Фотоэлектрическое устройство контроля дефектов поверхности Советский патент 1981 года по МПК G01N21/88 

, : 1

Изобретение относится к автоматизации контроля дефектов поверхности (царапин, вмятин, следов ржавчины и т.п.) изделий крупносерийного и массового производства.

Известны фотоэлектрические устройства контроля дефектов, принцип работы которых состоит в следующем. Световой поток от источника света оптической системой направляется на контролируемую поверхность. Зеркальная или рассеянная составляющая светового потока, отраженного от поверхности, другой оптической системой направляется на фofоприемник.

Если размер освещаемой зоны поверхности мал по сравнению со всей контролируемой поверхностью, то тем или иньм способом осуществляется развертка поверхности. При попадании дефекта в освещаемую зону амплитуда сигнала на выходе фотоприемника изменяется, что фиксируется дискриминатором амплитуды, на выходе которого появляется сигнал о наличии

брака 11.

Недостаток таких устройств состоит в том, что изменения яркости источника, чувствительности фотоприемника, коэффициента усиления,а

также различия в коэффициентах отражения поверхности изделий сказываются на точности работы устройства.

Известно также устройство контроля дефектов поверхности.

На контролируемую поверхность изделия, которое вращается вокруг своей оси, проецируется изображение щели, причем длина щели равна длине

цилиндра. Отраженный от поверхности цилиндра световой поток попадает на фотоприемник и создает опорный сигнал. Па другую сторону цилиндра проецируется пятно малых размеров,

15 а отраженный поток направляется на второй фотоприемник. Фотоприемники включены по дифференциальной схеме 2.

Однако производительность такого

20 устройства низка, так как диаметр светового пятна значительно меньше размеров контролируемой поверхности, и время контроля составляет 50-100 оборотов изделия, что недопустимо

25 при контроле изделий массового пронзводства. Увеличение размеров светового пятна, с целью повышения производительности устройства, приводит к ухудшению отношения сигнал30 фон, что затрудняет контроль мелких

дефектов. При контроле дефектов, сигналы которых отличаются от сигнала, создаваемого бездефектной поверхностью изделия (фона) на 20-50%, включение фотоприемников по дифференциальной схеме еще больше понижает отношение сигнал-фон из-за невозможности фаэировки сигналов фона, сниМаемых с отдельных приемников.

Наиболее близким к предлагаемому является фотоэлектрическое устройство контроля дефектов, содержащее осветительную оптическую систему, установленные по ходу излучения оптическую систему формирования лучистого потока,фотоприемник с пред|усилителем и двухканальную электронную систему, соединенную с дискриминатором амплитуды и блоком выходных сигналов, один канал которой содержит последовательно соединенные усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, выпрямитель блок запоминания, а другой - последовательно соединенные усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, выпрямитель. Выходы обоих каналов подключены к дифференциальному усилителю, работающему, как дискриминатор амплитуды, на выходе которого появляется импульс, когда амплитуда сигнала усилительного канала достигает или превьипает уровень сигнала блока запоминания. В этом устройстве изменение чувствительности фотоприемника, изменение яркости источника света или коэффициента отражения контролируемой поверхности одинаковым образом влияет на оба канала, и не приводит к ухудшению точности и надежности контроля 3.

Недостаток устройства состоит в том, .что уровень сигнала в блоке запоминания непостоянен во времени. Сигналы на оба канала подаются непрерывно, в течение всего времени контроля и поэтому уровень сигнала блока запоминания оказывается разны в разные моменты времени. Следовательно, наличие или отсутствие сигнла на выходе дискриминатора амплитуды зависит от того, в какой момент времени возникает импульс от дефекта, что снижает точность и надежность контроля.

Цель изобретения - повышение точности и надежности контроля дефектов.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержаицее осветительную оптическую систему, установленные по ходу излучения оптическую систему формирования лучистого потока, фотоприёмник с предусилителем и двухкангшьную электронную систему соединенную с дискриминатором амплитуды и блоком выходных сигналов.

один канал которой содержит последовательно соединенные усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, выпрямитель, блок запоминания, а другой - последоват ельно соединенные усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, выпрямитель, введены ключи и блок задания временных ин.тервалов, соединенный с ключами, один из которых включен последователно или параллельно блоку запоминания а другой - последовательно или параллельно второму входу дискриминатора аилплитуды.

Предлагаемое устройство может работать с изделиями любой формы. Приводимые ниже пояснения относятся к изделиям, имеющим ось симметрии и контролируемым на роторных или роторно-конвейерных линиях.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - вид сигналов на выходе основных электронных узлов устройства.

Устройство содержит осветительную оптическую систему 1, изделие 2, поверхность которого контролируется, оптическую систему 3 формирования лучистого потока,фотоприемник с предусилителем 4, усилители 5 и б с регулируемым коэффициентом усиления, выпрямители 7 и 8, ключи 9 и 10, блок запоминания 11, дискриминатор 12 амплитуды, блок 13 выходных сигналов, блок 14 задания временных интервалов.

Устройство работает следующим образом.

С помощью осветительной оптической системы 1 на поверхности контролируемого изделия 2 создается освещенная зона. Размеры зоны определяются размером контролируемого изт делия и видом дефектов. Изделие перемещается в зоне контроля и одновременно вращается вокруг своей оси симметрии, что позволяет осуществить развертку части или всей поверхности изделия.

Конструктивно роторная линия может быть выполнена так, что один или несколько оптических элементов могут синхронно с изделием перемещаться для того, чтобы создать постоянные условия освещения и приема отраженного потока. В зависимости от вида дефектов зеркальная или рассеянная составляющая отраженного светового потока передается оптической системой 3 на фотоприемник с предусилителем 4. С выхода предусилителя сигнал подается на два канала-измери тельный (узлы б, 8 и 10) и кангш блока запоминания (узлы 5, 7, 9 и 11). На входе каждого канала -стоят усилители 5 и 6 с регулируемыми коэффициентами усиления. После усилителей сигналы детектируются выпрямителями 7 и 8. Сигнал на блок 11запоминания посредством ключа 9 Подается только на фиксированное время, определяемое блоком 14 задания временных иитервалов 14. С выхо блока запоминания сигнал подается на один из входов дискриминаторов 1 амплитуды, на второй вход которого поступает сигнал с измерительного канала. Ключ 10, управляемым блоком 14 задания временных интервалов,раз решает прохождение сигнала ко входу дискриминатора только после того как прекратится подача сигнала на блок 11 запоминания. , Временные соотношения работы устройства поясняются на фиг. 2. Вид сигнала на выходе предусилнтеля показан на фиг. 2(а). 1лок 14 задания временных интервалов выдает два импульса. Длительность одного из них равна требуемсмлу времени запоминания (например одному обороту изделия как показано на фиг. 2 6)1 Длительность второго импульса выбирается исходя из того времени, кото рое отводится на контроль (например, она может быть равна 2 оборота изделия как показано на фиг. 2 ). В предлагаемом варианте устройства элементы блока 14 механически связаны с ротором, и длительности управляющих импульсов определяются скоростью вращения ротора. Таким образом/ на один вход дискриминатор 12амплитуды поступает сигнал от блока 11 запоминания, соответствующ сигналу, накопленному за некоторое время, а на второй - вход - измеря мый сигнал. Дискриминатор выдает импульс в том случае, если сигнал от дефекта равен илн превьаиает по абсолютной величине сигнал блока запоминания (дискриминатор может быть выполнен, например как компара тор) . Если на поверхности изделия имеется дефект, то на выходе дискриминатора г1мплитуды возникает импульс, который проходит к блоку выходных сигнсшов, выдающему команды исполнительному механизму. Уровень сигналов можно регулировать в каждом канале и змёнеиием коэффициента усиле ния блоков 5 и 6. В предлагаемом устройстве изменение чувствительнос ти фотоприемника, яркости источника света и коэффициента отражения контролируемой поверхности практически не влияет на точность и надежность контроля. в предлагаемом устройстве уровень запоминания все же зависит от амплитуды и длительности сигнала от дефекта. Однако величину зтого непостоянства можно свести к пренебрежим малой величине (несколько процентов от правильного, неискаженного уровня) следующими мерами. Во-первых/ длительность времени запоминания должна быть много больше (например на порядок) длительности сигнала от дефекта. Во-вторых, постоянная времени блока запоминания должна превькиать длительность импульса от дефекта, и тогда вклад в уровень запоминания от большого по Амплитуде, но короткого по времени импульса становится мал по сравнению с сигналом от остальной части поверхности. Следует также отметить, что больиие . искажеиия уровня запоминания соответствуют большим сигналам от дефектов, т.е. сигнсшам,значительно превосходящим уровень запоминания. Эти дефекты будут нгщежно выделяться даже при несколько изменившемся уровне запоминания. Что же касается малых сигналов от дефектов, которые ненадежно фиксируются известными устройствами и для обнаружения которых и предлагается настоящее устройство, то их вклад в искажение уровня запоминания мал (не превышает 3-5%). Преимущество устройства по сравнению с известным состоит в том, что за счет постоянного значения времени запоминания, уровень запоминания для данного контролируемого изделия также постоянен/ и поэтому возможно обнаружить дефекты амплитуды сигнала от которых лишь на 15-20% превышает амплитуду фона от бездефектной поверхности изделия. Надежность и достоверность работы предлагаемого устройства позволяет сократить необходимое время контроля. Формула изобретения Фотоэлектрическое устройство контроля дефектов поверхности, содержащее осветительную оптическую систему, установленные по ходу нзлучения оптическую систему формирования лучистого потока,фотоприемник с предусилителем н двухканальную электронную систему, соединенную с дискЕжммнатором амплитуды н блоком выходных сигнгшов, один канал которой содержит последовательно соединенные усилитель с регулируеком коэффициентом передачи/ выпрямитель, бл9к запоминания/ а другой - последовательно соединенные усилитель с регупируенаи коэффициентом передачи/ выпрямитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точносги и надежности контроля в устройство введены ключи и блок задания временных интервалов, соединенный с ключами, один из которых включен последовательно или параллельно блоку запоминания/ а другой - последовательно или параллельно второму входу дискриминатора амплитуды. Источники информации, гфниятые во внимание при экспертизе 1. Патент СШ& I 3900265, КЛ. G 01 N 21/32, опублик. 1975,

2, Авторское свидетельство СССР

100065, кл. G 01 В 19/60, 1955.

3. Заявка ФРГ 1777635, кл. G 01 N 21/32, .1976 (прототип) .

Фиг. 1

Л«,

Vynp. 1

Uynp.i