Устройство для контроля дефектов поверхностей оптических деталей

 

Устройство для контроля дефектов поверхностей оптических деталей относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в оптическом приборостроении. С целью повьшения производительности контроля осветительная оптическая система содержит маску, а также модулятор с диском, перфорированньтм радиальными участками секторов и одним кругом,.а приемная - диафрагму с отверстиями , 1 виде радиального участка сектора и круга. 3 ил. с @

(19) (11) CCN03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

42780 А 1 (51) 4 G 01 N 21 88

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3835129/24-25 (22) 02.01,85 (46) 07.07. 86. Бюл. У 25 (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной механики и оптики (72) М.А.Великотный, М.И.Калинин, Г.К.Потапова и Н.Ю.Прохорова (53) 535 ° 36 (088.8) (56) Патент Японии Р 54-34558, кл. G 01 N 21/32, опублик, 1972 °

Гребнев А.А. и др. Автоматический контроль дефектов оптических деталей. — Оптико-механическая промышленность, 1984, К 5, с. 43. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЕФЕК"

ТОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ (57) Устройство для контроля дефектов поверхностей оптических деталей относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в оптическом приборостроении.

С целью повышения производительности контроля осветительная оптическая система содержит маску, а также модулятор с диском, перфорированным радиальными участками секторов и одним кругом, а приемная — диафрагму с отверстиями. в виде радиального участка сектора и круга. 3 ил.

1242780 з

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в приборостроении для контроля дефектов типа выколок, царапин, точек, остающихся на поверхности оптических деталей после их окончательной обработки.

Цель изобретения — повьппение производительности контроля дефектов поверхностей оптических,деталей.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для контроля дефектов поверхностей оптических деталеи, на фиг. 2 — вид и взаимное расположение маски осветительной оптической системы устройства и дискового модулятора, на фиг. 3 — схема сканирования контролируемой поверхности.

Устройство содержит осветительную оптическую систему, приемную оптическую систему, блок сканирования и электронный блок обработки сигналов.

Оптическая осветительная система сос гоит из установленных последовательно по ходу световых лучей источника 1 излучения (фиг. I),êîíäåíñîpa 2, маски 3, вращающегося дискового модулятора 4 и проекционного объектива 5. Маска 3 представляет собой непрозрачный диск с отверстием в виде круга и сектора, причем центр круга совпадает с вершиной сектора. Форма отверстия маски напоминает замочную скважину. Непосредственно за маской

3 установлен модулятор 4, который представляет собой непрозрачный вращающийся диск с прозрачными зонами в виде круга и одинаковых радиальных участков секторов, повторяющими форму и размеры соответствующей части отверстия маски 3, причем вершины секторов и центр круга равномерно расположены по окружности с радиусом, равным расстоянию от центра круга отверстия маски 3 до оси вращения модулятора (фиг. 2). Центр круга отверстия маски 3 оптически сопряжен с центром контролируемой поверхнос— ти (фиг. 1). Осью оптической освети-. тельной системы является общая ось источника 1 излучения, конденсора

2, маски 3 и проекционного объектива 5.

Приемная оптическая система устройства состоит из устаповленных на одной оси последовательно по ходу!

20

8 оптически сопряжен с центром контролируемой поверхности.

Блок сканирования устройства состоит иэ предметного стола 11 для установки на нем контролируемой детали и электропривода 12, обеспечивающего вращение предметного стола 11 и дискового модулятора 4 осветительной системы. При этом ось приемной оптической системы параллельна оси вращения предметного стола 11 и образует острый угол с осью осветительной оптической. системы. Оси симметрии отверстий маски 3 осветительной системы и диафрагмы 8 приемной системы перпендикулярны плоскости, проходящей через оси осветительной и приемной оптических систем устройства.

Электронный блок 13 .обработки сигналов состоит иэ усилителя 14 сигналов, аналого-цифрового преобразователя 15, ЭВМ 16 и информативно-выходного устройства 17. Выход фотоприемника 10 связан с входом усилителя 14 сигналов, выход усилителя 14 сигналов связан с входом аналого-цифрового преобразователя 15, выход которого соединен с ЭВМ 16, которая связа— на с информативно-выходным устройством 17.

Устройство работает следующим образом.

С помошью источника 1 излучения, установленного в фокусе конденсора

2, освещается отверстие маски 3.

Часть отверстия маски 3 через соот,ветствующую проз;рачную зону диска модулятора 4 проецируется объективом 5 на контролируемую поверхность детали, расположенной на предметном столе 11, .в результате чего на поверхности контролируемой оптической детали освещается участок в виде части сектора или круга. Диффузная составляющая отраженного светового потока, рассеянного дефектами на освещенном участке контролируемой поверхности, поступает через приемсветовых лучей линзы 6, коллективной линзы 7, диафрагмы 8, объектива

9 -и фотоприемника 10. Диафрагма 8 представляет собой непрозрачный диск с отверстием, повторяющим форму ,отверстия маски 3 осветительной оптической c> ñòåìû. Отверстие диафрагмы 8 оптически сопряжено с чувствительной площадкой фотоприемника 10, 10 а центр. круга отверстия диафрагмы

1242780 ствие амплитуде каждого импульса с.п" нал в форме двоичного кода. Преобразованный сигнал поступает на ЭВИ 16, где происходит обработка сигналов, в результате которой определяется класс частоты контролируемой поверхности.

В качестве параметра для сортировки поверхностей по классам чистоты выбрана удельная плотность дефектов. 0 Выбор сделан на основе анализа, регламентирующего число и размеры дефектов по классам чистоты поверхностей оптических деталей. Под удельной плотностью дефектов р понимается суммарная площадь дефектов, отнесенная к площади контролируемой поверхности

Информативным параметром в предлагаемом устройстве являетс:. амплитуда сигналов фотоприемника t0 пропорциональная. диффузной составляющей отраженного светового потока, рассеянного дефектами, соответству35 ющего участка поверхности, которая пропорциональна площади дефектов на .данном участке поверхности, а значит — и удельной плотности дефектов на данном участке, если площадь

40 участков одинакова. Исходя из этого можно определить пороговые значения амплитуд сигналов фотоприемника 10, соответствующие границам классов чистоты поверхностей оптических де45 талей по формуле ную оптическую систему на фотоприемник 10. Диафрагма 8 установлена в приемной оптической системе для того, чтобы исключить возможность попадания на фотоприемник 10 световых лучей, рассеянных дефектами на ниж— ней поверхности и внутри контролируемой оптической детали, Чтобы обеспечить прохождение светового потока в осветительной и приемной оптической системах через центральные эоны оптических элементов, центры кругов отверстий в маске 3 и диафрагме 8 смещены к краю, а оптические оси осветительной и приемной оптических систем проходят через средние точки осей симметрии отверстий (фиг; 2).

При этом ось вращения предметного стола 11 смещена относительно плоскости, проходящей через оси осветительной и приемной оптических систем устройства (фиг. 1). Фотоприемник 10 преобразует интенсивность диффузной составляющей светового потока, пропорциональную общей площади дефек- 25 тов на данном освещенном участке контролируемой поверхности, в амплитуду соответствующего импульса.

С помощью электропривода 12 осуществляется поворот контролируемой детали, установленной на предметном столе 11, вокруг ее оптической оси.

Одновременно с поворотом контролируемой детали на угол о(, соответствующий центральному углу освещенного сектора контролируемой поверхности, происходит поворот модулятора 4 на

360 угол в м = 360е м Оом +1) вующий углу между осями симметрии соседних прозрачных зон модулятора

4. Отверстие маски 3 последователь— но перекрывается каждой прозрачной зоной дискового модулятора 4. Таким образом, осуществляется поэлементное сканирование поверхности участком сектора, а ее. центральной . зоны кругом (фиг . 3) . При этом с фотоприемника 10 в электронный блок

13 обработки сигналов поступает се50 рия сигналов . Число импульсо в р

= 360 /cL +1 соответствует числу прозрачных зон дискового модулятора.

В усилителе 14 сигналов электронного блока 13 обработки сигналов про-55 исходит усиление сигналов и фильтрация их от шумов. Лналого-цифровой преобразователь 15 ставит в соответ— где 7S>, — суммарная площадь дефекер тов контролируемой поверхности;

S — площадь контролируемой лов поверхности.

Для каждого класса чистоты поверхности можно рассчитать максимально допустимую удельную плотность дефектов р „, SK p,„.„,j, где U j — пороговое значение ампор., плитуды сигналов фото— приемника, установленное для j-ro класса чистоты

S — интегральная чувствительность фотоприемника;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый светотехHическими ха124?780

20 муле я

K. U. с

55 рактеристиками оптической системы данного устройства, рассеивающими свойствами дефектов и площадью элемента сканирования контролируемой поверхности, 1 j — максимально допустимая

Махе удельная плотность дефектов поверхности j-го класса чистоты.

Алгоритм обработки поступающих с фотоприемника сигналов на ЗВМ состоит в следующем.

Рассчитывается среднее значение поступающих сигналов, пропорциональное удельной плотности дефектов всей контролируемой поверхности, по форгде U — амплитуда i-го импульса, 1 поступающего с фотоприемника, n — число импульсов, поступаю— щих с фотоприемника за время сканирования всей контролируемой поверхности.

Полученное среднее значение амплитуд поступающих с фотоприемника сигналов сравнивается с установленными пороговыми значениями амплитуды сигналов для каждого класса чистоты полированных поверхностей оптических деталей. Если для некоторого класса чистоты j выполняется ус- @ .повие О,ю j 1 < П ь U„j, то делается заключение о том, что контролируемая поверхность соответствует

j -му классу. чистоты. Если же это условие не выполняется ни для одного класса чистоты, то контролируемую деталь относят к браку.

Полученная в результате обработки сигналов информация о принадлежности контролируемой поверхности к определенному классу чистоты выводится с помощью информативно-выходного устройства 17 электронного блока 13 обработки сигналов.

Формула изобретения

Устройство для контроля дефектов поверхностей оптических деталей, содержащее осветительную оптическую систему, оптически связанную через контролируемую поверхность с приемной оптической системой, блок сканирования и электронный блок обработки сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности контроля, осветительная система выполнена в виде установленных на одной оси последовательно по ходу световых лучей источника излучения, конденсатора, маски с отверстием, образованным радиальным участком сектора и кругом, центр которого совпадает с вершиной сектора и оптически сопряжен с центром контролируемой поверхности, проекционного объектива, а также установленного непосредственно за маской вращающегося дисконого модулятора с прозрачными зонами в виде круга и одинаковых радиальных участков секторов, повторяющими форму и размеры соответствующей части отверстия маски, причем вершины секторов и центр круга равномерно расположены по окружности с радиусом, ° -авным расстоянию от центра круга отверстия маски до оси вращения модулятора, приемная система устройства состоит из установленных на одной оси последовательно по ходу световых лучей линзы, коллективной линзы, диафрагмы с отверстием, повторяющим форму отверстия маски, объектива и фотоприемника, причем центр круга отверстия диафрагмы оптически сопряжен с центром контролируемой поверхности и с чувствительной площадкой фотоприемника, а блок сканирования устройства включает предметный стол и электропривод вращения предметного стола и модулятора, при этом ось приемной системы параллельна,оси вращения предметного стола и образует острый угол с осью осветительной системы, а оси симметрии отверстий маски и диафрагмы перпен,цикулярны плоскости, проходящей через оси осветительной и приемной оптических систем устройства.!

Составитель В. Калечиц

Редактор Н.Рогулич Техред О.Гортвай Корректор E.Сирохман

Заказ 3694/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4