расположенных секций световодов и находящихся внутри муфты, эксцентрично расположенная секция первой части коллекторного световода оптически связана с центральной секцией второй части коллекторного световода, четыре эксцентрично расположенные секции второй части коллекторного световода оптически связаны с центральной секцией первой

Фиг. 2

части коллекторного световода, а противоположный торец этой секции через три последовательно установленных по ходу светового излучения частотно-селективных

зеркала оптически связан с соответствующими приемниками излучения, входной торец эксцентрично расположенной секции первой части коллекторного световода оптически связан с источником светового излучения, выходной торец второй части .коллекторного световода закреплен в узле регулировки положения выходного торца коллекторного световода, последний выполнен в виде телескопической системы, состоящей из двух трубок разного диаметра, установленных с возможностью перемещения перпендикулярно оси направляющей трубы, на конце трубки меньшего диаметра установлен светопоглощающий экран, оптически разделительные фильтры установлены на выходных торцах эксцентрично расположенных секций второй части коллекторного световода и выполнены в виде частотно-зависимых пленок, наклеенных на

поверхность торцов, а фильтры выполнены согласованными по диапазонам длин волн с частотно-селективными зеркалами.

V////////A 22

2Z

т

Фиг.З

28

ВидГ

Фие.5

ФигЛ