Устройство для контроля шероховатости поверхности

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля шероховатости поверхности изделий. Цель изобретения - повышение производительности контроля путем устранения необходимости производить точные установки контролируемой поверхности и источника коллимированного монохроматического светового пучка для различных углов падения светового пучка на поверхность изделия и исключения из конструкций сложных отсчетных и поворотных механизмов . Устройство содержит последовательно расположенные источник коллимированного монохроматического излучения , блок оптических клиньев, блок регистрации зеркально отраженного излучения и электронньш блок обработки сигналов. Блок оптических клиньев состоит из двух симметричных групп клиньев. В каждой группе клинья установлены без зазоров друг за другом в порядке убывания или возрастания угла клина в направлении, перпендикулярном их главным сечениям и параллельном плоскости симметрии блока. Блок оптических клиньев перемещается в направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев, при этом контролируемая поверхность перпендикулярна главным сечениям клиньев и плоскости симметрии блока. При перемещении блока Клиньев меняется угол падения светового пучка на контролируемую поверхность. Величину шероховатости определяют по критическому углу, т.е. углу падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально, 3 ил. с СП с to Од о Од | со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. Яи,» 1260679 А1 (51)4 G 01 В 11/30 (21) 3897289/25-28 (22) 16.05.85 .(46) 30.09.86. Бюл. N 36 (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной механики и оптики (72) И.И.Калинин и Г.К.Потапова (53) 531.715.27(088.8) (56) Аксютов Л.Н. Определение параметров шероховатости поверхности оптическим методом. — Журнал прикладной спектроскопии, т. XXIII,âûï.6, 1975, с. 1079-1083.

Journal of the Physical Society

of Japan, vol. l1, Р 1, 1956, "On

the Sheen Gloss", Hirosi Hasunuma, Jiro Nara, р. 69-75 — прототип. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля шероховатости поверхности изделий. Цель изобретения — повышение производительности контроля путем устранения необходимости производить точные установки контролируемой поверхности и источника коллимированного монохроматического светового пучка для различных углов падения светового пучка на поверхность изделия и исключения из конструкции сложных отсчетных и поворотных механизмов. Устройство содержит последовательно расположенные источник коллимированного монохроматического излучения, блок оптических клиньев, блок регистрации зеркально отраженного излучения и электронный блок обработки сигналов. Блок оптических клиньев состоит из двух симметричных групп клиньев. В каждой группе клинья установлены без зазоров друг за другом в порядке убывания или возрастания угла клина в .направлении, перпендикулярном их главным сечениям и параллельном плоскости симметрии блока.

Блок оптических клиньев перемещается в направлении, перпендикулярном С главным сечениям клиньев, при этом с контролируемая поверхность перпендикулярна главным сечениям клиньев и плоскости симметрии блока. При перемещении блока клиньев меняется угол падения светового пучка на контролируемую поверхность. Величину шероховатости определяют по критическому углу, т.е. углу падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально, 3 ил.

1260679

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля шероховатости поверхности изделий в различных отраслях промышленности как при отладке техпроцессов и контроле промежуточных стадий обработки, так и при экспресс-контроле конечной продукции.

Цель изобретения — повышение производительности контроля путем устранения необходимости производить точные установки контролируемой поверхности и источника коллимированного монохроматического светового пучка для различных углов падения светового пучка на поверхность изделия, путем исключения из конструкции сложных отсчетных и поворотных механизмов.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для контроля шероховатости поверхности, на фиг.2— разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 — ход лучей в блоке оптических клиньев.

Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 коллимированного монохроматического излучения, блок 2 оптических клиньев, блок 3 регистрации зеркально отраженного излучения и электронный блок 4 обработки сигналов. В качестве источника 1 коллимированного монохроматического излучения используется гелийнеоновый лазер.

Блок 2 оптических клиньев состоит из двух симметричных групп 5 и 6 клиньев. В каждой группе клинья установлены без зазоров друг за другом в направлении, перпендикулярном плоскостям главных сечений и параллельном плоскости симметрии блока в порядке убывания или возрастания угла клина. При этом внешние преломляющие ребра клиньев каждой группы располагаются в плоскости, параллельной плоскости симметрии блока 2 оптических клиньв. Блок 2 оптических клиньев установлен между источником 1 коллимированного монохроматического излучения и блоком 3 регистрации .зеркально отраженного излучения, при этом плоскость его симметрии перпендикулярна общей оптической оси источника

1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения.

Блок 2 оптических клиньев выполнен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев. В положении блока 2 оптических клиньев, показанном на

5 фиг. i общая оптическая ось источника 1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения проходит через клин 7 из группы 5 клиньев и клин 8 из группы 6 клиньев. Углы клиньев 7 и 8 равны между собой. Обе группы 5 и 6 клиньев закреплены в общем корпусе 9, который может перемещаться в неподвижном корпусе 10 в направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев.

На неподвижном корпусе 10 имеется

40 плоская площадка для контролируемого изделия, перпендикулярная главным сечениям клиньев и плоскости симметрии блока 2 оптических клиньев.

В корпусах 9 и 10 предусмотрены специальные отверстия для коллимированного монохроматического излучения и зеркально отраженного излучения.

При этом расстояние Я по общей оптической оси источника 1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения между клиньями определяется соотношением

S = 2h/tg(arcsin(sinan>) -с ), где h — расстояние от плоской пло— щадки для контролируемого

35 изделия на корпусе 10 до общей оптической оси источника 1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения; — угол клина для соответствующей пары клиньев, .

n — показатель преломления материала клиньев для соответст-, 45 вующей длины волны света Э .

При выполнении этого соотношения обеспечивается контроль шероховатости поверхности изделия в фиксированной точке.

50 Блок 3 регистрации зеркального отраженного излучения состоит из фокусирующей линзы 11 и расположенного в ее фокусе фотоприемника 12. В качестве фотоприемника 12 используется

55 фотодиод °

Электронный блок 4 обработки сигналов включает усилитель 13, вход которого связан с выходом фотоприемника 123 з 1260 пороговое устройство 14, вход которого соединен с выходом усилителя 13, и устройство 15 индикации, вход которого подключен к выходу порогового устройства 14. 5

Устройство работает следующим образом.

Иселедуемое изделие 16, например шлифованная стеклянная пластинка, устанавливается на специальной плоской 10 площадке с отверстием неподвижного корпуса 10 контролируемой поверхностью 17 вниз. Коллимированное монохроматическое излучение от источника 1 падает на первое (внешнее) преломляющее ребро одного из клиньев группы

5 блока 2 оптических клиньев перпендикулярно его поверхности. Если в ход световых лучей введена пара клиньев 7 и 8 с углом клина, то после преломления клином 7 световые лучи будут падать на контролируемую поверхность 17 под углом У к нормали, определяемым соотношением

25 о .,sin М nq

9 = 90 + ec — ar c s in(— —,-- — ) (1) и> где n — показатель преломления ма h териала клина 7 для соответствующей длины волны све- ЗО та Я, ! и — показатель преломления воз h душной среды для соответствующей длины волны света Я .

IIpH условииp чтО втОрОИ клин этОЙ 35 пары — клин 8 — имеет тот же угол Ы, выполнен из материала с тем же показателем преломления для соответствующей длины волны света n и расположен симметрично первому клину пары — кли-4р ну 7 — относительно плоскости, перпендикулярной главному сечению клина 7 и проходящей через нормаль к контролируемой поверхности 17 в точке падения световых лучей, лучи, зеркально отраженные поверхностью 17, после преломления клином 8 выйдут из блока 2 оптических клиньев в том же направлении, что и лучи, поступающие в блок 2 оптических клиньев, т.е. вдоль общей оптической оси источника 1 коллимированного монохроматического излучения и блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения. 55

Фокусирующей линзой 11 блока 3 регистрации зеркально отраженного излучения эти лучи будут фокусироваться

679 4 на чувствительной площадке фотоприемника 12. Таким образом, с помощью фотоприемника 12 регистрируется зеркально отраженное излучение при соответствующем угле падения светового пучка на контролируемую поверхность

17 — 0, определяемом соотношением (1) .

Сигнал с фотоприемника 12 поступает в усилитель 13 электронного блока обработки сигналов, где он усиливается и подается на пороговое устрой— ство 14. Из порогового устройства 14 на устройство 15 индикации сигнал поступает только в том случае, если уровень усиленного сигнала превышает установленное пороговое значение. Это порОговое значение соответствует интенсивности зеркально отраженного излучения для критического угла 0 т.е. минимального угла падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает зеркально.

При перемещении блока 2 оптических клиньев в направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев, в ход световых лучей вводятся последовательно различные пары клиньев, отличающиеся углом клина. При этом изменяется угол падения световых лучей на контролируемую поверхность

17 — 8 . Если при перемещении блока

2 оптических клиньев угол клина вводимых в ход лучей пар клиньев уменьшается, то угол падения световых лучей на контролируемую поверхность 17 — 9 — увеличивается. Когда угол 8 достигнет значения критического угла 0, интенсивность зеркально отраженного излучения достигнет соответствующего порогового значения, при этом уровень усиленного сигнала с фотоприемника 12 на выходе усилителя 13 превысит установленный пороговый уровень и из порогового устройства 14 поступит сигнал в устройство 15 индикации, в котором может использоваться любая простейшая схема световой, звуковой, электрической индикации или сигнализации.

Таким образом, по углу клина м той пары клиньев, для которой начинает срабатывать устройство 15 индикации, определяется величина критического угла 6 из соотношения (1), а по величине критического угла 8, можно определить величину шероховатости из следующего соотношения:

2hcos 8 = 9 /k, 1260679 где h

17 6 8

Фиг. 1

А-А

ВНИИПИ Заказ 5214/36 Тираж 670 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 средняя высота шероховатостей (неровностей) поверхности критический угол, длина волны света; 5 коэффициент.

Формула изобретения

Устройство для контроля шерохова- 10 тости поверхности, содержащее последовательно расположенные источник коллимированного монохроматического излучения, блок регистрации зеркально отраженного излучения и электрон- 15 ный блок обработки сигналов, о т л ич а юще е с я тем, что, с целью повышения производительности контро ля, оно снабжено блоком оптических клиньев, который состоит из двух групп клиньев, установленных беэ зазоров друг эа другом в направлении, перпендикулярном их главным сечениям и параллельном плоскости симметрии блока в порядке убывания или возрастания угла клина, и установлен между источником коллимированного монохроматического излучения и блоком регистрации зеркально отраженного излучения с воэможностью перемещения в направлении, перпендикулярном главным сечениям клиньев.