Устройство для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дд 4 G 01 В 21/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

М

CO

Puz f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ld ОТНРЫТИЙ (21) 4226249/24-28 (22) 08.04.87 (46) 07.09.88. Бюл. № 33 (71) Московский авиационный технологический институт им. К. Э. Циолковского (72) B. М. Суминов, Е. И. Гребенюк, A. Д. Витман и Е. Б. Зайченкова (53) 531.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 938010, кл. G 01 В ll/30, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения контроля торцовой поверхности контролируемого отверстия и исключения возможности повторной регистрации одного и того же дефекта торцовой поверхности. Устройство для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий содержит оптически связанные лазер 1, фокусирующую линзу 2 и акÄÄSUÄÄ 1422005 A 1 сикон 3, который формирует на боковых сторонах отверстия дисками 8 световое кольцо. Рассеянный на дефектах цилиндрической поверхности световой поток воспринимается секционным волоконно-оптическим световодом 10 и направляется на соответствующие приемники 11 излучения. При перемещении устройства вдоль оси детали 8, когда расстояние от фокусирующей линзы 7 до торца отверстия детали 8 равно фокусному расстоянию линзы 7, датчик 12 положения выдает команду блоку 9 перемещения луча лазера 1, который подключает луч лазера 1 к входному торцу световода 5.

Пройдя по световоду и сфокусировавшись цилиндрической линзой 7 в линию, направленную по радиусу торцовой части отверстия, луч лазера 1 освещает торцовую поверхность отверстия детали 8. Рассеянный на дефектах световой поток воспринимается секциями световодов 4, 6 и передается на приемники 15 излучения. Схема выполнения измерительных каналов 17 позволяет исключить ложный импульс оси дефекта с симметричной. формой профиля. 6 ил.

2005

142

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения контроля торцовой поверхности контролируемого отверстия и исключения возможности повторной регистрации одного и того же . дефекта торцовой поверхности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — 4 —, разрезы А — А, Б — Б,  — В на фиг. 1 соответственно; на фиг. 5 — моменты взаимодействия излучения лазера с дефектом торцовой поверхности; на фиг. 6 — диаграммы напряжений в различных точках устройства.

Устройство содержит оптически связанные лазер 1, фокусирующую линзу 2 и аксикон 3, установленный вершиной навстречу излучению лазера 1, три дополнительных параллельных световода 4 — 6, первый и третий световоды 4 и 6 из которых расположены симметрично относительно второго дополнительного световода 5 и которые установлены в полости аксикона 3, представляющей собой часть объема аксикона 3, при этом основанием ее является 90 сектор основания аксикона 3, а боковые стороны выполнены по образующим аксикона

3, плоскости входных торцов первого и третьего дополнительных световодов 4 и 6 и выходного торца второго дополнительного световода 5 расположены в плоскости основания аксикона 3 и имеют вид прямоугольников, длинные стороны которых параллельны радиусу основания аксикона 3, входные и выходные торцы первого и третьего дополнительных световодов 4 и 6 выполнены в виде M прямоугольных секций, входной торец второго дополнительного световода 5 установлен перпендикулярно оптической оси лазера 1, дополнительную фокусирующую цилиндрическую линзу 7, образующая которой параллельна радиусу основания аксикона 3 и которая установлена на выходном торце второго дополнительного световода 5 между этим торцом и тор«овой поверхностью отверстия детали 8, блок

9 перемещения луча лазера 1, установленный между лазером 1 и входным торцом второго дополнительного световода 5, кольцевой световод 10, входной и выходной торцы которого выполнены в виде Х кольцевых секций, N приемников 11 излучения, каждый из которых связан с соответствующей кольцевой секцией выходного торца световода 10, датчик 12 положения, связываемый с приводом 13 перемещения устройства вдоль оси детали 8, которая связывается с приводом 4 вращательного движения детали 8 относительно оси лазера 1, выход датчика 12 связан с элект2 рическим входом блока 9 перемещения луча лазера 1, 2М дополнительных приемников 15 излучения, установленных на соответствующих секциях выходных Topllов первого и третьего дополнительных светово дов 4 и 6, блок 16 обработки с N основными входами, каждый из которых связан с выходом соответствующего приемника 11 излучения и M дополнительными входами, М идентичных измерительных каналов 17, 10 каждый из которых содержит последовательно связанные первый усилитель 18, вход которого является первым входом соответствующего измерительного канала 17, первый компаратор 19, интегрирующую цепь 20, первый инвертор 21 и трехвходовой элемент

И 22, выход которого является выходом соответствующего измерительного канала 17, последовательно связанные второй усилитель

23, вход которого является вторым входом соответствующего измерительного канала

20 17, второй компаратор 24 и второй инвертор

25, выход которого связан с третьим входом трехвходового элемента И 22, ждущий мультивибратор 26, вход которого связан с выходом первого компаратора 19, выход — с вторым входом трехвходового элемента И 22, каждый из М дополните,пьных входов блока

16 обработки связан с выходом соответствующего измерительного канала 17, первый и второй входы которого связаны с выходами дополнительных приемников 15 излу30 чения, установленных на симметричных относительно второго дополнительного световода 5.прямоугольных секциях выходных торцов соответственно первого и третьего дополнительных световодов 4 и 6.

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 1 фокусируется линзой 2 на поверхности контролируемого отверстия, формируясь при этом с помощью аксикона 3 в световое кольцо, освещающее 3/4 периметра отверстия, 1/4 периметра закрыта све4р товодами 4 — 6 и поэтому при перемещении устройства внутри детали контролируется лишь 3/4 периметра. Рассеянный на дефектах цилиндрической поверхности световой поток воспринимается секционным волоконно-оптическим световодом 10 и направля ется на соответствующие приемники 11 излучения. Сканирование поверхности осуществляется при поступательном перемещении устройства вдоль оси детали, которое обеспечивается любым известным приводом 13. Когда устройство переместится так, что расстояние от фокусируюшей линзы 7 до торца отверстия детали 8 будет равно фокусному расстоянию линзы, что обеспечивается любым известным датчиком

l2 положения, блок 9 перемешает луч лау зера 1 параллельно самому себе на входной торец световода 5. Пройдя по световоду и сфокусировавшись цилиндрической линзой 7 в линию, направленную по ра1422005

20

30

55 диусу торцовой части отверстия, луч лазера освещает торцовую поверхность детали 8.

Рассеянный на дефектах торцовой части отверстия световой поток воспринимается секциями входных торцов световодов 4 и 6.

Установка двух симметричных приемных световодов 4 и 6 способствует повышению надежности контроля за счет возможности регистрации дефектов с несимметричным сечением профиля. Выполнение световодов

4 и 6 секционными ведет к повышению чувствительности контроля благодаря дифференциации в оценке светового потока.

Регистрация рассеянного светового потока выполняется приемниками 15 излучения.

Однако, при наличии на поверхности дефектов с симметричной формой профиля от одного и того же дефекта световые импульсы воспринимаются симметричными секциями световодов 4 и 6, поскольку на каждую секцию последовательно попадают световые потоки от каждой из внутренних граней дефекта (фиг. 3). В этом случае один дефект, представленный импульсами на двух приемниках 5 излучения, следующими через время Т, воспринимается в виде двух отдельных дефектов. Для исключения такой возможности и повышения достоверности контроля электронная часть устройства работает следующим образом. На выходе симметричных приемников 15 излучения возникают импульсы напряжения, которые усиливаются соответственно усилителями 18 и 23. На выходах компараторов 19 и 24, входы которых соединены с выходами соответствующих усилителей, образуются импульсы прямоугольной формы, совпадающие по времени с исходными световыми импульсами. Задний фронт импульса, возникающего на выходе компаратора 19 (фиг. 2), запускает ждущий мультивибратор 26, который вырабатывает импульс отрицательной полярности, длительность которого Т равна максимально возможному времени между двумя исходными импульсами, возникающими от одного дефекта. Импульс с выхода компаратора 19 задерживается интегрирующей цепью 20 (RICI) и затем инвертируется инвертором 21. Импульс, возникающий на выходе компаратора 24, инвертируется инвертором 25. Затем импульсы с выходов инверторов 21 и 25 и ждущего мультивибратора 26 поступают на входы элемента 22 И. Если время между исходными импульсами меньше Т, на выходе элемента И 22 возникает одиночный импульс положительной полярности, передний фронт которого совпадает с передним фронтом импульса с усилителя 18, а задний фронт— с задним фронтом импульса с усилителя 23 (фиг. 3 a). Если время между исходными импульсами больше Т, на выходе элемента

И 22 возникают два импульса напряжения положительной полярности (фиг. 3 б), т.е. блок 16 обработки регистрирует два независимых дефекта. Значение Т определяется индивидуально для каждой детали 8 экспериментальным путем и зависит, как правило, от параметров ансамбля дефектов, присущих данной технологии обработки.

Формула изобретения

Устройство для контроля качества поверхности цилиндрических отверстий, содержащее оптически связанные лазер, фокусирующую линзу, аксикон, установленный вершиной навстречу излучению лазера. световод, входной и выходной торцы которого выполнены в виде Х кольцевых секций и Х приемников излучения, каждый из которых связан с соответствующей кольцевой секцией выходного торца световода, блок обработки, входы которого связаны с выходами приемников излучения, отличаюи1ееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, oHQ снабжено тремя дополнительными параллельными световодами, первыи и третии из которых расположены симметрично относительно второго дополнительного световода, установленными в плоскости аксикона так, что плоскости входных торцов первого и третьего допол нительных световодов и выходного торца второго дополнительного световода расположены в плоскости основания аксикона и имеют вид прямоугольHиков, длинные стороны которых параллельны радиусу основания аксикона, входные и выходные торцы первого и третьего дополнительных световодов выполнены в виде М прямоугольных секций, входной торец второго дополнительного световода установлен перпендикулярНоосН лазера, дополнительной фокусирующей цилиндрической линзой, образующая которой параллельна радиусу основания аксикона и которая установлена на выходном торце второго дополнительного световода, блоком перемещения луча лазера, установленным междулазером и входным торцом второго дополнительного световода, датчиком положения. выход которого связан с электрическим входом блока перемещения луча лазера, 2.И дополнительными приемниками излучения, установленными на соответствующих секциях выходных торцов перього и третьего дополнительных световодов, М идентичными измерительныMH каналами, каждый из которыx содержит последовательно связанные первый усилитель, вход; которого является первым входом соответствуюгцего измерительного канала, первый компаратор, интегрирующую цепочку, первый инвертор и трехвходовый элемент И, выход которого является выходом соответствующего измерительного канала, последовательно связанныс второй усилитель, вход которого является вторым входом соответствующего измеритель о о канала, второй компаратор и второй инвертор, Выхо:1 которого связи н с третьи м вхо1422005

Ъ дом трехвходового элемента И, ждущий мультивибратор, вход которого связан с выходом первого компаратора, выход — с вторым входом трехвходового элемента И, блок обработки снабжен М дополнительными входами, каждый из которых связан с выходом соответствующего измерительного канала, первый и второй входы которого связаны с выходами дополнительных приемников излучения, установленных на симметричных относительно второго дополнительного световода прямоугольных секциях выходных торцов соответственно первого и третьего дополнительных световодов.

1422005 (1

4 иг. б

Составитель С. Конюхов

Редактор В. Бугренкова Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Заказ 4415/37 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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