Волоконно-оптический датчик для контроля дефектов поверхности в глухих отверстиях

 

1. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ В ГЛУХИХ ОТВЕРСТИЯХ, содержащий осесимметричный корпус, пакеты световодов, размещенные внутри корпуса и состояпще каждый из подводящего и приемного световодов, расположенных так, что ось выхода и ось входа каждого из них пересекаются и в точке пересечения образуют центр зоны обзора, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности контроля, каждый подводящий световод установлен так, что его ось выхода расположена под острым углом к нормали из центра зоны обзора к поверхности корпуса в плоскости, .проходящей через ось корпуса |На нарзгжную поверхность корпуса между пакетами световодов нанесено светопоглощающее покрытие, расстояние т, между соседними пакетами на поверхности корпуса выбрано из соотношения .п где Aj и длины отрезков, образованных пересечением полярных проекций зон обзора т-го и п-го пакетов на поверхность корпуса с кратчайшей кривой, соединяющей полярные проекции центров зон обзора с $ т-го и п-го пакетов на поверхности кор (Л пуса; радиус корпуса датчика; бт и 6р - проекции зон обзора т-го и п-го пакетов на образующую корпуса, а размер проекции .п расстояния . 2 Р на образующую корпуса удовлет05 воряет неравенству , , ,n 4; tsO 2, датчик по п. 1, о т л и ч а ю4 щ и и с я тем, что угол между осью выхода каждого подводящего световода к нормали, проведенной из центра зоны обзора к поверхности корпуса в плоскости, проходящей через ось корпуса, составляет 10-20.

„„Я0„„1167424 А

СОЮ3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1504 G 01 В 11 30! с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / " -,!1/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ! !ЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) Зб49329/25-28 (22) 03,10.83 (4б) 15,07.85. Бюл. 1!! 2б (72) Г.P.Кречман, О,Л.Керцман и А.В.Уваров (53) 531.715.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М - 741044, кл. G 01 В 11/30, 1980, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 940021, кл. G 01 N 21/88, 1982 (прототип) . пакетами на поверхности корпуса выбрано из соотношения (mean(Q 6 ! п и

8! +Bð — с а с "

3 " 2

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что угол между осью выхода каждого подводящего световода к нормали, проведенной из центра эоны обзора к поверхности корпуса в плоскости, проходящей через ось корпуса, составляет 10-20 (54) (57) 1, ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ

ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ В ГЛУХИХ ОТВЕРСТИЯХ, содержащий осесимметричный корпус, пакеты световодов, размещенные внутри корпуса и состоящие каждый.из подводящего и приемного световодов, расположенных так, что ось выхода и ось входа каждого из них пересекаются и в точке пересечения образуют центр зоны обзора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля, каждый подводящий световод установлен так, что его ось выхода расположена под острым углом к нормали из центра зоны обзора к поверхности корпуса в плоскости, проходящей через ось корпуса,на наружную поверхность корпуса между пакетами световодов нанесено светопоглощающее покрытие, расстояние щ,п между соседними где Л„, и ߄— длины отрезков, образованных пересечением полярных проекций зон обзора ю-го и и-го пакетов на поверхность корпуса с кратчайшей кривой, соединяющей полярные проекции центров зон обзора

m-го и и-го пакетов на поверхности корпуса; радиус корпуса датчика;

5 и В„ — проекции зон обзора

rn-го и n-ro пакетов на образующую корпуса, а размер проекции с! расстояния

С< „ на образующую корпуса удовлет-! воряет неравенству

1167424

"и <ò игде

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а более конкретно к устройствам для обнаружения дефектов на поверхности изделий серийного и массового производства. 5

Известен прибор для автоматического выявления дефектов на движущейся .поверхности, содержащий канал из разнетвленных световодов (освещающего и принимающего отраженный свет), О источника ультрафиолетового света, электронно-исполнительного устройства, которым можно контролировать труднодоступные полости деталей, например глухие отверстия f1).

Недостатки указанного прибора заключаются в малой производительности и низкой разрешающей способ— ности по дефектам поверхности. (царапина, эабоина и т.п ° ), обусловленной 20 тем, что освещение контролируемого учаСтка изделия производится по нормали, что снижает контраст.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является волоконно-оптический датчик для контроля дефектов поверхности в глухих отверстиях, содержащий осесимметричный корпус, пакеты светонодов, размещенные внутри корпуса и состоящие 30 каждый из подводящего и приемного световодов, расположенных так, что ось выхода и ось входа каждого иэ них пересекаются и в точке пересечения образуют центр зоны обзора (2 ).

Недостатком укаэанного устройства является малая надежность выявления дефектов, поскольку при расположении подводящих и приемных световодон по нормалям к контролируемой поверх- 4g ности отношение сигнал/шум является сравнительно невысоким, что не позволяет надежно выявлять дефекты с минимальным размером порядка 0,1 мм, особенно в глухих отверстиях, где сильно влияние фоновых засветок.

Цель изобретения — повышение надежности контроля дефектов поверхностей в глухих отверстиях.

Поставленная цель достигается тем, что в волокойно-оптическом датчике для контроля дефектов поверхности в глухих отверстиях, содержащем осесимметричный корпус, пакеты световодов, размещенные внутри корпу-у са и состоящие каждый иэ подводящего и приемного снетоводов, расположенных так, что ось выхода и ось входа каждого из них пересекаючся и н точке пересечения образуют центр зоны обзора, каждый подводящий световод установлен так, что его ось выхода расположена под острым углом к нормали из центра зоны обзора к поверхности корпуса н плоскости, проходящей через ось корпуса, на наружную поверхность корпуса между пакетами светонодон нанесено светопоглощающее покрытие, расстояние (,„ и между соседними пакетами по поверхности корпуса выбрано из соотношения

Д и 71„ — длины отрезков, образованных пересечением полярных проекций зон обзора rn-ro и и-го пакетов на поверхность корпуса с кратчайшей кривой, соединяющей полярные проекции центров зон обзора rn-ro и n-ro пакетов на поверхности корпуса;

P — радиус корпуса датчика; и б„,— проекции зон обзора пт-го и n-ro пакетов на образующую корпуса, а размер проекции caù „ расстояния

1 на образующую корпуса должен удовлетворять следующему неравенству

Bm+ Bn в+ в, (a с

3 т,п 2

Кроме того, угол между осью выхода каждого подводящего световода к нормали, проведенной из центра зоны обзора к поверхности корпуса в плоскости, проходящей через ось корпуса, составляет 10-20

На фиг. 1 изображен волоконнооптический датчик для контроля дефектов поверхности в глухих отверстиях, общий нид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг..1; на фиг. 4 — зона обзора одного пакета световодов (выносной элемент 1 на фиг ° . 3); на фиг, 5—

l геометрическая схема датчика, поясняющая вывод математиче,ких зависимостей.

1167424

Волоконно-оптический датчик содержит осесимметричный корпус 1, внутри которого размещены пакеты 2 светоВодов кахщый из которых состоит иэ подводящего свет и приемного ноло- 5 конных снетонодов соответственно

3 и 4.

В каждом пакете 2 выходной торец подводящего световода 3 и входной торец приемного световода 4 распо- 10 ложены так, что ось выхода подводящего светонода 3 и ось входа приемного световода 4 пересекаются, образуя центр зоны обзора пакета, при этом ось выхода подводящего свето- 15 вода установлена под углом к нормали, проведенной из центра эоны обзора пакета к поверхности корпуса 1 в плоскости, проходящей через ось корпуса 1. 20

Входные торцы подводящих световодов 3 оптически связаны с источником

5 света (например, лазером, светодиодом или лампой накаливания), а в каждый из выходных торцов приемных Z5 световодов 4 — с соответствующим фотоприемником 6. На наружную поверхность корпуса 1 нанесено светопоглощающее покрытие 7.

Каждый пакет 2 световодов через 30 соответствующее отверстие н корпусе 1 обращен к контролируемой поверхности изделия 8.

Угол v между осью выхода каждого подводящего световода 3 к нормали, проведенной из центра эоны обзора к поверхности корпуса 1 н плоскости, проходящей через ось корпуса 1, о составляет 10-20

При значениях v (10 разрешающая способность датчика уменьшается вследствие уменьшения контрастности дефектов. При значениях v ъ 20 зна- . чительно возрастает разность удален- 45 ности различных точек освещенной зоны обзора от выходного торца подводящего световода 3, что приводит к их различной освещенности и различной разрешающей способности в преде- 50 лах зоны обзора. Оптимальное значение угла v при котором обеспечивается наилучшая разрешающая способность датчика за счет увеличения контрастности дефекта при сохранении 55 практически равномерной (различие не более 10K) освещенности зоны обзора, составляет 10-20

Зона обзора каждого пакета (фиг. 4) определяется частью поверхности цилиндра, проходящего через точку пересечения оси выхода подводящего снетовода 3 и оси входа приемного светонода 4 (центр зоны обзора) и соосного корпусу l датчика, лежащей внутри обоих конусов, ограниченных апертурными углами приемного и подводящего светонодов 3 и 4. Значения апертурных углов, как известно, постоянны и определяются коэффициз ентами преломления материалов сердцевины и оболочки снетонопон. РазмеpI1 эон обзора задаются конструктивно и могут быть вы-п»слены,исходя иэ значений апертурных углов снетонодов, их ди-метров, угла между их оптическими осями и расстояния между торцами снетонодов на поверхности корпуса 1. Размеры зон обзора для каждого пакета 2 могут выбираться различными, что позволяет варьировать разрешающую способность датчика вдоль его образую»цей, сужая зону обзора и тем самым повышая разрешающую способность на тех участках, где выше вероятность появления малых дефектов поверхности.

На фиг. 5 заштрихованные участки

pi показывают полярные проекции эон контроля на поверхность корпуса 1 датчика; ",„ — расстояние по

I поверхности корпуса между соседними щ-м и и-м пакетами; точки М и N обозначают полярные проекции центров эон обзора М u N соответствующих пакетов на понерхность корпуса; кривая М »» — кратчайшая кривая между точками М и М по поверхности корпуса. На торцовой поверхности корпуса кривая М N представляет собой прямую. Ломаная OPT — образующая поверхности корпуса, с»щ „ — проекция

I кривой щ „ на образующую корпуса

ОРТ. А „ и A„ — длины отрезков, образованных пересечением полярных проекций зон обзора 1п-ro и и-ro пакетов на поверхности корпуса с кривыми .

М И . В „,и 8„ — проекции эон обзора

m-ro u n-ro пакетов на образующую ОРТ корпуса.

Для предотвращения пропуска отдельных участков поверхности при контроле должны частично перекрываться траектории эон обзора любой пары соседних

1167424

1m и.

Таким образом, чика.

Б Ълрммие пакетов, что можно выразить соот»ошением

4 Ц вп (I 2

Уменьшать а в значительно неэкономично, поскольку возрастает число пакетов и каналов обработки информации. Надежный контроль обеспечивается при значениях

8 ++Bn 6 +В„

m u ( п, и

Для исключения прямых фоновых засветок, уменьшающих контраст дефекта и снижающих отношение сигнал/шум эоны контроля должны по возможности дальше отстоять одна от другой и не перекрываться, что означает П 11 ГП П"

Размер 1 „„„не может быть как угодно большим и не превышает значения где R — радиус корпуса датчика, к

Поэтому

Волоконно-оптический датчик для контроля дефектов поверхности работает следующим образом.

В каждом пакете 2 излучение от источника 5 света через подводящий световод 3 направляется на контролируемую поверхность изделия 8, которому сообщается вращение вокруг оси контролируемого отверстия, совмещенной с осью корпуса 1 датНа контролируемой поверхности образуется освещенная зона. Рассеянное поверхностью излучение, амлитудные, фазовые и частотные характеристики которого зависят от конфигурации профиля контролируемой поверхности, попадает на вход»ой торец при. емного свето»ода 4 и передается на фотоприемник 6. Электрический сигнал с каждого фотоприемника 6, содержащий информацию о наличии дефекта, поступает на блок обработки фотоэлектрической информации (не показан).

Для полного контроля поверхности отверстия изделию 8 достаточно совершить 1 оборот, Описанное расположение световодов в каждом пакете и пакетов световодов»а поверхности корпуса дат— чика обеспечивает надежность контроля дефектов на поверхности отверстия при отсутствии прямых фоновых засветок. Светопоглощающее покрытие 7 корпуса снижает вторичную фоновую засветку зоны обзора от корпуса 1 датчика и от соседних зон обзора, что повышает надежность об»аруже»ия дефектов.

Предлагаемый дат--ик может быть использован для автоматического контроля дефектов поверхности, в том числе глухих отверстий в массовом и серийном производстве и позволяет повысить надежность обнаружения дефектов поверхности автоматизированными средствами контроля.

Кроме того, датчик позволяет надежно обнаруживать дефекты поверхности до 0,1 мм за счет большой разрешающей способности, достигаемой предложенным размещением световодов и покрытием наружной поверхности датчика светопоглощающим материалом, что снижает фоновые засветки.

1167424

1167424

Составитель Л. Лобзова

Редактор М. Келемеш Техред С.Мигунова Корректор И. Самборская

Заказ 4423/38

Тираж 651

Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4