Устройство для контроля диаметров

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРОВ, содержащее источник когерентного излучения, три светочувствительных элемента, блок обработки .сигналов и регистратор, отличающееся тем, что, с целью обеспечения контроля внутренних диаметров и поверхностей цилиндрических объектов, оно снабжено вторым блоком обработки сигналов и датчиком контроля, выполненньм в виде пары микроволноводных рефлектометров , расположенных диаметрально противоположно, и одиночного микроволноводного рефлектометра, входные и выходные плечи которых выполнены соответственно в виде передающих и приемных микроволноводов, входные плечи микроволноводных рефлектометров объединены и подсоединены к источнику когерентного излучения, выходные плечи пары микроволноводных рефлектометров объединены и соединены с первым светочувствительным элементом, подключенным к первому входу первого блока обработки сигналов , выходное плечо одиночного микроволноводного рефлектометра соединено с третьим светочувствительным элементом, подключенным к входу второго блока обработки сигналов, а второй светочувствительный элемент соединен с источником когерентного излучения и подключен к второму входу первого блока обработки сигнала первый блок обработки сигналов выполнен в виде соединенных последовательно первого усилителя, интегратора и компаратора. Соединенных последовательно второго усилителя и аналогового сумматора, выход которо (Л го подключен к второму входу компаратора , выход которого является выходом первого блока обработки сигналов и подключен к первому входу регистратора , второй блок обработки. сигналов выполнен в виде третьего усилителя, селекторов амплитуды и длительности, входы которых подключены к выходу усилителя, цифрового сумматора, первый и второй входа которого соединены с выходом соответствующих селекторов, а выход является выходом второго блока обработки сигналов и соединен с вторым входом регистратора, выход и третий вход которого предназначены для подключения к блоку управления движением объекта, для подключения к выходу которого предназначен также второй вход селектора длительности, входы усилителей являются соответствующими входами блоков обработки сигнала, второй выход третьего усилителя подключен к второму входу аналогового сумматора.

COIO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК,,11 5082 (51)4 G 01 В 21/14, 21/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ l;„"

Ь су

4

l

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3670129/24 — 28 (22) 13.12.83 (46) 15.10.85. Бюл. Ф 38 (72) Л.А.Бондарев, И.Ф.Будагян, И,П,Бухалов, Г.P.Кречман, Д.И.Мировицкий, В.Л.Назаров, А.Н.Полушин и А.В.Уваров (71) Московский институт радиотех1 ники, электроники и автоматики (53) 531 ° 717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 319836, кл. G 01 В 11/08, 19/О.

Авторское свидетельство СССР

11- 983452, кл. G 01 В 11/00, 1981. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ДИАМЕТРОВ, содержащее источник когерентного излучения, три светочувствительных элемента, блок обработки .сигналов и регистратор, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения контроля внутренних диаметров и поверхностей цилиндрических объектов, оно снабжено вторым блоком обработки сигналов и датчиком контроля, выполненным в виде пары микроволноводных рефлектометров, расположенных диаметрально противоположно, и одиночного микроволноводного рефлектометра, входные и выходные плечи которых выполнены соответственно в виде передающих и приемных микроволноводов, входные плечи микроволноводных рефлектометров объединены и подсоединены к источнику когерентного излучения, выходные плечи пары микроволноводных рефлектометров объединены и соединены с первым светочувствительным элементом, подключенным к первому входу первого блока обработки сигналов, выходное плечо одиночного микроволноводного рефлектометра соединено с третьим светочувствительным элементом, подключенным к входу второго блока обработки сигналов, а второй светочувствительный элемент соединен с источником когерентного излучения и подключен к второму входу первого блока обработки сигнала, первый блок обработки сигналов выполнен в вице соединенных последовательно первого усилителя, интегратора и компаратора. Соединенных последовательно второго усилителя и аналогового сумматора, выход которого подключен к второму входу компаратора, выход которого является выходом первого блока обработки сигналов и подключен к первому входу регистратора, второй блок обработки. сигналов выполнен в виде третьего усилителя, селекторов амплитуды и длительности, входы которых нодключены к выходу усилителя, цифрового сумматора, первый и второй входы которого соединены с выходом соответствующих селекторов, а выход является выходом второго блока обработки сигналов и соединен с вторым входом регистратора, выход и третий вход которого предназначены для подключения к блоку управления движением объекта, для подключения к выходу которого предназначен также второй вход селектора длительности, входы усилителей являются соответствующими входами блоков обработки сигнала, второй выход третьего усилителя подключен к второму входу аналогового сумматора.

1185082

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельк поньппения помехоустойчивости

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике оптического диапазона волн и может быть использовано для контроля диаметров и качества внутренних поверхностей опти- 5 чески непрозрачных деталей с цилиндрической симметрией (н том числе для нескольких несквозных отверстий).

Цель изобретения — обеспечение контроля внутренних диаметров и по-, верхностей цилиндрических объектов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устрой.ства контроля диаметров; на фиг. 2 график динамических характеристик IS датчика.

Устройство соцержит источник 1 монохроматичсского излучения, оптически связанный с датчиком ? контроля Вьеполнс иным R ниде паре>! микронон 20 новодных рефлектометрон и одиночного микроволноводного рефлектометра, входными плечами которых являются передающие микронолноноды 3, объединенные и подсоединенные к источнику 1 излучения, а выходными плечами — приемныс микронолноноды 4, причем от пары микронолноводных рефлектометров они объединены и подсоединены к первому светочувствительному g0 элементу н виде, например, фотоприемника 5, второй светочувствительный элемент н виде, например, фотоприемника б. Фотоприемник 6 непосредственно связан с источником излучения, а приемный микроволно-. вод 4 от одиночного рефлектометра соединен с входом третьего светочувствительного элемента в виде, например, фотоприемника 7. Первый блок 8 40 обработки сигналов содержит последовательно соединенные первый усилитель 9, интегратор 10 и компаратор 11, последовательно соединенные второй усилитель 12.и аналоговый сумматор 13, выход которого подключен к второму входу компаратора 11, EIpрвый и второй усилители ныпол— иены с отрицательной обратной связью. первый и второй фотоприемники 5 и 6 соответственно подсоепинены к JlepRo му 9 и второму 12 усилителям. Второй блок 14 обработки сигналов, вход которого связан с третьим фотоприемником 7, состоит из третьего усилителя 15, селектора 16 амплитуд и селектора 17 длигельности, подсоединенных через общий цифровой сумматор 18 к нторому входу регистратора 19, связываемому с блоком 20 уп.равления движением объекта, связанным с контролируемым объектом 21, а второй вход селектора 17 длительности предназначен также для связи с блоком 20 управления. Выход компаратора 11 первого блока 8 обработки подключен к первому входу регистратора 19, а вход аналогового сумматора 13 связан с вьгходом третьего усилителя 15 второго блока 14 обработки сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Процесс контроля осуществляется при вращении контролируемого объекта 21 относительно оптической оси датчика 2 контроля с разверткой по спирали зоны контроля вдоль цилинд— рической поверхности объекта 21.

Излучение от источника 1 когерентного излучения поступает в датчик 2.

Освещение контролируемого участка поверхности осуществляется передающими (подсвечивающими) микронолноводами 3 датчика 2 контроля, а съем отраженного оптического сигнала, несущего информацию о величине геометрического размера и качества контролируемой поверхности, производится приемными микронолноводами 4. Фотоприемниками 5 и 7 оптические сигналы преобразуются в электрические, причем на первый фотоприемник 5 поступает суммарный оптический сигнал . от приемных микроволноводов 4 пары рефлектометров, несущий информацию

1185082 о геометрических размерах объекта 21

На третий фотоприемник 7 нс ступает сигнал от ирк.много микроволковода 4 одиночного рефлектометра, содержаще— го информацию о качестве контролируемой поверхности объекта 21. Г1реобразованные сигналы от фотоприемников 5 и 7 поступают в соответствующие блоки 8 н 14 обработки сигналов.

Суммарный отраженный сигнал, преобразованный в электрический, от приемных микроволноводов 4 пары рефлектометров датчика 2 контроля анализируется в первом блоке 8 обработки, где усиленный гге1 вьгм усилителем 9 электрический сигнал поступает в интегратор 10, который обеспечивает сглаживание рабочих участков динамических характеристик датчика 2 контроля, и в компараторе 11 происходит двустороннее ограничение входного сигнала по верхнему и нижнему максимально допустимому отклонению контролируемого размера (контролируемого диаметра цилиндрической поверхности).

Регистратор 19 представляет собой статический триггер с формирователем выходного импульса и двумя логическими элементами H-НЕ и дифференцирующей RC-цепью. Регистратор 19 согласовывает блоки 8 и 14 обработки с блоком 20 управления движением объекта, представляющим собой стандартное электромеханичес- 35 кое устройство, подающее объект 21 (деталь) на позицию контроля н сообщающее ему поступательно-вращательное движение с обеспечением заданного закона развертки зоны конт- 40 роля вдоль контролируемой поверхнос— ти, (а также возврата годной детали на конвейер или сбрасывания бракованной детали в бункер). Наличие отклонения контролируемого размера от 45 номинального идентифицируется по изменению постоянной составляющей отраженного сигнала. Во втором блоке 14 обработки отраженный оптический сигнал от одиночного микрсволно- 50 водного рефлектометра датчика 2 контроля, несущий информацию о качестве контролируемой поверхности и преобразованный фотоприемником 7 в электрический сигнал, усиливается третьим 55 усилителем 15 и поступает в селектор 16 амплитуды и селектор 17 длительности, где в селекторе 16 амплитуды (собранном По типовой схеме амплитудного компаратора и величина порогового напряжения которого соответствует максимально допустимой глубине дефекта), и в селекторе 17 длительности происходит выделение информации о глубине и ширине дефекта соответственно и суммирование в общем цифровом сумматоре 18. Селектор 17 длительности представляет сооой амплитудный компаратор, счетчик импульсов и генератор тактовых импульсов, причем величина порогового напряжения амплитудного компаратора соответствует уровню, превьппающему уровень шумовой состагляющей сигнала на 0,20,4 дБ, а сигнал с амплитудного компаратора управляет работой счетчика, который запускается генератором тактовых импульсов, при этом частота тактовых импульсов пропорциональна скорости вращения детали и величине ее внутреннего диаметра. Суммированкый сигнал с цифрового сумматора 18 поступает в регистратор 19, где обеспечивается выход сигнала "Годен" или

"Брак" в виде логических "0" или

"1", и далее — в блок 20 управления движением объекта. В режиме динамического контроля наличие дефекта в зоне контроля одиночного микроволноводного рефлектометра датчика 2 контроля обусловливает появление в отраженном сигнале отрицательного импульса, амплитуда и длительность которого пропорциональны соответственно глубине протяженности дефекта.

В первом блоке 8 обработки предусмотрен опорный какал, образовакчый фотоприемггиком 6, вторым у-силителем 12 и аналоговым сумматором 13.

Этот канал компенсирует уход мощности источника i излучения, а контрольный какал, представляющий собой обратную связь от третьего усилителя 15 к аналоговому сумматору 13, компенсирует изменение характеристики отражающей поверхности по сравнению с эталонной. Сугжирование сигналов опорного и контрольного каналов служит для задания пороговых уроьней электрического сигнала, обеспе= чнвающих двустороннее ограничение исследуемого сигнала в компараторе 11 при допусковом контроле объекта 21, Расстояние от пари микроволноводных рефлектометров и одиночного реф1185082

35 лектометра до контролируемой поверхности 6g и g соответственно задаются рабочими участками динамических характеристик датчика 2 конт. роля, представляющих собой зависимости интенсивности отраженного сигнала от расстояния рефлектометра Г до контролируемой поверхности при соответствующих соотношениях диаметров передающих и приемных микроволноводных 3 и 4 рефлектометров датчика 2 контроля (фиг. 2).

В зависимости от соотношения диаметров меняется вид динамической характеристики, а именно: положение максимума и его величины, крутизна линейного участка d6, протяженность пологого участка бг вблизи максимума, Для контроля геометричес- 20 ких размеров используется пара мик— роволноводных рефлектометров, рас-, положенных на расстоянии 31=(0,1-0,3) 82 от контролируемой поверхности, что соответствует выбору 25 линейного участка а6 динамической характеристики датчика 2 контроля с наибольшей крутизной, которая достигается при соотношении диаметров передающих и приемных микроволноводов 3 и 4 4„е = О,idqp что обеспечивает максимальную чувствительность устройства. Отклонение линейного рабочего участка af от горизонтального вблизи рабочей точ,ки составляет порядка +107., при этом нижняя граница (, =. (0,1

-0,3) t связана с необходимостью рас- положения датчика 2 контроля на расстоянии от контролируемой поверхности, обеспечивающем бесконтактный 40 контроль с учетом допуска на юстировку объекта 2! (детали). Отклонение . контролируемых геометрических размеров от номинальной величины определяется по изменению интенсивности отраженного сигнала, вызванной отклонением расстояния 3, микроволноводов

IIBpbl микроволноводных рефлектометров датчика 2 контроля от контропируемой поверхности. Это изменение 40„ может быть обусловлено двумя факторами: отклонением контролируемого размера от номинального и радиальными биениями контролируемой детали, В паре микроволноводных рефлектометров, расположенных диаметрально, происходит ба лансное противофазное суммирование отраженных оптических сигналов, при котором компенсируется паразитная низкочастотная составляющая отраженного сигнала, обусловленная радиальными биениями детали.

Для контроля поверхностных дефектов в датчике 2 контроля используется одиночный микроволноводный рефлек— тометр, расположенный на расстоянии от контролируемой поверхности 0g- d z. соответствующем выбору пологого Участка ВГ динамической характеристики датчика 2 контроля при соотношении диаметров передающего и приемного микроволноводов 3 и 4 8qpp -" „ . Этот участок выбирается для обеспечения наименьшей Чувствительности к изменению ай и наилучшими энергетическими параметрами (рабочая точка выбирается в точке максимума отраженного сигнала 3), что.обусловливает наименьшую амплитуду низкочастотной паразитной составляющей отраженного сигнала, вызванной биениями контролируемой детали. Так, при Ы„ 800 мкм, 1 мкм, отклонение пологого участка вг составляет 457.

„ 1185082

1185082

Составитель Е Глазкова

Техрер M,Íàäü Корректор Е.Рошко

Редактор С.Лисина

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

Заказ 6347/32 Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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