Устройство для контроля шероховатости поверхности

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля шероховатости поверхности изделий. Целью изобретения является повьшение производительности контроля путем исключения из конструкции подвижных частей. Устройство содержит блок 1 коммутации, блок 2 формирования падающего монохроматического излучения, блок 3 приема отраженного излучения и блок 4 обработки сигна8 (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (5D 4 С 01 В 11/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4036866/24-28 (22) 14.03.86 (46) 30.07.87. Бюл. t» 28 (71) Ленинградский институт точной . механики и оптики (72) ?1.И.Калинин, Г.В.Польщиков и Г.К.Потапова (53) 531.715.27 (088,8) (56) Hirori Hasumuma, Jiro Нага. On

the Sheen Gloss. — Journal of the

Physical Society of Japan, Vol 11, У 1, 1956, р. 69-75.

Авторское свидетельство СССР

У 1260674, кл. С 01 B:ll/30,14.11.85. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля шероховатости поверхности изделий. Целью изобретения является повьппение производительности контроля путем исключения из конструкции подвижных частей. Устройство содержит блок 1 коммутации, блок 2 формирования падающего.монохроматического излучения, блок 3 приема отраженного излучения и блок 4 обработки сигна1326881 лов. Блок 2 формирования подающего монохроматического излучения содержит линейку 5 светодиодов, подключенную к блоку 1 коммутации, и объектив 6 для фокусировки падающего излучения. Блок 3 приема отраженного излучения содержит объектив 7 для фокусировки отраженного излучения, точечную полевую диафрагму 8 и фотоприемник 9, Узел 1 коммутации обеспечивает последовательное включение светодиодов, в результате чего постепенно увеличивается угол падения излучения на контролируемую поверхИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оптического контроля качества поверхности иэделий в различных: отраслях промышленности как при отладке техпроцессов так и при экспресс-контроле конечной продукции.

Цель изобретения — повьппение производительности контроля путем исключения иэ конструкции устройства подвижных частей.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, Устройство содержит блок 1 коммутации, блок 2 формирования падающего монохроматического излучения, блок 3 приема отраженного излучения и блок 4 обработки сигналов.

Блок 2 формирования падающего монохроматического излучения состоит иэ линейки 5 светодиодов, входы которой соединены с выходами блока 1 коммутации, и объектива б для фокусировки падающего излучения, при этом излучающие площадки светодиодов в линейке 5 светодиодов располагаются в вынесенной главной плоскости объектива 6 для фокусировки падающего излучения °

Блок 3 приема отраженного излучения состоит из объектива 7 для фокусировки отраженного излучения, диафрагмы 8 и фотоприемника 9, установ-. ленного непосредственно за диафрагмой 8, Диафрагма 8 представляет собой ность 10. В блоке 4 обработки сигна лов регистрируется определяющий величину критического угла номер светодиода в линейке 5, при включении которого происходит резкий скачок амплитуды сигнала с фотоприемника 9 иэ-за появления зеркальной составляющей в отраженном световом потоке.

По критическому углу, т.е. минимальному углу падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально, оценивается средняя квадратичная высота шероховатости.

1 ил. полевую диафрагму с точечным отверстием в центре, Блок 2 формирования падающего монохроматического излучения и блок Э приема отраженного излучения расположены таким образом, что оптические оси объектива 6 для фокусировки падающего излучения и объектива 7 для

10 фокусировки отраженного излучения пересекаются в точке О, являющейся точкой фокуса объектива 6 для фокусировки падающего излучения и оптически сопряженной с центром отверстия ди15 афрагмы 8. Точка О в процессе контроля лежит на контролируемой поверхности 10, Блок 1 коммутации состоит из тактового генератора 11, двоичного счетчика 12, вход которого соединен с вы20 ходом тактового генератора 11, а выходы — с соответствующими входами развертывающего дешифратора 13, схемы 14 задержки, вход которого подключен к блоку 4 обработки сигналов, а

25 выход — к R входу двоичного счетчика 12. Выходы развертывающего дешифратора 13 соединены с соответствующими входами линейки 5 светодиодов блока 2 формирования падающего монохро30 матического излучения.

Блок 4 обработки сигналов состоит из входного усилителя 15, компаратора 16 уровня, вход которого соединен с выходом входного усилителя. 15, а ! выход — с запоминающим устройством 17 и схемой 14 задержки блока 1 коммутации, индикатора 18, входы которого

13268

2h cos с = il/K подключены к соответствующим выходам запоминающего устройства 17. Соответствующие входы запоминающего устройства 17 соединены с выходами двоичного счетчика 12 блока 1 коммутации. При этом количество входов и выходов двоичного счетчика 12, развертывающего дешифратора 13, запоминающего устройства 17 и индикатора 18 определяются количеством светодио- !О дов в линейке 5 светодиодов блока 2 формирования падающего монохроматического излучения.

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 коммутации осуществляет последовательное включение светодиодов в линейке S светодиодов блока 2 формирования падающего монохроматичес- 2р кого излучения, При последовательном включении светодиодов в линейке 5 светодиодов последовательно увеличивается угол падения монохроматического излучения в точке 0 контролируе-25 мой поверхности 10. Падающее излучение рассеивается шероховатой контролируемой поверхностью 10. Объективом 7 для фокусировки отраженного излучения блока 3 приема отраженного излучения в центре диафрагмы 8 собирается излучение, отраженное или рассеянное контролируемой поверхностью 10 в точке 0 телесного угла, определяемой апертурой объектива 7 для фокусировки отраженного излучения. Излучение, попавшее в отверстие диафрагмы 8, поступает на чувствительную площадку фотоприемника 9. Таким образом, линейка 5 светодиодов использу- 40 ется для сканирования по направлению . освещения стационарной точки с коррекцией диаграммы излучения светодиодов, поскольку излучение каждого светодиода в направлении, параллельном 4 оптической оси объектива 6 для фокусировки падающего излучения, собирается этим объективом в точке заднего фокуса, совмещенном с точкой 0 контролируемой поверхности 10, которая освещается каждым светодиодом под определенным углом к нормали к контролируемой поверхности 10, при этом в точку 0 поступает свет, излучаемый каждым светодиодом в одном и том же направлении, т.е. используется один и тот же участок индикатрисы излучения светодиодов, а на фотоприемник 9 поступает излучение, отраженное или

8l 4 рассеяннОе контролируемой поверхностью 10 только в точке О, На выхо де фотоприемника 9 появляется сигнал, пропорциональный по амплитуде величине светового потока, принятого чувствительной площадкой фотоприемника 9 ° При постепенном увеличении угла падения излучения на контролируемую поверхность 10 в точке 0 медленно возрастают световой поток, поступающий на чувствительную пло- . щадку фотоприемника 9, и амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 9.

Когда же угол падения достигнет величины критического угла 8, т.е. минимального угла падения, начиная с которого шероховатая поверхность отражает свет зеркально, резко возрастают световой поток, поступающий на чувствительную площадку фотоприемника 9, и амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 9. Скачок амплитуды сигнала регистритуется блоком 4 обработки сигналов. В блоке 4 обработки сигналов регистрируется также номер светодиодов, которому соответствуют скачок амплитуды сигнала и критический угол

Величина, средней квадратической высоты шероховатости h определяется по критическому углу 9, из соотно-. шения где h — средняя критическая высота шероховатости,, — критический угол, — длина волны излучения;

К вЂ” коэффициент.

Последовательное включение светодиодов в линейке 5 светодиодов, а следовательно, и последовательное изменение угла падения излучения на контролируемую поверхность 10, а также регистрация скачка амплитуды сигнала на выходе фотоприемника 9 при появлении зеркальной составляющей в отраженном световом потоке и соответствующего этому скачку амплитуды сигнала номера светодиода в линейке 5 светодиодов обеспечиваются блоком 1 коммутации и блоком 4 обработки сигналов, которые работают следующим образом. Тактовый генератор 11 вырабатывает последовательность импульсов, которые подаются на вход двоичного счетчика 12. В двоичном счетчике 12 каждый импульс преобразуется в соответствующий код, который 1326881

ВНИИПИ Заказ 3269/34 Тираж

676 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 подается на входы развертывающего дешифратора 13, Разнертывающий дешифратор 13 включает тот светодиод в линейке 5 светодиодов блока 2 формирования падающего монохроматического излучения, номер которого соответствует коду, поступающему в данный момент времени в развертывающий дешифратор 13 с выхода двоичного счетчика.12, в результате чего развертывающий дешифратор )3 последовательно включает светодиоды в линейке 5 светодиодов, при этом последовательно изменяются ((увеличивается) угол падения излучения на контролируемую поверхность 10 в точке О.и амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 9, пропорциональная величине светового потока, отраженного контролируемой понерхностью 10 в точке О и поступившего на чувствительную площадку Фотоприемника 9, Сигнал с выхода фотоприемника 9 после необходимого усиления во входном усилителе 15, блока 4 обработки сигналов поступает на компаратор 16 уровня, где происходит его сравнение с заранее установленным уровнем. При включении светодиода, которому соответствует критический угол 6,, происходит резкий скачок амплитуды сигнала на выходе фотоприемника 9 (эа счет появления зеркальной составляющей отраженного светового потока). Усиленный сигнал, поступающий в компаратор 16 уровня из входного усилителя 15, превышает заранее установленный уровень, в результате чего на выходе компаратора 16 уровня появляется единичный уровень. Этот сигнал подается через схему 14 задержки íà R -вход двоичного счетчика 1 2, в результате чего, счетчик 12 обнуляется, а счет импульсов от тактоного генератора 11 начинается сначала, Этот же сигнал подается с выхода компаратора 16 на вход запоминающего устройства 17, в которое поступают коды с выходов двоичного счетчика 12, при этом в нем запоминается соответствующий код, т.е. код, который соответствует номеру того светодиода н линейке 5 светодио25

ЗО

50 дов, при включении которого в отраженном контролируемой поверхностью 10 световом потоке появилась зеркальная составляющая, произошел резкий скачок амплитуды сигнала на выходе фотоприемника.9, амплитуда усиленного во входном усилителе 15 сигнала превысила заранее установленный уровень и на выходе компаратора 16 в результате этого появился единичный уровень или логическая единица. Далее этот код с выхода запоминающего устройства 17 подается на вход индикатора 18 в котором нысвечивается, записывается или другим образом (в зависимости от типа индикатора) фиксируется либо номер светодиода н линейке 5 светодиодов, соответствующий поступающему на вход индикатора 18 коду, либо непосредственно величина критического угла 8 или величина средней квадратичной высоты шероховатости h.

Формула изобретения

Устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее последовательно расположенные блок формирования падающего монохроматического излучения, блок приема отраженного излучения и блок обработки сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью поньппения производительности контроля, блок формирования падающе" го монохроматического излучения выполнен н виде объектива для фокусировки падающего излучения и линейки светодиодов, расположенных в главной плоскости объектива, блок приема отраженного излучения выполнен в виде последовательно установленных объектива для фокусировки отраженного излучения, диафрагмы и фотоприемника, блок формирования падающего монохроматического излучения и блок приема отраженного излучения установлены так, что оптические оси их объективов пересекаются н точке, являющейся фокусом объектива фокусировки падающего излучения и оптически сопряженной с центром диафрагмы, а устройство снабжено блоком коммутации, подключенным к линейке.