Устройство для измерения шероховатости поверхности

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повьшение точности и стабильности измерений путем исключения погрешностей , обусловленных температурной нестабильностью элементов схемы. Осветительная система направляет пучок света на контролируемую поверхность под углом tt 20-30° . При вращений модулятора 8 фотоприемник 7, располо-,; женньй на его оси под углом И я 40-50 к основанию, регистрирует попеременно диффузную и зеркальную составляющие отраженного светового потока. Электронная схема усиливает и логарифмирует выходные сигналы фотоприемника 7 усилителем 12, разделяет на сигналы диффузной и зеркальной составляющей ключевым блоком 13, преобразует их в постоянное напряжение блоком 16 преобразования. Напряжение на выходе вычитателя 17 пропорционально пара-; метру шероховатости. 3 ил. I сл Фиг.1

союз советсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д11 4 G 01 В 21/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21» 4079413/24-28 (22» 18.06.86 (46) 30.09.88. Бюл. Ф 36 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И. Носова

° (72) В.К. Белов и В.Г. Бочкарев (53) 531.7.717(088.8) (56» Авторское свидетельство СССР

В 1024708, кл. G 01 В 11/30, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение точности и стабильности измерений путем исключения погрешностей, обусловленных температурной нестабильностью элементов схемы. Осве„„SU„„. l 427180 тительная система направляет пучок света на контролируемую поверхность под углом са 20-30 . При вращении модулятора 8 фотоприемник 7, располо-,. женный на его оси под углом P=40-50 к основанию, регистрирует попеременно диффузную и зеркальную составляющие отраженного светового потока. Электронная схема усиливает и логарифмирует выходные сигналы фотоприемника 7 усилителем 12, разделяет на сигналы диффузной и зеркальной составляющей ключевым блоком 13, преобразует их в постоянное напряжение:. блоком 16 преобразования. Йапряжение на выходе вычитателя 17 пропорционально пара"; Ж метру шероховатости. 3 ил.

1427180

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим измерителям шероховатости поверх. ности различных изделий и предназна5 чена для использования в металлургической, машиностроительной и электронной промьппленности, когда необходим экспрессный метод контроля шероховатости поверхности. 10

Цель изобретения — повышение точности и стабильности измерений путем исключения погрешностей, обусловлен. ных температурной нестабильностью

: элементов схемы. !5

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, на выходах фотоприемника, ключевого блока и блока преобразования; на фиг. 3. — схема расположения осве- 20 тительной и приемной систем относительно основания.

Устройство содержит основание 1

: с отверстием 2, через которое освещается исследуемая поверхность. На 25 основании расположена осветительная система 3, состоящая из лампы 4 накаливания и фокусирующей линзы 5,, оптическая приемная система зеркальной составляющей светового потока, 30 которая состоит из параболического

I зеркала 6, фокусирующего поток на фотодиод 7, и оптическая приемная система диффузной составляющей свето. вого потока — фотодиод 7, и оптическая приемная система диффузной составляющей светового потока — фотодиод 7, ь плоскость которого образует уголь=45 с плоскостью основания и который расположен на оси цилиндрического моду- 40 лятора 8,. имеющего два диаметрально расположенных отверстия 9 и 10. Система измерения сигналов от диффузной и зеркальной составляющих светово

Го потока состоит из усилителя 11 .45 логарифмического усилителя 12, ключевого блока 13 разделения сигналов диф фуэной и зеркальной составляющих светового потока, для синхронизации .работы которого используют дополнительные 5 источники 14 света — лампочку накали- вания и дополнительный фотодиод 15, блок 16 преобразования импульсных car. налов в постоянные и вычитатель 17., Применение параболического зеркала 5 позволяет, во-первых, использовать один фотоприемник для регистрации и зеркальной и диффузной составляющих отраженного светового потока, что при . водит к повышению точности и стабильности измерения; во-вторых, обеспечивать распространение отраженного от параболического зеркала зеркальной составляющей светового потока параллелльно плоскости основания, для чего необходимо, чтобы вершина параболического зеркала находилась эквидистантно с осью цилиндрического модулятора от плоскости основания, а оптическая ось наклонена под углом eC/2 к плоскости основания; в-третьих, компенсировать доплонительное расхождение зеркальной составляющей отраженного светового потока, связанное с тем, что при измерении шероховатости поверхности изделия устройством, контролю подвергается некоторый участок поверхности, имеющий определенную площадь (через отверстие в .основании), которая приблизительно равна активной площади фо,тодиода, Так как падающий световой поток заключен в некотором телесном угле и является расходящимся, в особенности при измерении шероховатости поверхности изделий, имеющих цилиндрическую форму (например, прокатных валков), и так как. оптическая длина пути зеркальной составляющей отраженного светового потока больше, чем диффузной, то необходима его фокусировка, чтобы на фотоприемник сигналы зеркальной и диффузной составляющей попадали с одного и того же контролируемого участка поверхности изделия, что приводит к повышению точности измерения.

Применение параболического зеркала позволяет также сделать сравнимыми интенсивности .зеркальной и диффузной составляющих отраженного светового потока при измерении шероховатости поверхности изделия с параметрами шероховатости R4, близким к длине волны регистрируемого излучения, что приводит к повышению точности системы измерения.

Для работы устройства необходимо, чтобы перекрытие светового потока дополнительного источника света на дополнительный фотодиод происходило, например, только в моменты попадания зеркальной составляющей отраженного светового потока на фотоприемник. Для этого необходимо, во-первых, чтобы ширина пластины 18, укрепленной на торце цилиндрического модулятора 8, была равна или несколько превышала

3 1427 размер отверстий модулятора 2; вовторых, для синхронизации работы ключевого блока 13 разделения сигналов зеркальной и диффузной составляющей необходимо совместить отверстия 9 и

10 модулятора 8 с пластиной, а дополнительные источник света 14 и фотодиод 15 разместить эквидистантно оси модулятора 8 от основания 1, 10

Устройство работает следующим образом.

Лампа 4 накаливания создает пучок света, направленный под углом к поверхности основания 30 на контроли-, 15 руемую поверхность изделия через отверстие 2 в основании 1. Пучок света фокусируется линзой 5. При отражении от шероховатой поверхности регистрируются части зеркальной S(t) и диф- 20 фузной D(t) составляющих отраженного светового потока. Диффузная составляющая светового потока в моменты про-хождения через отверстия 9 и 10 цилиндрического модулятора 8 попадает 25 на фотодиод 7, а зеркальная составляющая светового потока, отражаясь от параболического зеркала 6 и проходя в соответствующие моменты времени через отверстия 9 и 10 цилиндрическо-1 30

ro модулятора 8, также попадает на фотодиод 7. Эпюры снимаемых напряжений приведены на фиг. 2а.

Освещение контролируемой поверх-! ности осуществляется на некотором ог.— раниченном участке (приблизительно равном активной площади фотоприемника), диффузная составляющая достигает поверхности фотоприемника лишь через отверстие в модуляторе, когда моду- 40 лятор проходит нижнее положение при вращении. При этом импульсы диффузной (и зеркальной) составляющих не имеют строго прямоугольную форму. Поэто- му в качестве блока 16 преобразова- 45 ния импульсных сигналов в постоянные применен пиковый детектор, постоянное напряжение на выходе которого равно максимальному значению входного сигнала, при этом фиксируется лишь 50 максимальное значение интенсивностей.

В связи с этим, отклонение формы импульсов зеркальной и диффузной составляющих от прямоугольной не влияет на результаты измерения. т

Угол 8 наклона фотоприемника к плоскости основания выбран близким к 45 (40-50 ), так как при этом

cos(3=sing, и напряжение S(t) и D(t) 180 соизмеримы при значении параметра шероховатости Б>, близкого к длине волны регистрируемого излучения, что необходимо для повьппения точности обработки сигналов системой измерения.

Сигнал с фотодиода подвергается усилению в усилителе 11, логарифмированию логарифмическим усилителем

12 и поступает на ключевой блок 13, который разделяет сигналы диффузной и зеркальной составляющих отраженного светового потока (фиг. 2б,в), Для синхронизации работы ключевого устройства 13 используют дополнительные источйики 14 света — лампочки накаливания и фотодиод 15. Поток света от источника 14 света перекрывается пластиной 18, жестко связанной с цилиндрическим модулятором 8 в те моменты времени, когда на фотодиод 7 через отверстия 9 и 10 цилиндрического модулятора 8 проходит зеркальная

1 составляющая отраженного светового потока и не попадает на дополнительный фотодиод 15 ° Импульсы дополнительного фотодиода 15 управляют ключевым блоком 13, с одного выхода которого снимают сигналы, пропорциональные логарифму зеркальной составляющей отраженного светового потока 1nS(t), а с другого — пропорциональные логарифму диффузной составляющей отраженного светового потока lnD(t). Далее эти сигналы поступают на блок 16 преобразования импульсных сигналов в по.". стоянные 16 (фиг. 2г,д) и подаются на два входа вычитателя 17, напряжения на выходе которого V(t)-1nD(t)-1лБ(С)=1пР(С)/S(t), т.е. пропорционально параметру шероховатости R

Формула изобретения

Устройство для измерения шероховатости поверхности, содержащее основание с отверстием, укрепленную на основании осветительную систему, I предназначенную для формирования о светового потока под углом ah =20-30 к основанию, оптическую приемную сис. тему с фотоприемником и блок обработки электрического сигнала, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерения, оно снабжено оптически связанными дополнительными сточкиком света и фотоприемником, установленным с возможностью врашення цнлиндри1427180 ческим модулятором, на цилиндрической поверхности которого выполнено два диаметрально расположенных осевых отверстия, а на торцовой поверхности закреплена пластина, предназначенная для перекрытия светового потока до.полнительного источника света в момент фиксирования зеркальной составляющей, установленным по ходу зер- 1п кальной составляющей отраженного светового потока параболическим зеркалом, оптическая ось которого образует с плоскостью основания угол g=eLf2, а

его вершина расположена эквидистантно оси цилиндрического модулятора от плоскости основания, фотоприемник оптической приемной системы расположен на оси вращения цилиндрического модуо лятора под углом Р 40-SO к плоскости основания, блок обработки сигнала выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, логарифмического усилителя, ключевого блока, блока; преобразования и вычитателя, второй вход ключевого блока связан с выходом дополнительного фотоприемника.

-1427180

Составитель О. Несова

Редактор Л. Пчолинская Техред A.Кравчук

Корректор В. Романенко

Заказ 4842/36

Тирах 680

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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