Устройство для контроля шероховатости поверхности изделия Советский патент 1993 года по МПК G01B11/30 

Фиг.

Изобретение относится к технике оптических измерений и может быть использова- но для контроля шероховатости поверхности изделия.

Известно устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащее столик для, размещения контролируемого изделия с возможностью поворота по углу и по азимуту, последовательно установленные под заданным углом к контролируемому изделию источник излучения и поляризатор, а в направлении зеркального отражения последовательно установленные анализатор и фоторегистратор, причем поляризатор и анализатор установлены с возможностью поворота вокруг оптической оси..

Однако в процессе проведения контроля шероховатости поверхности изделия необходимо осуществлять вращение анализатора вокруг оптической оси, что ог- .раничивает быстродействие устройства и, следовательно, снижает производительность контроля.

Использование последовательно установленных поляризатора и анализатора приводит к снижению точности контроля вследствие ослабления этими элементами оптического сигнала на входе фоторегистратора.

Точность контроля зависит от ориентации плоскости поляризации излучения на выходе поляризатора относительно шероховатой поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство, которое может быть использовано для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащие осветитель, фотопреобразователь, соединенный с регистратором, управляемый ключ, блок сравнения и источник опорного напряжения, выход которого связан с одним из входов блока сравнения, второй вход которого связан с выходом преобразователя, при этом выход блока сравнения подключен к управляемому ключу.

Недостаток прототипа состоит в том, что точность контроля шероховатости поверхности изде лия зависит от ориентации., азимута поляризации излучения осветител я относительно направления шёроховатостги, совпадающего с направлением шлифования и полирования изделия. Так, например, поворот на 90° плоскости поляризации линейно-поляризованного излучения, падающего на шероховатую поверхность I класса, приводит к изменению интенсивности отраженного сигнала на 20% и тем самым к

соответствующему.снижению точности контроля шероховатости поверхности,

Целью изобретения является повышение точности контроля шероховатости по5 верхности изделия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащем осветитель, фотопреобразователь, соединенный с

регистратором, управляемый ключ, блок сравнения и источник опорного напряжения, выход которого связан с одним из входов блока сравнения, второй вход которого

; связан с выходом фотопреобразователя,

5 выход блока сравнения подключен к управляемому клюяу, осветитель выполнен в виде источника неполяризованного и/.или поляризованного по кругу излучения.

При этом для шероховатой поверхности

0 II класса при 1,5 мВт мощности излучения осветителя на длине волны 0.63 мкм и при фотопреобразователе на базе фотодиода ФД-24К погрешность контроля снижается в 4 раза и составляет 5%.

5 На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2-4 - примеры конкретного выг полнения - блок-схемы.

Устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, блок-схема кото0 рого приведена на фиг.1. содержит осветитель 1, выполненный в виде источника неполяризованного и/или поляризованного по кругу излучения, фотопреобразователь 2, регистратор 3, уп5 равляемый ключ 4, блок 5 сравнения и источник 6 опорного напряжения. Выход фотопреобразователя 2 соединен с входом регистратора 3 и одним из входов блока 5 сравнения. Второй вход блока 5 сравнения

0 соединен с выходом источника б опорного .... напряжения, а выход блока .5 сравнения - с входом управляемого ключа 4.

На фиг,2 приведена блок-схема примера конкретного выполнения предложенного

5 устройства, реализующего схему, представленную на фиг.1. В этой схеме осветителем 1 является лазер, излучающий неполяризо- ваиное излучение, фотопреобразователь 2 содержит фотоприемник 7, подключенный к

0 электронному усилителю 8, регистратор 3 состоит из последовательно соединенных вычислителя 9 и индикатора 10 шероховатости поверхности изделия, а блок 5 сравнения выполнен в виде компаратора и

5 управляемый ключ 4-е виде реле. Источник 6 опорного напряжения выполнен в виде стабилизированного блока напряжения с возможностью регулировки выходного напряжения-. А

Другой пример конкретного выполнения, реализующего схему, приведенную на фиг.1, представлен блок-схемой на фиг.З. В отличие от. устройства по фи г. 2, осветитель 1 выполнен из оптически связанных последовательно лазера 11, излучающего неполяризованное излучение, оптического ответвителя 12, изготовленного из стекла, и блока 13 токовой стабилизации мощности, подключенного к лазеру 11. За оптическим ответвмтелем 12 установлена четвертьволновая фазовая пластинка 14, ось обыкновенного, л/уча которой ориентирована под углом 45° к плоскости падения излучения на оптический тветвитель 12.

На фиг. 4 приведена блок-схема примера конкретного исполнения устройства по фиг.1, в которой осветитель 1 выполнен из последовательно установленных лазера 11 линейно-поляризованного излучения и четвертьволновой фазовой пластинки 14, ось обыкновенного .луча которой ориентирована под углом 45° к плоскости поляризации излучения лазера 11.

Предлагаемое устройство (фиг.1) работает следующим образом.

Неполяризованное и/или поляризованное по кругу излучение осветителя 1, отраженное контролируемой поверхностью изделия, направляется на фотопреобразователь 2, электрический сигнал которого одновременно фиксируется регистратором 3 и поступает на один из входов блока 5 сравнения. На другой вход блока 5 сравнения от источника б подается опорное напряжение, установленное до измерения путем предварительной калибровки по известному значению эталонной шероховатости изделия. В блоке 5 сравнения происходит сравнение зафиксированного значения электрического сигнала на выходе фотопреобразователя 2 с величиной опорного напряжения источника 6, соответствующей эталонной шероховатости. Если величина электрического сигнала на выходе фотопреобразователя 2 меньше величины опорного напряжения, то с выхода блока 5 сравнения подается сигнал для включения управляемого ключа 4. Регистратор 3 индицирует величину шероховатости поверхности изделия, а управляемый ключ 4 через систему отбраковки исключает контролируемое изделие из технологического процесса.

Устройство, блок-схема которого приведена на фиг.2, работает следующим образом.

Неполяризованное излучение лазера 1, отраженное контролируемой поверхностью изделия, направляется на фотоприемник 7 фотопреобразовзтеля 2. Электрический

сигнал фотоприемника через усилитель 8 фотопреобразователя поступает на вход вычислителя 9 регистратора 3 и на один из входов Компаратора 5. Вычислитель 9 пре- 5 образовывает входной сигнал в сигнал управления индикатором 10 шероховатости поверхности изделия. На другой вход компаратора 5 от стабилизированного блока 6 напряжения подается опорное напряжение,

10 установленное до измерения путем предварительной калибровки по известному значению эталонной шероховатой поверхности изделия. В компараторе 5 происходит сравнение зафиксированного значения злектри15 ческого сигнала на выходе усилителя 8 с величиной опорного напряжения блока 6,, соответствующей эталонной шероховатой поверхности, Если величина электрического сигнала на выходе усилителя 8

0 меньше величины опорного напряжения, то с выхода компаратора 5 подается сигнал для включения управляемого ключа 4, который через систему отбраковки исключает контролируемое изделие из технологического

5 процесса.

В случае варианта устройства по фиг.З одна часть излучения лазера 11 направляется оптическим ответвителем 12 на блок 13 токоеой стабилизации мощности; а другая

0 проходит на четвертьволновую фазовую пластинку 14. После прохождения оптического ответвителя 12 излучение содержит неполяризованную и линейно-поляризованную компоненты. Четвертьволновая

5 пластинка 14 не изменяет состояния поля- . ризации нёполяризованной компоненты, а линейно-поляризованную компоненту преобразует в компоненту с круговой поляриза- цией, в результате чего на выходе

0 осветителя формируется излучение, содержащее неполяризованную компоненту и компоненту поляризованную по кругу.

В случае варианта устройства по фиг.4 линейно-поляризованное излучение лазера

5 11 преобразуется четвертьволновой фазовой пластинкой 14 в излучение с круговой поляризацией, которое поступает на выход . осветителя 1.

0 Ф о р м у л а и з о б р е т е И и я

Устройство для контроля шероховато- сти поверхности изделия, содержащее осве- титель, фотолреобразователь, соединенный с регистратором, управляемый ключ, блок

5 сравнения и источник опорного напряжения, выход которого связан с одним из вхои дов блока сравнения, другой вход которого связан с выходом фотопреобразователя, а выход блока сравнения подключен к управляемому ключу, отличающееся тем,

что, с целью повышения точности контроля, поляризованного и/или поляризованного осветитель выполнен в виде источника не- по кругу излучения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля шероховатости поверхности изделия. Цель изобретения - повышение точности контроля за счёт того, что интенсивность оптического сигнала на входе фотопреобразоватёдя не зависит от поворота осветителя вокруг оптической оси, в результате чего устройство нечувствительно к направлению шероховатости поверхности изделия. Устройство содержит осветитель 1, выполненный в виде источника неполярйзо ванного и/или поляризованного по кругу излучения, фотопреобразователь 2, регистратор 3, управляемой ключ 4, блок 5 сравнения и источник 6 опорного напряжения. Выход фотопреобразователя 2 соединен, с входом регистратора 3 и одним из входов блока 5 сравнения. Второй вход блока 5 сравнения соединен с выходом источника 6 опорного напряжения, а выход блока 5 сравнения - с входом управляемого ключа 4. 4 ил.:

Мъделие

Фиг2

Фиг.З.

Фиг.4.