Устройство для контроля качества обработки поверхности изделия Советский патент 1992 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения микрогеометрии внешних поверхностей, полученных полировкой или алмазным точением.

Известно фотометрическое устройство для контроля качества обработки поверхности, содержащее источник света, коллиматор, фокусирующую линзу, фотоприемник и средства поворота образца относительно падающего светового пучка.

Известно также устройство для контроля качества обработки поверхности, содержащее источник оптического излучения, электропривод с блоком управления, механизм сканирования, фотоприемный блок, компаратор измеряемого и опорного сигналов, лоЫческую схему И и блок регистрации

Основной недостаток указанного устройства - ошибки определения числа дефектов и качества обработки поверхности образцов, имеющих сложную геометрическую форму и, в частности, прерывистое расположение отработанных и необработанных участков поверхности

ч| VI 00 СП hO Ю

Цель изобретения - повышение достоверности контроля.

Сущность изобретения заключается в том. что устройство снабжено средствами измерения дифференциальных и интеграль- ных характеристик отраженного излучения при сканировании-поверхности образца. С учетом указанных характеристик и значений коэффициента отражения определяется момент считывания полезной информации,

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит лазер 1, фотоприемный блок 2, генератор управляющих импульсов 3, операционные усилители 4, 5. источник опорного напряжения б, дифференциатор 7, интегратор 8, компараторы 9- 11, логическую схему 12 НЕ, логическую схему 13 И, электронный ключ 14, блок управления 15 электроприводом 16, механизм сканирования 17 образца 18, блок регистрации, включающий аналого-цифровой преобразователь 19, процессор 20, дисплей 21.

Выход фотоприемного блока 2 подключен к входам операционных усилителей 4, 5. Выходы операционного усилителя 4 подключены к -входам компаратора 9. дифференциатора 7, интегратора 8: выход операционного усилителя 5 подключен к одному из входов аналого-цифрового преоб- разователя 19. К входам второго компаратора Ю и третьего компаратора 11 подключены соответственно выходы дифференциатора 7 и интегратора 8. К вторым входам компараторов 9-11 подключены вы- ходы источника опорного напряжения 6. К входу логической схемы 12 НЕ подключен выход компаратора 10; к входам логической схемы 13 И подключены выходы компараторов 9, 11 и логической схемы 12 НЕ. Выход логической схемы 13 И подключен к входу электронного ключа 14, выход которого связан с блоком управления 15 и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 19. Сигналы управления с выходов ком- паратора 9 и логической схемы 12 НЕ поступают на соответствующие входы интегратора 8

В состав фотоприемного блока 2 входят фотодиод, расположенный по оси зеркаль- но отраженного пучка, и ПЗС-структура, которая примыкает к фотодиоду и обеспечивает регистрацию диффузно отраженного излучения На оптическом входе фотоприемного блока 2 предусмотрена воз- можность установки фокусирующей линзы. К входу операционного усилителя 4 подключен фотодиод; к входу операционного усилителя 5 предусмотрена возможность подключения фотодиода и ПЗС-структурьг

Угол падения светового пучка может изменяться в пределах 5-15° путем перемещения лазера 1. В аналогичных пределах изменяется угол установки фотоприемного блока 2.

Механизм сканирования 17 обеспечивает построчную развертку оптического луча по контролируемой поверхности образца 18 путем линейных перемещений в двух вза- имно перпендикулярных направлениях. Компаратор 10 является сдвоенным и обеспечивает сравнение выходного сигнала дифференциатора 7 с двумя уровнями U и U/1 (U2(+) 1и2(} I). Опорные уровни 1)2( и U2 поступают соответственно инвертирующий и неинвертирующий входы, а срабатывание компаратора 10 происходит при выходе сигнала за пределы диапазона (U2 , U2(+)).

Компаратор 9 образует канал сравнения зеркально отраженного сигнала по амплитуде; дифференциатор 7, компаратор 10 и логический элемент 12 НЕ - канал сравнения по произвольной: интегратор 8 и компаратор 11 - канал сравнения по интегралу; аналого-цифровой преобразователь 19, процессор 20 - счетно-измерительный канал.

Работа устройства осуществляется в следующем порядке.

В исходном состоянии образец 18 смещен относительно оптического пучка в одной из крайних положений. Входы аналого-цифрового преобразователя 19 и интегратора 8 заперты соответственно сигналами электронного ключа 14 и компаратора 9. При включении электропривода 16 начинается развертка оптического пучка с постоянной линейной скоростью. Отраженное и диффузно рассеянное излучение от поверхности образца 18 непрерывно регистрируется фотоприемным блоком 2, Сигнал фотодиода фотоприемного блока 2 поступает на входы операционных усилителей 4, 5; сигнал ПЗС-структуры - на вход операционного усилителя 5. Выходной сигнал операционного усилителя 5 поступает на входы компаратора 9, дифференциатора 7 и интегратора 8. Каналы сравнения по амплитуде и производной открыты в течение всего цикла измерений, интегратор 8 открывается в момент превышения выходным сигналом операционного усилителя 4 заданного порогового уровня. Логическая схема 13 И срабатыв ает при условии поступления на все ее входы потенциала логических единиц. Это выполняется, если

UR(r)Ui,

(D

KildUR/f5r U2()

(2)

n

I

q.| И .(4)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения микрогеометрии внешних поверхностей, полученных полировкой или алмазным точением. Цель изобретения - повышение достоверности контроля поверхности за счет уменьшения вероятности ошибок контроля качества. Устройство содержит источник оптического излучения. электропривод с блоком управления, механизм сканирования, фотоприемный блок, компаратор измеренного и опорного сигналов, логическую схему И, блок регистрации, интегратор и дифференциатор, входы которых подключены к выходу фотоприемного блока, второй компаратор, вход которого подключен к выходу дифференциатора, логическую схему НЕ. вход которой подключен к выходу второго компаратора, третий компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, электронный ключ, вход которого подключен к выходу логической схемы И. К входам логической схемы И подключены выходы компаратора измерительного и опорного сигналов, третьего компаратора и логической схемы НЕ, выходы электронного ключа подключены к входам блока управления и блока регистрации а к дополнительному входу интегратора подключены выходы компаратора измеренного и опорного сигналов и логической схемы НЕ. 1 ил.

K2 / UR ( т ) d г U3 , ti

„M

(3)

где Ui, U2 , Уз опорные уровни напряжения;

U (г) - зеркально отраженный сигнал;

ti - момент превышения порогового уровня Ui;

г- текущее время;

Ki. К2 - размерные коэффициенты.

Величины Ki, K2. Ui, U2(+ , Уз выбирают из следующих соображений. Уровень Ui устанавливают равным РШо. где RL - пороговое значение коэффициента отражения, при котором дефект поверхности надежно идентифицируется при визуальном контроле образца, UQ - максимальный отраженный сигнал от бездефектного участка поверхности образца. Типичное значение RL для металлизированной поверхности 0,7 - 0.9. Уровень U2 -U2 выбирают по результатам измерения скорости изменения сигнала при перемещении светового пучка перпендикулярно границе бездефектного прямоугольного участка зеркально отражающей поверхности Если максимальное значение Умакс Ki I d UR ( Г }/д Т I , ТО ТИПИЧНО

U2 (0,2 - 0,5)иМакс. В аналогичных условиях сканирования проводят интегрирование отраженного сигнала согласно (3). По результатам измерений подбирают величину Уз так, чтобы интеграл в выражении (3) был равен Us при смещении центра светового пятна на расстояние (0,7 - 1,5)d, где d - диаметр пучка.

Выполнение условий (1-3) означает, что коэффициент отражения превышает пороговое значение, облучаемый участок достаточно однороден и зона облучения удалена от края отражающей поверхности.

При срабатывании логической схемы 13 и потенциал логической единицы поступает на электронный ключ 14, который отпирает вход аналого-цифрового преобразователя 19. В оперативную память процессора 20 начинают поступать оцифрованные значения аналоговых сигналов ПЗС-структуры и фотодиода фотоблокэ 2, характеризующие пространственное распределение отраженного и диффузно рассеянного излучения. Цикл опроса фотодатчиков повторяется до момента запирания аналого-цифрового преобразователя 19. Процессор 20 анализирует последовательность оцифрованных данных и вычисляет усредненные значения сигналов Sj ячеек фотоблока 2

0

5

0

5

0

где QII сигнал i-ro опроса j-пй ячейки фотоблока 2;

n - число циклов опроса.

Запирание счетного канала происходит при нарушении условий (1-3), например при совмещении зоны облучения с краем отражающей поверхности. Программное прерывание опроса происходит после n x m опросов фотоблока 2 (т - число ячеек).

По окончании цикла линейной развертки по строке производится смещение образца в направлении, перпендикулярном строке на величину d. Затем цикл линейной развертки повторяется. Рассмотренный режим сбора данных является локально-интегральным, то есть усреднение данных производится по участкам размером L d. В случае выбора локального режима контроля при появлении потенциала логической единицы на выходе логической схемы 13 И. поступающего на вход блока управления 15 через электронный ключ 14, прекращается питание электропривода 16 в течение промежутка времени Т -- N ДТ. где N - заданное для локального режима числа циклов опроса, Д Т - длительность цикла опроса фотодатчика После окончания сбора в фиксированном положении производится смещение контролируемой поверхности с заданным линейным шагом Ls S: d При выполнении в процессе перемещения условий (1-3) положение образца 18 фиксируется и измерения повторяются. В случае невыполнения условий (1, 2) в интегратор 8 поступает потенциал логического нуля, обеспечивающий разряд интегрирующей емкости.

По измеренным данным, загруженным в оперативную память процессора 20, рассчитываются полная корреляционная функция высот шероховатостей поверхности, корреляционный радиус среднее значение высот шероховатостей на контролируемом участке и другие характеристики микрогеометрии поверхности

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Устройство содержит газовый лазер ЛГ-78, генерирующий излучение с длиной волны 633 нм и расходимостью 15. Диаметр светового пучка составлял 2,5 мм. В качестве фотоприемников использу- 5 ются фотодиод ФД-24К и опытный образец ПЗС-структуры 144 х 240 с диагональю 7 мм. Обработка сигналов фотодатчиков осуществляется с помбщью системы технического зрения СТЗ-1. Для компарации использова5

0

5

0

ны блоки аналоговых делений В9-12 Коды платы аналого-цифрового преобразователя через интерфейс подаются на входной порт персонального компьютера с процессором 80286. В качестве образцов использовались металлические диски после чернового прохода алмазного точения.

Сравнение результатов контроля по 10 образцам с помощью предлагаемого устройства и прототипа, моделируемого путем отключения каналов измерения производной и интеграла, показывает, что предлагаемое устройство обеспечивает более чем двукратное уменьшение вероятности ошибок контроля.

Формула изобретения Устройство для контроля качества обработки поверхности изделия, содержащее источник оптического излучения, электропривод с блоком управления, механизм сканирования, фотоприемный блок, компаратор измеренного и опорного сигналов, логическую схему И и блок регистрации, о т- личающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено интегратором и дифференциатором,

входы которых подключены к выходу фотоприемного блока, вторым компаратором, вход которого подключен к выходу дифференциатора, логической схемой НЕ, вход которой подключен к выходу второго

компаратора, третьим компаратором, вход которого подключен к выходу интегратора, электронным ключом, вход которого подключен к выходу логической схемы И, к входам логической схемы И подключены

выходы компаратора измеренного и опорного сигналов, третьего компаратора и логической схемы НЕ, выходы электронного ключа подключены к входам блока управления электропривода и блока регистрации, а

дополнительному входу интегратора подключены выходы компаратора измеренного и опорного сигналов и логической схемы НЕ.