Устройство обработки сканируемых оптических сигналов для контроля поверхности

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН () 9) (11) 169 А (я) G 01 В 21/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСЯОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I: (89) 159850 DD (21) 7772166/24-28 (22) 24,11.81 (31) И Р G 01 В/227097 (32) 20.01,81. (33) 1)Р (46) 30,08.85;Бюл.М 32.(72) Дитрих Малц (DD) . (71) ФЕБ Карл Цейсс-Йена (DD) (53) 531,7 (088.8) (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СКАНИРУЕМЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ДЛЯ

КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТИ, в котором имеется оптическая система для отображения сканируемых сигналов от поверхности в строку плоскости изображения, о т л и ч а ю щ е е с я. тем, что в плоскости изображения оптичес. кого сигнала находится поглощающий элемент с поглощением, возрастающим вертикально к строке,. фокусирующая оптика и фотоэлектронный принимающий элемент, на пути луча перед элементом поглощения предусмотрен свето,делитель, в плоскости изображенная разделенного луча предусмотрено фотоэлектронное приемное устройство, а для соединения принимающего элемента и сигнала, выработанного приемным устройством, и для выравнивания колебания интенсивности в плоскости изоб I ражения имеется оценивающая электроника.

1) 76169

2. Устройство по п.1, о т sr ич а ю щ е е с я тем, что в качестве..элемента поглощения имеется плата„ клинообразная в поперечном сечении с постоянным коэффициентом поглощения при одной и той же толщине .,ма териала °

3. Устройство по п.1,. о т л и— ч а ю щ е е с я тем,- что в качестве. поглощающего элемента, имеется двойной клин в форме тела с параллель- . ными боковыми сторонами„ причем пер вый клин имеет постоянный коэффициент поглощения.и второй клин .не имеет дополнительного коэффициента пог" лощения..

4. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестве поглощающего элемента имеется плоскопараллельная плата.. с возрастающим коэффициентом поглощения, 5. Устройство по пп.1-4 о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что в качестве поглощающего элемента с возрастающим коэффициентом поглощения име ется поглощающий элемент со ступенчатым изменением коэффициента поглощения.

6. Устройство по пп,)-5 о т л и— чающее с я тем, что в качестве оптоэлектронного приемного устройства применяется компенсирующий элемент в плоскости изображения разделенного луча с последующей фокусирующей оптикой и фотоэлектронным принимающим устройством.

Изобретение относится K обработке оптических сканируемых сигналов, дискретно считываемых вдоль строки при непрерывном измерении перемещения фотопринимающими элементами линейки, расположенной в плоскости изображения оптических. контрольно измерительных установок, B особен ности при применении способа сечения светового луча в режиме самых различных модифякаций, для определения геометрических образцов, измерения глубин и высоты дефектных мест, для определения профиля поверхностей и допуска отклонений.

7, Устройство по п.б, о т л ич а ю щ е е с я тем, что. в качестве компенсирующего элемента имеется эквивалент поглощающего элемента, размеры, качество материала и положение которого идентичны поглощающему элементу, но при этом не имеющего дополнительного коэффициента поглощения.

8. Устройство по пп. 1 "7, о т— личающееся тем, чтовкачестве оптической системы применяются собирательная линза, последующая рассеивающая линза и вторая собирательная линза .причем задний мнимый фокус. рассеивающей линзы находится в плоскости изображения первой собирательной линзы в переднем мнимом фокусе рассеивающей линзы,, и в плоскости изображения первой собирательной линзы, передний фокус второй собирательной линзы— в переднем мнимом фокусе рассеивающей линзы и в плоскости изображения второй собирательной линзы поглощающего элемента.

9. Устройство по пп.1-8, о т л ич а ю щ е е с я тем, что для выравнивания колебаний интенсивности в оценивающей электронике имеется делительное звено, причем первый вход соединен с принимающим элементом, а второй вход — с приемным устройством 2

Устройство применяется преимущественно для дешифрации оптических дискретно считываемых сигналов в контрольно-измерительных приборах, работающих автоматически и при высокой продуктивности и надежности измерения с преимущественно аналоговыми выходными сигналами.!

О Известен способ обработки оптических сканируемых сигналов :с помощью соответствующего измерительного оку ляра, с помощью телевизионной каме., ры; ПЗС- или других детекторных мат15 риц или с помощью щелевой системы

1176169

1О

3 совместно с фотоэлектронными приемниками.

Известно устройство для оптического измерения профиля поверхности (Акцептованная заявка М 2607800, 5 кл.Н 01 Н 35/20, 1977).. Световое пятно создается на поверхности прове ряемого объекта и через светоде литель направляется на два светочувствительных детектора.

Между одним из детекторов и линзой объекта находится экран с щелью .для экранирования той части света, которая вследствие неровности поверхности отражается косо. Оценка осуществляется с помощью частотного от суммы и разности сигналов, поступающих с детекторов, Известно устройство для оценки сканируемых оптических сигналов (Ак- 2б цептованная заявка ФРГ М 260369, кл,G 01 В 11/30, 1977 ). Световое. пятно, которое проектируется на предмет, постоянно передвигающийся вперед, отображается на фотопленку. В зависимости от профиля поверхности предмета световое пятно отклоняется и оставляет на фотопленке след, по которому можно сделать заключение о поверхности.i 30

В патенте США (Ю 4013367, кл. 356-200, 1977 ) описано устройство, в котором с помощью лазерного луча, многогранного зеркала, различных зеркал и детекторов сканируются полосками с последующей оцен.кой поверхности предметов, постоянно передвигающихся вперед. Детекторы при этом регистрируют только ту интенсивность света отраженного лазер- 40 ного луча, которая поступает с данной полосы. Однако устройства не приспособлены с высокой точностью и скоростью измерения дать .оценку .проверяемой поверхности. 45

При всех этих способах затраты на техническое исполнение и настройку относительно высоки.

Цель изобретения -состоит в том, чтобы с наименьшими затратами и вы- 5О сокой скоростью контролировать изменения положения или структуры по- верхностей, независимо от их рефлексионных и рассеивающих способностей, а такж для надежного распоз- 55 навания рода и величины отклонения.

При этом возможно применение автоматически работающих измерительных, испытательных и контрольных устройств с преимущественно аналоговой выдачей сигналов.

В основу изобретения положена задача создать устройство для обработки оптических сканируемых сигналов, причем обработка осуществляется с большой надежностью измерения. В устройстве для обработки оптических сигналов, дискретно считываемых при проверке поверхностей вдоль строки при наличии оптической системы для-отображения сканируемых сигналов поверхности в строку плоскости изображения, -в плоскости изображения оптической системы расположены поглощающий элемент с поглощением, возрастающим вертикально к строке, последующая фокусирующая оптика и фотоэлектронный принимающий элемент, при этом предусмотрено, что на пути луча перед поглощающим элементом находится светоделитель, в плоскости изображения разделенного луча— фотоэлектронное приемное устройство, а для связи принимающего элемента и сигналов, выработанных приемным устройством, и для выравнивания интенсивности в плокости изображения имеется оценивающая электроникй.

В качестве элемента поглощения применяется плата, клинообразная в поперечной сечении с постоянным коэффициентом поглощения при однойи той же толщине материала, или двойной клин, имеющий форму тела с параллельными боковыми сторонами, первый клин которого имеет постоянный коэффициент поглощения, а второй клин не имеет дополнительного коэффициента поглощения, или плоскопараллельная плата с возрастающим коэффициентом поглощения., Поглощающий элемент с возрастающим коэффициентом поглощения может бить выполнен как поглощающий элемент со ступенчатым изменением ко« эффициента поглощения.

В плоскости изображения разделенного луча с последующей фокусирующей оптикой, а также фотоэлектронном приемном устройстве в качестве фотоэлектронного приемного устройства применяют элемент компенсации.

Элемент компенсации — это эквивалент поглощающего элемента, размеры, качество материала и положение которого идентичны элементу погло1) 76) 69 щения, но не имеет дополнительного, Ф коэффициента поглощения.

В качестве оптической системы .пржменяются первая собирательная линза, последующая рассеивающая линза и вторая собирательная линза, причем задний мнимый фокус линзы рассеивания находится в плоскости изображения первой собирательной линзы в t0 переднем мнимом фокусе рассеивающей линзы, и в плоскости иэображения первой собирательной линзы, передний фокус второй собирательной лиизы - в переднем мнимом фокусе рассеивающей линзы и в плоскости изображения второй собирательной линзы поглощающего элемента.

Для выравнивания колебаний интенсивности в электронике оценки имеется звено деления, причем первый вход соединен с принимающим элементом, а второй вход — с приемным устройством.

Имеется также возможность, что строка обеспечивает пространственное и временное нанизывание светових точек.

Преимущество изобретения в том, что с помощью простых средств с боль- З0 шой точностью измерения и скоростью проверки производится измерительно технический сбор и обработка сканируемых оптических сигналов, которые несут информацию о изменении поло- 35 жения отображения строки в плоскость изображения. Применение устройства особенно целесообразно в автоматически работающих измерительно-испытательно-контрольных комплексах 40 . для обработки измерений геометрии, дефектов и поверхностных профилей.

Затраты для настройки и профилактических работ невисоки.

На фиг. 1 изображено устройство 45 обработки, оптических сканируемых сигналов в соответствии с изображением; на фиг, 2 — пример выполнения одной отображающей оптической систем, 50

Предлагаемое устройство состоит из оптической системы 1, светоделителя 2, элемента поглощения 3, фокусирующей оптики 4, фотоэлектронного принимающего элемента 5, фотоэлектрон15 ного приемного устройства 6 с элементом компенсации 7, фокусирующей оптики 8 и фотоэлектронного принимающего элемента 9, а также оценивающей электроники 10. Последняя имеет усилитель 11, один регулируемый усилитель 12 и звено деления 13. Элемент поглощения 3 расположен так что его передняя поверхность лежит в плоскости изображения оптической системы 1, На него построчно отображается сканируемый сигнал 14. Этот сигнал 14 может быть представлен:в виде световой точки или световой строки. Вследст вие изменения положения или профиля исследуемой поверхности проверяемого тела изменяется положение сигнала )4 и вместе с тем положение отображения 15 этого сигнала 14 на поглощающем элементе 3 вертикально к строке. В зависимости от величины и направления изменения положения отображения 15 сигнала 14 из-за возрастающего элемента вертикально к строке применяется интенсивность света, которая проходит через поглощающий элемент 3 и с помощью фокусирующей оптики 4 регистрируется через фотоэлектронный принимающий элемент 5, Величина выходного сигнала этого фотоэлектронного принимающего элемента 5 находится в пропорциональной зависимости от изменения положения сигнала 14, т.е. находится в функциональной связи с поглощением поглощающего элемента 3 и изменением положения сигнала 14. Если в качестве сигнала 14 применяется световая строка, то :в :таком случае регистрируется изменение положения всей световой строки, что означает регистрацию изменения геометрии проверяемого тела. При пространственном и временном нанизывании световых точек в качестве сигнала 14 воз1 можно, что будут опознаны отклоне- ния от идеальной поверхностной структуры на величину, равную диаметру световой точки. Для вырабатывания световых точек выгодно применять лазерный свет. В принципе это устройство применяется для оценки интенсивности света в форме строки или точки, информация о которой содержится в изменении положения.

В качестве элемента поглощения 3 может применяться клиновидная плата с постоянным коэффициентом поглощения при одной и той же толщине материала, двойной клин, имеющий фор11,76169 му тела с плоскопараллельными боко- . фиг.l . При этом возрастает разревыми сторонами, причем только один шающая способность устройства. Друклин имеет постоянный коэффициент, гое преимущество в том, что опти" поглощения, или плоскопараллельная 5 ческая ось одного отклоненного луплата с возрастающим коэффициентом ча лежит всегда вертикально к плопоглощения. Изменение коэффициента щади поглощающего элемента 3. поглощения может осуществляться лиОбработка сигналов осуществлясвободно выбранному функциональному . 10 ется оценивающей электроникой 10, закону. Чтобы выравнить искажение которая содержит усилитель 11 ре,выходного сигнала из-за колебаний гулируемый усили 12

1 гулируемый усилитель и делительинтенсивности сигнала 14 и получить сигнал сравнения для связи с выход- динены с выходами фотоэлектронных ным сигналом оценивающей электрони- I5 элементов 5 и 9 и с входом делительки 10, между оптической системой 1 ного звена 13. Усиленный выходной и поглощающим элементом 3 располо- сигнал фотоэлектронного принимающе жен светоделитель 2, Он рефлекти- го элемента 5 в делительном звене рует часть света на фотоэлектрон- делится на усиленный выходной сигнал фотоэлектронного принимающего элемента 9. Вследствие деления ком-, у разделенного луча а также постав- . пенсируютея колебания интенсивности. ляет сигнал сравнения; Чтобы иметь сигнала, которые вызываются колеодинаковые. оптические и электронные баниями интенсивности источ нтенсивности источника в разделенном и нераз- света или различными рефлексионныделенном луче, элементы выгодно скок" :ми или рассеивающими отношениями струировать одинаково. Исключение -исследуемой поверхности объекта. при этом представляет собой погло- : В принципе возможен также способ разщающий элемент 3, эквивалент которо- ности выходных сигналов. Но при этом а го — компенсационный элемент 7, имею-З0 "предполагается, что интенсивность щий те же размеры, качество мате- света остается постоянной. Выходриала и положение, в том же время ной сигнал делительного звена 13

1 ие имеет дополнительного коэффици- - который выдается для дальнейшей ента поглощения. обработки и регистрации, пропорциоПредставляется возможным в качест-35; нален поглощению поглощающего элеве оптической системы 1 применять мента 3 в том месте, где представле, комбинацию линз (фиг.2 ), Комбинация но отображение 15 сканируемого сигналинз состоит из первой собиратель- ла 14, и вместе с тем пропорцнона- . ной линзы 16, рассеивающей линзы 17 лен величине изменения положения, и второй собирательной линзы 18, 40 i Имеется также возможность выходной причем задний мнимый фокус рассеиваю- сигнал регулируемого усилителя 12 щей линзы 17 находится в плоскости "через сравнение с определенным посизображения первой собирательной тоянным сигналом привлечь прямо к линзы 16, передний фокус второй со- 1 регулировке коэффициента усиления бирательной линзы 18 — в переднем 45 усилителя ll, в результате чего промнимом фокусе рассеивающей линзы 17 изводится компенсация колебаний ини в плоскости иэображения второй со- тенсиЬности, а последующим делением бирательной линзы находится ногло- пренебрегают. Дпя проверки и выравщающий элемент 3. Это устройство нивания колебания параметров сигналь" имеет то преимущество, что измене- 50 ных ответвлений и ответвлений сигнание положения отображения 15 сигна- лов сравнения служит регулируемый ла 14 больше, чем в первом варианте усилитель 12.

1176169

Жив. Я

Составитель Е.Гладкова

Редактор В.Ковтун ТехредС,Мигунова Корректор Е.Рошкб

Ю

Заказ 5333/40 Тиран 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеннй и открытий

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

М ° @ М

Филиал ППП "Патент", r.Óèrîðîä, ул.Проектная, 4