Устройство для контроля шероховатости поверхности Советский патент 1992 года по МПК G01B21/30 

длительностью и величиной выброса фотосигнала ниже опорного уровня. Недостатки этого устройства - отсутствие запоминания массива исходных уровней сигнала, что ограничивает возможности преобразования сигнала и уменьшает возможное количество преобразованных уровней сигнала, связанных с дефектами поверхности, отсутствие масштабирования уровней сигнала, что усиливает влияние ограниченности числа исходных уровней сигнала и снижает точность контроля, о величине шероховатости судят по единственному размерному параметру сигнала, что также снижает точность контроля. Цель изобретения - повышение точности за счет увеличения количества и уменьшения дисперсии коррелированных с параметрами шероховатости безразмерных преобразованных уровней сигнала. Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее оптическую систему, сканирующую систему, фоторегистрирующую систему, таймер, регистрирующий прибор с одним входом, делитель, две ячейки памяти, два сумматора, причем выход первой ячейки памяти присоединен к первому входу первого сумматора, а выход второй ячейки памяти присоединен к первому входу второго сумматора, снабжено дополнительно (2,5N + п - 4) сумматорами, где п - целое, N 2, (N+2) квадраторами, N масштабирующими усилителями, N делителями, (N+1) инвертором, (3,5N + п - 1) ячейками памяти, двумя блоками усреднения, (п-1) входом регистрирующего прибора, причем выход фоторегистрирующей системы присоединен к последовательно соединенным первому квадратору, первому блоку усреднения, первому входу третьего сумматора, а также к входу второго блока усреднения, к выходу которого присоединены последовательно третья ячейка памяти, первый инвертор, к выходу которого присоединены параллельно первые входы сумматоров с четвертого по (Ы+3)-й, кроме того, к выходу второго блока усреднения присоединены последовательно второй квадратор, четвертая ячейкапамяти, к выходу которой присоединены последовательно первый вход первого делителя, пятая ячейка памяти и первый вход регистрирующего прибора, а также последовательно второй инвертор, второй вход первого сумматора, шестая ячейка памяти, к выходу которой присоединены второй вход первого делителя и параллельно первые входы делителей с второго по (N+1)-H, кроме того, выход фоторегистрирующей системы присоединен к входам ячеиек памяти с седьмой по (Ы+6)-ю, к выходу каждой из которых присоединен последовательно второй вход сумматора соответст-: венно с четвертого по (Ы+3)-й, масштабирующий усилитель соответственно с первого по N-й, к выходу первого масштабирующего усилителя присоединен вход первой ячейки памяти, к выходу которой присоединены параллельно первые входы второго, (N+4)-ro,..., (2N+1)-ro сумматоров, к выходу второго масштабирующего усилителя присоединен вход второй ячейки памяти, к выходу которой присоединены параллельно вторые входы первого, (N+4)-ro, ..., (1,5N+1)-ro сумматоров, кроме того, к выходу второй ячейки памяти присоединены через третий инвертор параллельно вторые входы сумматоров с (1,5N+2)-ro по (2Ы+1)-й, к выходу каждого из масштабирующий усилителей с третьего.по N-й присоединен вход соответственно (Ы+7)-й, ..., (2Ы+4)-й ячейки памяти, выход которой присоединен параллельно соответственно к третьему, четвертому N-му входу первого сумматора, кроме того, выход ячеек памяти с (М+7)-й по (1,5N+4)-iq присоединен параллельно соответственно к третьему, четвертому(N/2)му входу второго сумматора, а выход ячейки памяти с (1,5М+5)-й по (2М+4)-ю присоединен через инвертор с (N/2+2)-ro по (М+1)-й соответственно к (М/2+1)-му,..., М-му входу второго сумматора, кроме того, выходы ячеек памяти с (Ы+7)-й по (2Ы+4)-ю присоединены параллельно к входам сумматоров с (N+4)-ro г1о (2Ы+1)-й, для которых выражение хйкШнк, (1) где j 2, 3 (N-1) - порядковый номер сумматоров с (N+4)-ro по (2Ы+1)-й за вычетом (N+2), i 2, 3 (N-1) - порядковый номер ячеек памяти с {N+7)-й по (2N+4)-ю за вычетом (N+5), oG) JN-i, lO) jN-1©JN-2, g,0) JN-2kyJN-3..., KO) JN-1-K JN-2-K K,,W J2 rfi :. /Ч ni i,/ffl 6N-2 J1- ,.,0) , причем JK, IK - значение К-й позиции, начиная с нулевой, двоичных позиционных записей номеров соответственно j и i, Результат сложения по модулю 2 ( О, 1ФО 1, ОФ1 0, ОФ0 0) значений К-й и (К-1)-й позиции, кратно двум, кроме того, выходы ячеек памяти с (N+7)-й по (2Ы+4)-ю присоединены через инверторы с четвертого по (N+1)-й параллельно к входам сумматоров с (N+4)-ro по (2N+1)-й, для которых указанное выражение (1) не кратно двум, кроме того, к выходам первого, второго, (N+4)-ro(2N+1)-ro сумматора присоединены последовательно квадратор соответственно с третьего по (Ы+2)-й, второй вход делителя соответственное второго no(N+1)й, ячейка памяти соответственно с(2Ы+5)-й по (ЗЫ+4)-ю, причем выход (2Ы+5)-й ячейки памяти присоединен к второму входу регистрирующего прибора, а выходы ячеек памяти с (2М+6)й по(ЗМ+3)-ю присоединены попарно к входам сумматоров соответственно с (2N+2)-ro по2,5М-й, выходы которых присоединены к входам ячеек памяти с (ЗN+5)-й по (3,5Ы+3)-ю, выходы которых присоединены к входам сумматоров с (2,5N+1)го по (2.5N + п - 2)-й в количестве 2,42

так, что.каждая последующая группа ячеек памяти присоединена после предыдущей к входам отдельного сумматорагвыход которого присоединен к входу ячейки памяти соответственно с (ЗЫ+3)-й по (3,5Ы+1)-ю, а выходы ячеек памятиС (ЗМ+5)-й по (3,5N + + п + 1)-ю присоединены к (п-2) входам регистрирующего прибора 5.

Предлагаемое устройство позволяет расширить возможности преобразования сигнала и увеличить возможное количество преобразованных уровней сигнала, определяемых параметрами шероховатости поверхности, за счет запоминания исходных уровней сигнала, уменьшить влияние ограниченности числа исходных уровней сигнала путем их усиления с разными масштабными коэффициентами, осуществить оценку шероховатости по совокупности из п log2N безразмерных признаков сигнала.

На чертеже изображено устройство при N 8 (п 3).

В табл. 1 приведен вариант масштабных коэффициентов масштабирующих усилителей; в табл. 2 -четные (плюс) и нечетные (минус) значения выражения (1) для дан1;)ых j и).

Устройство содержит оптическую 1, сканирующую 2 и фоторегистрирующую 3 системы, таймер 4, регистрирующий прибор с одним входом 5, делитель 6, две ячейки 7 и 8 памяти, два сумматора 9 и 10, причем выход первой ячейки памяти 7 присоединён к первому входу первого сумматора 9, а выход второй ячейки 8 памяти присоединен к первому входу второго сумматора 10, (2,5N + + п - 4) сумматоров, (N+2) квадраторов, N масштабирующих усилителей, N делителей, (tsl+1) инверторов, (3,5N + п -1) ячеек памяти, два блока усреднения, (п-1)-й вход регистрирующего прибора, причем выход фоторегистрирующей системы 3 присоединен к последовательно соединенным первому квадратору 11, первому блоку 12 усреднения, первому входу третьего сумматора 13, а также к входу второго блока 14 усреднения, к выходу которого присоединены последовательно третья ячейка 15 памяти, первый инвертор 16, к выходу которого присоединены последовательно второй квадратор 25, четвертая ячейка 26 памяти, к выходу которой присоединены последовательно первый вход первого делителя 6, пятая ячейка 27 памяти и первый вход регистрирующего прибора 5, а также последовательно

0 второй инвертор 28, второй вход первого сумматора 13, шестая ячейка 29 памяти, к выходу которой присоединены второй вход первого делителя 6 и параллельно первые входы делителей с второго по (N+1)-й 30-37.

5 кроме того, выход фоторегистрирующей системы 3 присоединен к входам ячеек памяти с седьмой по (Ы+6)-ю 38-45, к выходу каждой из которых присоединен последовательно второй вход сумматора

0 соответственно с четвертого по (М+3)-й 1724, масштабирующий усилитель соответственно с первого по N-й 46-53, к выходу первого Масштабирующего усилителя Л6 присоединен вход первой ячейки 7 памяти,

5 к выходу которой присоединены параллельно первые входы второго, (N+4)-ro

(2N+1)-ro сумматоров 10, 54-59, к выходу второго масштабирующего усилителя 47 присоединены вход второй ячейки 8 памяти,

0 к выходу которой присоединены параллельно вторые входы первого, (N+4)-ro

(1,5N+1)-ro сумматоров 9, 54-55, кроме того, к выходу второй ячейки 8 памяти присоединены через третий инвертор 66 параллельно

5 вторые входы сумматоров с (1,5N + 2)-го по (2Ы+1)-й 56-59, к выходу каждого из масштабирующих усилителей с третьего по N-й 48-53 присоединен вход соответственно (Ы+7)-й (2М+4)-й ячейки 60-65 памяти,

0 выход которой присоединен параллельно

соответственно к третьему(N/2)-My входу второго сумматора 10, а выход ячейки гтамяти с (1,5N+5)-й по (2М+4)-ю 62-65 присоёдинен через инвертор с (N/2+2)-ro по

5 (Ы+1)-й 67-72 соответственно к (М/2+1)-му, ..., N-му входу второго сумматора 10, кроме того, выходы ячеек памяти с (Ы+7)-й по (2Ы+4)-ю 60-65 присоединены Иараллельно к входам сумматоров с (N+4)-ro по (2N+1)-й

0 54-59 в соответствии с фиг. 3, кроме того, к

выходам первого, второго, (N+4)-ro

(2N+1)-ro сумматора 9, 10, 54-59 присоединень последовательно квадратор соответственно с третьего по (Ы+2)-й 73-80, второй

5 вход делителя соответственно с второго по (Ы+1)-й 30-37, ячейка памяти соответственно с (2Ы+5)-й по (ЗЫ+4)-ю 81-88, причем выход (2Ы+5)-й ячейки 81 памяти присоединен к второму входу регистрирующего прибора 5, а выходы ячеек памяти с (2Ы+6)-й по

(ЗЫ+3)-ю 82-87 присоединены попарно к входам сумматоров соответственно с (2N+2)-ro по 2.5Ы-й 89. 90, 91, выходы которых присоединены к входам ячеек памяти с (ЗМ+5)-й по (3,5N+3)-ro 92-94, к выходим которых присоединены входы (2,5N + п - 2)-го сумматора 95, выход которого присоединен к входу (3,5N + п + 1)-й ячейки 96 памяти, выход которой присоединен к (п-1)-му входу регистрирующего прибора 5.,

Устройство работает следующим образом.

Оптическая система 1 создает изображение шероховатой поверхности в светочувствительной плоскости фоторегистрирующей системы 3, причем сканирующая система 2 осуществляет относительное перемещение изображения поверхности и светочувствительной плоскости. Врледствие конечных размеров полевой и апертурной диафрагм оптической системы 1 изображение поверхности облучено неравномерно. Сигнал фоторегистрирующего устройства 3, который возникает при сканировании изображения поверхности сканирующей системой 2, имеет постоянную составляющую, обусловленную средней освещенностью изображения, и переменную составляющую, обусловленную неравномерностью освещенности изоСражения. Сигнал поступает на входы первого квадратора 11, второго блока 14 усреднения и ячеек памяти, причем входы ячеек 38-45 памяти подключаются таймером 4 поочередно через равные промежутки времени. С выхода первого квадратора 11 через первый блок 12 усреднения сигнал поступает на первый вход третьего сумматора 13. С выхода второго блока 14 усреднения сигнал поступает через второй квадратор 25, четвертую ячейку 26 памяти на первый вход первого делителя 6. Кроме того, с выхода четвертой ячейки 26 памяти сигнал поступает через второй инвертор 28, второй вход третьего сумматора 13, шестую ячейку 29 памяти на второй вход первого делителя 6. С выхода первого делителя 6 сигнал через пятую ячейку 27 памяти поступает на первый вход регистрирующего прибора 5. При этом в пятой ячейке 27 памяти хранится преобразованный уровень сигналаГпропорциональный отношению квадратов постоянной и переменной составляющих сигнала. С выхода второго блока 14 усреднения сигнал через третью ячейку 15 памяти, первый инвертор 16 поступает на первые входы сумматоров с четвертого по (Ы+3)-й 17-24, а с выхода шестой ячейки 29 памяти сигнал также поступает на первые входы делителей с второго по (Ы+1)-й

30-37. Исходные уровни сигнала, хранящиеся в 7, 8,.,, (Ы+6)-й ячейках 38-45 памяти, поступают на вторые входы 4, 5, ,,„ (N+3)-ro сумматоров 17-24, где происходит вычитание постоянной составляющей сигнала, хранящейся в третьей ячейке 15 памяти. Преобразованные уровни сигнала усиливаются с разными масштабными коэффициентами масштабирующими усилителями с первого по N-й 46-53 и запоминаются в первой, второй, (М+7)-й, ..,, (2М+4)-й ячейках памяти 7, 8, 60-65. С выходов ячеек, 8, 60-65 памяти преобразованные уровни сигнала поступают на входы первого, второго, (N+4)го, ..., (2N+1)-ro сумматоров 9, 10, 54-59. С выходов сумматоров 9,10,54-59 через квадраторы с третьего по (М+2)-й 73-80 вторые входы делителей с второго по (Ы+1)-й 30-37, сигнал поступает в ячейки памяти с (2М+5)-й по (ЗМ+4)-ю 81-88. В ячейках 81-88 памяти хранятся преобразованные уров.ни сигнала, пропорциональные отношению квадрата линейной комбинации масштабированнь|х уровней сигнала, полученной на выходе усилителей 9, 10, 54-59, к квадрату переменной составляющей сигнала, т.е. дисперсии сигнала. Через (2М+5)-ю ячейку 81 памяти преобразованный уровень сигнала поступает на второй вход регистрирующего прибора 5Уровни сигнала, хранящиеся в ячейках 8287 памяти, складываются попарно сумматорами 89-91,-результат хранится в ячейках 92-94 памяти. Уровни сигнала из (ЗМ+5)-й и (ЗN+6)-й ячеек 92 и 93 памяти складываются (2,5N + п - 2)-м сумматором 95 и через ячейку 96 памяти поступают на третий вход регистрирующего прибора 5. О шероховатости поверхности судят по величине преобразованныхуробней сигнала, которые хранятся в ячейках 27, 81, 96 памяти и измеряются регистрирующим прибором.

Поскольку в данном устройстве применено запоминание и масштабирование исходных уровней сигнала для уменьшения дисперсии коррелированных с параметрами шероховатости безразмерных преобразованных уровней сигнала, а о величине шероховатости судят по комплексу из нескольких преобразованных уровней сигнала, возрастает точность контроля шероховатости по сравнениюс прототипом, в котором запоминание и масштабирование исходных уровней отсутствует, а о величине шероховатости судят по единственному размерному параметру сигнала. Использование устройства в производственных условиях позволяет также повысить производительность процесса контроля за счет уменьшения количества повторных измерительных операций.

Л .

Формула изобретения Устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее оптическую систему/сканирующую систему, фоторегистрирующую систему, таймер, регистрирующий прибор с одним входом, делитель,две ячейки памяти, два сумматораг причем выход первой ячейки памяти присоединен к первому входу первого сумматора, а выход второй ячейки памяти присоединен к первому входу второго сумматора, о тл и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности путем увеличения количества и уменьшения дисперсии коррелированных с параметрами шероховатости безразмерных преобразованных уровней сигнала, оно снабжено дополнительно (2,5N + п - 4) сумматорами, где п - целое, Т 2, (N+2) квадраторами, N масштабирующими усилителями, N делителями, (N+1) инвертором, (3,5N + п - 1) ячейками памяти,,двумя блоками усреднения, регистрирующий прибор выполнен п-входовым, причем выход фоторегистрирующей системы присоединен к последовательно соединенным первому, квадратору, первому блоку усреднения, первому входу третьего сумматора, а также входу второго блока усреднения, к выходу которого присоединены последовательно третья ячейка памяти, первый инвертор, к выходу которого присоединены параллельно первые входы сумматоров с четвертого по (Ы+3)-й, кроме того, к выходу второго блока усреднения присоединены последовательно второй квадратор, четвертая ячейка памяти, к выходу которой присоединены последовательно первый вход первого делителя, пятая ячейка памяти и первый вход регистрирующего прибора, а также последовательно второй инвертор, второй вход первого сумматора, шестая ячейка памяти, к выходу которой присоединены второй вход первого делителя и параллельно первые входы делителей с второго по (М+1)-й, кроме того, выход фоторегистрирующей системы присоединен к входам ячеек памяти с седьмой по (М+6)-ную, к выходу каждой из которых присоединен последовательно второй вход сумматора соответственно с четвертого по (Ы+3)-й, масштабирующий усилитель соответственно с первого по N-й, к выходу первого масштабирующего усилителя присоединен вход первой ячейки памяти, к выходу которой присоединены параллельно первые входы второго, (N+4)го(2N+1)-ro сумматоров, к выходу второго масштабирую.щего усилителя присоединены вход второй ячейки памяти, к выходу которой присоединены параллельно вторые входы первого, (N+4)-ro

(1,5N+1)-ro сумматоров, кроме того, к выходу второй ячейки памяти присоединены через третий инвертор параллельно вторые входы сумматоров с (1,5N+2)-ro по (2N+1)-й,

к выходу из масштабирующих усилителей с третьегопо N-й присоединен вход соответственно (М+7)-й, ..., (2М+4)-й ячейки памяти, выход которой присоединен параллельно соответственно к. третьему, четвер0 тому (N/2)-My входам первого

сумматора, кроме того, выход ячейки памяти с (Ы+7)-й по (1,5Ы+4)-ную присоединен параллельно соответственно к третьему, четвертому(N/2)-My входам второго Сумматора, а выход ячейки памяти с (1,5Ы+5)-й по (2М+4)-ную присоединен через инвертор с (N/2 + 2)-го по (Н+1)-й cootBeTCTBeHHO к (N/2 + 1)-муN-му входам второго сумматора, кроме того, выходы ячеек памяти с

0 (Ы+7)-й по(2Ы+4)-ную присоединены параллельно к входам сумматоров с (N+4)-ro по (2Ы+1)-й, для которых выражение

N - 1

S . а).к,

5 к 0

где j 2, 3, ... (N-1) - порядковый.номер сумматоров с (N+4)-ro по (2М+1)-й за вычетом (N+2);

i 2, 3 (N-1) - порядковый номер

Q ячеек памяти с (1Х1+7)-й по (2Ы+4)-ную за вычетом (N+5); .

) JN-1, .) JN-1 ©JN-2,

0) JN-2 ©JN-3, ... J(fG) JN-1-K©JN-2-K, ...

5 -г 0) J2Ф 1 ) j 1. Фjo,

причем j, i)f - значение К-й позиции, начиная с нулевой, двоичных позиционных записей номеров соответственно j и i, результат сложения по модулю 2 значений

Q К-й и (К-1)-й позиций, кратно двум, кроме того, выходы ячеек памяти с (Ы+7)-й по {2М+4)-ную присоединены через инверторы с четвертого по (Ы+1)-й параллельно к входам сумматоров с (N+4)-ro по (2Ы+1)-й, для

которых указанное выражение не кратно двум, кроме того, к выходам первого, второго, (N+4)-ro(2N+1)-ro сумматоров присоединены последовательно квадратор соответственно с третьего по (М+2)-й, втоQ рой вход делителя соответственно с второго по (N+1)-й, ячейки памяти соответственно с (2Ы+5)-й по (ЗЫ+4)-ную, причем выход (2Ы+5)-й ячейки памяти присоединен к второму входу регистрирующего прибора, а выс ходы ячеек памяти с (2Ы+6)-й по (ЗМ+3)-ную присоединены попарно к входам сумматоров соответственно с (2N+2)-ro по 2,5Ы-й, выходь которых присоединены к входам ячеек памяти с (ЗМ+5)-й по (3,5N+3)-нyю, выходы которых присоединены к входам сумматоров с (2,5N+lVro по (2,5N + n - 2)-й в количестве 2,4,.... 2 так, что каждая последующая группа я.чеёк памяти присоединена после следующей к входам отдельного сумматора, выход которого присоединен к вхо- 5 прибора.

ду ячейки памяти соответственно с (3N+5)й по{3,5N + n + 1)-ную, а выходы ячеек памяти с (ЗМ+5)-й по (3,5N + n + 1)-ную присоединены к (п2) входам регистрирующего

Таблица 1

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет увеличения количества и уменьшения дисперсии .коррелированных с параметрами шероховатости безразмерных преобразованных уровней сигнала. Устройство состоит из оптической, сканирующей и фоторегистрйрующей систем, ячеек памяти, сумматоров, масштабирующих усилителей и регистрирующего прибора, в котором регистрируются преобразованные уровни сигнала, получаемого при сканировании шероховатой поверхности. Данные преобразованные уровни являются мерой шероховатости поверхности. 2 табл., 1 ил.feИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отраслях машино- и приборостроения, связанных с контролем шероховатости механически отработанных поверхностей в производственных условиях.Известно устройство для обнаружения дефектов поверхности стального объекта-, содержащее сканирующую систему, фото- регистрирующую систему, блок усреднения и регистрирующий приборе одним входом.Недостатки этого устройства - отсутствие запоминания массива исходных уровней сигнала, что ограничивает возможности преобразования сигнала и уменьшает возможное крличество преобразованных уровней сигнала, связанных с дефектами поверхности, отсутствие масштабирования уровней сигнала, что усиливает влияние ограниченности числа исходных уровней и снижает точность измерения, о величине шероховатости судят по единственному размерному параметру сигнала, что также Снижает точность измерения.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее видеокамеру, которая включает в себя оптическую систему, сканирующую систему, фоторегистрирующую систему, кроме того, таймер, регистрирующий прибор с одним входом, делитель, две ячейки памяти, два сумматора, причем выход первой ячейки памяти присоединен к первому входу первого сумматора, а выход с второй ячейки памяти присоединен к первому входу второго сумматора. О величине дефекта поверхности судят по преобразованному уровню сигнала, определяемомуЬ.ы о со

Таблица 2