Способ контроля неровности поверхности и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01B11/30 

Јь СЛ С

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контро/.е формы поверхностей различных изделий (плоских, цилиндрических, сферических), а также формы и глубины макронеровностей. Цель изобретения - расширение области использования за счет возможности контроля отклонения формы различных поверхностей крупногабаритных изделий. Пару плоских световых потоков направляют на контролируемый участок с одной стороны под разными углами к номинальной поверхности так, чтобы линия пересечения потоков была параллельна оси поверхности контролируемого участка, а направление наблюдения совпадало с плоскостью одного из световых потоков. В результате освещения участка контролируемой поверхности на нем получают две световые полосы, по расстоянию между которыми судят о форме поверхности. Устройство содержит лазер и оптический преобразователь, выполненный в форме цилиндрической линзы, ось которой смещена относительно оси лазера на расстояние, рассчитываемое по D -d зависимости а гДе а смещение оси лазера относительно оси цилиндрической линзы, мм; D - диаметр лазерного пучка, мм; d - диаметр линзы, мм. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил. (Л С

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле формы поверхностей различных изделий (плоских, цилиндрических, сферических), а также формы и глубины макронеровностей.

Для контроля отклонения от прямолинейности образующей трубы известен способ, заключающийся в том, что встречно направляют два плоских световых потока

перпендикулярно контролируемому участку поверхности трубы. Фиксируя отраженные потоки при продольном перемещении трубы, определяют отклонение от прямолинейности. Такой способ реализуется для цилиндрических поверхностей, причем ограниченного диаметра, и требует перемещения трубы с постоянной фиксированной скоростью. Обработка результата при этом осуществляется только с помощью системы технического зрения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ контроля, осуществляемый устройством для контроля высоты внутреннего грата, заключающийся в том, что на контро- лируемый участок направляют плоский световой поток под прямым или острым углом, регистрируют отраженное излучение в виде световой полосы, искривленной в месте местной неровности. По величине деформа ции световой полосы судят о величине неровности.

Такой способ пригоден для контроля неровности ограниченных размеров на плоских поверхностях.

Известны технические решения уст- ройств, создающих плоские световые потоки, используемые для реализации метода светового сечения. В двойном микроскопе ПСС-2 для светового сечения контролируемой поверхности используется излучение электрической лампочки, пропущенное че- рез конденсатор, систему сферических линз и щелевую диафрагму.Такое устройство позволяет получить линию светового сечения длиной не более 10-15 мм и, кроме того, оно не обеспечивает плоского светово- го потока равномерной толщины, т.е. большой глубины резкости. Мала также интенсивность освещения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для контроля высоты грата. Известное устройство содержит источник излучения, оптическую систему формирования плоского светового потока, включающего цилиндрическую линзу и при- емник отраженного излучения. Устройство это рассчитано на местные, ограниченные по поперечным размерам неровности в виде грата, раковин, рисок и не может быть использовано для контроля поверхности крупных объектов. Ограничивает возможность контроля объектов различных форм и малая глубина резкости.

Целью изобретения является расшире- ние области использования за счет возможности контроля формы различных поверхностей изделий крупных размеров.

Цель достигается тем, что в способе, включающем направления светового пото- ка на контролируемый участок поверхности, регистрацию отраженного излучения, в отличие от известного, направляют второй световой поток на контролируемый участок поверхности, оба под разными углами к ней так, что линия их пересечения параллельна оси поверхности контролируемого участка, получают на поверхности две световые полосы

и судят об отклонении формы по изменению расстояния между ними, При этом более наглядный и точный контроль получится, если регистрацию отраженного излучения выполнять в плоскости одного из световых потоков.

Для осуществления предлагаемого способа предложенное устройство для контроля неровности поверхности, содержащее осветительную систему, состоящую из источника излучения и цилиндрической линзы и приемник излучения. В отличие от известного предлагаемое устройство снабжено второй осветительной системой, а цилиндрическая линза в каждой системе установлена со смещением ее оси относительно оси источника излучения на расстояние, рассчитываемое по зависимости

D -d а--2-,

где а- расстояние между осью линзы и осью источника излучения, мм;

D - диаметр светового потока, выходящего из источника излучения, мм;

d - диаметр цилиндрической линзы, мм.

На фиг.1 изображена оптическая схема устройства; на фиг.2 - вид А на фиг. 1.

Устройство содержит лазерные излучатели 1 и 2, цилиндрические линзы 3 и 4, которые формируют плоские световые потоки 5 и 6. Световые потоки пересекаются между собой по линии 1-1 и пересекаются с поверхностью контролируемого объекта 7 (фиг.1). Вид по стрелке А для фиг.1 поясняет взаимное положение лазера 1 и цилиндрической линзы 2, которое характеризуется величиной а - расстоянием между осями лазера и цилиндрической линзы (фиг.2). Величина а определяется в зависимости от диаметра лазерного пучка D и диаметра цилиндрической линзы d по следующей зависимости

D-d, а 2 ,

Эта формула получена из следующих соображений. Цель преобразования лазерного пучка - получить плоский световой поток, по возможности, широкий. В данном устройстве пучок параллельных лазерных лу- чеС при отражении лучей от линзы образует плоский световой поток, близкий к сектору

С УГЛОМ (фИГ.2). При ЭТОМ МОЖНО

получить до 180°, если обеспечить такое положение линзы, чтобы лучи лазерного излучения захватывали крайнюю образующую линзы. Таким образом, величина смещения оси линзы от оси лазерного пучка a-D-d

« л ,

Способ контроля реализуется следующим образом.

Образовавшиеся плоские световые потоки 5 и 6 направляют на контролируемый участок 7 под углами а и/3 так, чтобы линия пересечения потоков 1-1 была параллельна оси поверхности (фиг.1).

На поверхности получаем световые полосы, причем в случае направления наблюдения, совпадающим с одним из световых потоков, соответствующая световая полоса будет в виде прямой линии независимо от форм поверхности. Тогда для определения отклонения от плоскостности достаточно измерить максимальное расстояние между полосами (Змакс и минимальное b на контролируемом участке и воспользоваться следующей зависимостью:

Д

бмакс - Ь

tga

где а- угол между нормалью к контролируемому участку и световым потоком, не совпадающим с направлением наблюдения.

С помощью предлагаемого способа и устройства на экспериментальной установке оценивалось отклонение от плоскостности диска пилы диаметром 1000 перед ремонтом его с помощью рихтовки. Диск пилы закреплялся на горизонтальной вращающейся оси с лоджатием торцов ступицы диска к вертикальным фланцам приспособления для контроля. В качестве источника лазерного излучения использовались два лазера газовых ЛГ-72 с диаметром пучка излучения 2,5 мм. Диаметр цилиндрических линз - 5 мм. Для создания световых полос протяженности не менее 1000 мм достаточной освещенности использовался плоский световой поток отражения (см.фиг.1). При конструировании устройства были учтены требования к взаимному расположению лазера относительно линзы и лазеров относи- тельно друг друга. Смещение оси цилиндрической линзы от оси лазера рас5-25считывали по зависимости а -„ 1,25

мм. Для конструирования устройства приняли расстояние а равным 1,3 ±0,5.

Лазеры с цилиндрическими линзами установили так, что световые плоскости расположились под углом 45° относительно друг друга.

При контроле плоскостности диска пилы на него направили плоские световые потоки, расположив устройство так, чтобы один из световых потоков совпадал с нормалью к базовой поверхности фланцев приспособления, а линия пересечения потоков оказалась параллельна этой поверхности.

Визуальное наблюдение производили по направлению нормальной световой плоскости. Поверхность контролируемого диска пересекалась двумя световыми полосами. Измерялось расстояние между их середина- ми с шагом 100 мм и определялась минимальная и максимальная его величины. Получились следующие значения: 5макс Ю мм; b 8 мм,

подставляем их в формулу Л -я- 2 мм.

Измерения с помощью метровой локальной линейки и набором щупов показали отклонение от плоскостности 2,1 мм. Измерения с большой степенью точности можно

выполнить с помощью регистрирующих систем с использованием различных фотопре- образовс)гелей и ЭВМ.

Использование предлагаемого способа и устройства для контроля и измерения отклонения формы для цилиндрической и сферической поверхности рекомендуется с использованием приемников отраженного излучения преобразователями световых сигналов в электрические с электронной обработкой и сравнением сигнала с эталонным и выдачей информации об отклонении от номинальной формы.

Формула изобретения

отклонении формы по изменению расстояния между ними.

выполняют в плоскости одного из световых потоков.

и цилиндрической линзы, и приемник излучения, отличающееся тем, что оно снабжено второй осветительной системой, а цилиндрическая линза в каждой системе

установлена со смещением ее оси относительно оси источника излучения на расстояние, рассчитываемое по зависимости

ао .

где а - расстояние между осью линзы и осью источника излучения, мм;

D - диаметр светового потока, выходящего из источника излучения, мм; 5d -диаметр цилиндрической линзы, мм.

Фиг 2