Устройство для контроля шероховатости поверхности изделия

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и оптической промышленности для бесконтактного контроля качества прецизионной обработки поверхностей изделий. Цель изобретения - повышение производительности контроля путем одновременного измерения интенсивностей зеркально отраженного и рассеянного света. Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 параллельного монохроматического светового потока и модулятор 2, расположенные в направлении зеркального отражения непрозрачную маску 3 с диафрагмой 22 и фотодатчик 4, электрически связанный с электронным блоком 16 обработки сигналов, две одинаковые рассеивающие пластинки 5, 6, установленные в параллельных плоскостях, составляющих с направлением зеркального отражения угол β*9890° COOTBETCTBEHHO ВНуТРи дВуХ иНТЕгРиРующиХ шАРОВ 7, 8 C зАщиТНыМи эКРАНАМи 9, 10, дВА АлюМиНиРОВАННыХ зЕРКАлА 11, 12, ОпТичЕСКи СВязыВАющиЕ эТи плАСТиНКи, ОСлАбиТЕль 13 иНТЕНСиВНОСТи, уСТАНОВлЕННый МЕжду зЕРКАлАМи 11, 12, фОТОдАТчиК 14, уСТАНОВлЕННый HA ОдНОМ пОдВижНОМ ОСНОВАНии 15 BMECTE C фОТОдАТчиКОМ 4, элЕКТРичЕСКи СВязАННыЕ C элЕКТРОННыМ блОКОМ 16 ОбРАбОТКи СигНАлОВ СВЕТОдиОд 19 и фОТОдиОд 20, ОпТичЕСКи СВязАННыЕ чЕРЕз МОдуляТОР 2, и фОТОдАТчиК 21, РЕгиСТРиРующий бОКОВОЕ излучЕНиЕ иСТОчНиКА 1. НЕпРОзРАчНАя MACKA 3 ВыпОлНЕНА B ВидЕ зЕРКАльНОгО АлюМиНиРОВАННОгО пОКРыТия HA ВНЕшНЕй CTOPOHE РАССЕиВАющЕй плАСТиНКи 5, B KOTOPOM иМЕЕТСя эллипТичЕСКАя диАфРАгМА 22, ОгРАНичЕННАя лиНияМи пЕРЕСЕчЕНия плОСКОСТи МАСКи 3 C дВуМя КОНичЕСКиМи пОВЕРХНОСТяМи, иМЕющиМи Общую ОСь СиММЕТРии, СОВпАдАющую C НАпРАВлЕНиЕМ зЕРКАльНОгО ОТРАжЕНия, и Общую ВЕРшиНу. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 (; О1 В 11/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4466065/25-28 (22) 26.07.88 (46) 23.10.90. Вюл. М 39 (72) И.К.Смирнов, Д.М.Гальперин, И.Н.Аляева и А.A.Королев (53) 531,715.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1067350, кл. G 01 В 11/30, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполье зовано в машиностроении, приборостроении и оптической промышленности для бесконтактного контроля качества прецизионной обработки поверхностей изделий. Цель изобретения - повышение производительности контроля путем одновременного измерения интенсивностей зеркально отраженного и рассеянÄÄSUÄÄ 1601514 А 1

2 ного света. Устройство содержит последовательно расположенные источник

1 параллельного монохроматического светового потока и модулятор 2. расположенные в напра влении зеркаль ного отражения непрозрачную маску 3 с диафрагмой 22 и фотодатчик 4, электрически связанный с электродным блоком 16 обработки сигналов, две одинаковые рассеивающие пластинки 5, 6, установленные в параллельных плоскостях, составляющих с направлением зеркального отражения угол P 90 соответственно внутри двух интегрирующих шаров 7. 8 с защитными экранами

9, 10. два алюминированных зеркала

ll, 12, оптически связывающие эти пластинки, ослабитель 13 интенсивности, установленный между зеркалами

11, 12, фотодатчик 14, установленный

1601514 на одном подвижном основании 15 вместе с фотодатчиком 4, электрически связанные с электронным блоком 16 обработки сигналов светодиод 19 и фотодиод 20, оптически связанные через модулятор 2, и фотодатчик ?1, Регистрирующий боковое излучение источника 1. Непрозрачная маска 3 выполнена в виде зеркального .алюминиt

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и оптической промышленности для бесконтактного контроля качества 2п

Прецизионной обработки поверхности

Изделий.

Цель изобретения - повышение проИзводительности контроля путем одно временного измерения интенсивностей 25 зеркально отраженного и рассеянного света.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, на фиг. 2 и 3графически ход световых лучей. 30

Устройство содержит источник 1 параллельного монохроматического светового потока (лазер), механический модулятор 2, непрозрачную зеркальную маску 3, фотодатчик 4, рассеивающие пластинки 5 и 6, интегрирующие вары 7 и 8, защитные экраны 9. и 10. алюминированные зеркала 11 и 12, ослабитель 13 интенсивности, Фотодатчик 14, подвижное основание 15, 4О электронный блок 16 обработки сигна-., лов, блок 17 измерения сигналов, блок 18 задания порогов шероховатости, светодиод 19, фотодиод 20 и фотодатчик 21.

На чертеже обозначены: угол 8 между направлением зеркального отражения и рассеивающей пластинкой; контролируемая поверхность S, угол Q падения света на контролируемую поверхность; угол 9 рассеяния, выделенный эллиптической диафрагмой 22, телесные углы Я и Q + 5, телесный угол Я, внутри которого распространяется световой поток, проходящий через эллиптическую диафрагму 22 в м.аске 3.

Приведенные на фиг. 2 графическое построения иллюстрируют ход световых рованного покрытия на внешней стороне рассеивающей пластинки 5. в котором имеется эллиптическая диафрагма

22, ограниченная линиями пересечения плоскости маски 3 с двумя койическими поверхностями, имеющими общую ось симметрии, совпадающую с направлением зеркального отражения, и общую вершину. 3 ил.

? лучеи, где ОС = 1 = - расстояcos g ние, проходимое зеркально отраженным световым потоком от контролируемой поверхности S до маски 3, а и а - большие полуоси соответственно внешнего и внутреннего эллипсов, ограничивающих диафрагму 22 в маске 3, Ъ, и Ъ. - малые полуоси этих эллипсов; С и С - центр симметрии сост" ветственно внешнего и внутреннего эллипсов; 6 С - расстояние между этими центрами, А 1 и Ь 1 - проекции отрезков соответственно СС, и СС на направление ОС. Углы q, )5, 8 и

9 + 5 9 имеют тот же смысл, что и на фиг. 1.

Устройство работает следующим образом.

Параллельный монохроматический световой поток от источника 1 модулируется механическим модулятором 2 и падает на контролируемую поверхность S под острым углом (= 8 к ее нормали. Световой поток, зеркально .отраженный этой поверхностью, падает на рассеивающую пластинку 5 с зеркальной маской 3 под углом P = 90 - Ч . При этом он попадает на центральный непрозрачный участок зеркальной маски 3, после отражения от которого направляется зеркалом ll через ослабитель

13 интенсивности на зеркало 12, которое направляет его на рассеивающую пластинку 6, пройдя через которую он рассеивается внутри интегрирующего шара 8. При этом световой поток падает на пластинку 6 в том же направлении, что и на пластинку 5 ° Световой поток, отраженный поверхностью

S под углом & к зеркальному направлению, проходит через диафрагму 22 в маске 3 и рассеивается пластинкой

5 160151

5 внутри интегриоующего шара 7. Применение рассеивающих пластинок 5 и

6 и интегрирующих шаров 7 и 8 исключает интерференционные эффекты и де5 лает возможным использование описываемого устройства для контроля как изотропных поверхностей, так и поверхностей, имеющих регулярную составляющую шероховатости. Величина уг- 10 ла выбирается из условия

d о

2arctg — а g с 8

15 где d — диаметр светового пятна на поверхности S, 1 — расстояние от этого пятна до маски 3 в направлении зеркального отражения. 20

Это необходимо для того, чтобы размеры диафрагмы 22 в маске 3 были заметно больше размеров светового пятна, соответствующего зеркально отраженному пучку, но не превосходили предельных размеров, определяемых чувствительностью фотодатчиков.

Световые поля внутри шаров 7 и 8 регистрируются фотодатчиками 4 и 14 соответственно. Компенсирующий сиг- 30 нал снимается с фотодатчика 21, установленного на боковом излучении лазера. После усиления сигналы с фотодатчиков 4 и !4 детектируются.

В блоке 18 задания порогов шероховатости происходит сравнение измеренного напряжения с порогами в цифровой форме и индикация класса шероховатости поверхности. Перед началом измерений с помощью ослабителя 13 интенсивности выравнивают световые потоки, падающие на фотодатчики 4 и 14, Регистрируют сигнал U с фотодатчика 14, пропорциональный величине светового потока в интегрирую- 45 щем шаре 8., после чего перемещением подвижного основания 15 устанавливают фотодатчик 4 на место фотодатчика 14 и регистрируют сигнал U с фотодатчика 4. пропорциональный вели- 50 чине того же светoeoro потока. Нахо дят отношение этих сигналов К =

Б „ /Б, которое в дальнейшем используют при определении отношения интенсивностей света I (9) и I, в соответствии с формулой

1(О) К1 U4

R =—

Кд Бн

4 6 где U и 111 - сигналы с фотодатчи1 ков 4 и 14 соответственно, одновремен. но зарегистрированнь е в процессе измерений и пропорциональные световым потокам в интегрирующих шарах соот" ветственно 7 и 8., К - коэффициент ослабления света ослабителем 13 интенсивности, равный отношению светового потока, падающего на ослабитель

13, к световому потоку, прошедшему через этот ослабитель 13.

Величины R u R >+ определяют соответственно для контролируемого и эталонного изделия и по формуле

R эм зм рассчитывают среднее квадратическое отношение высот неровностей для контролируемого образца. При осуществлении производственного контроля величина Gz M может быть условно принята равной единице.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащее источник параллельного монохро" матического светового потока и модулятор, последовательно расположенные в направлении падения светового потока на контролируемую поверхность, непрозрачную маску с диафрагмой, расположенную в световом потоке, отраженном контролируемой поверхностью, первый фотодатчик, расположен" ный за маской. в световом потоке, прошедшем через диафрагму, и электронный блок обработки сигналов, электрически связанный с первым фотодатчиком, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения производительности контроля, оно снабжено первым интегрирующим шаром с двумя отверстиями и защитным экраном, расположенным внутри шара между отверстиями перед первым фотодатчиком со стороны падающего на него светового потока так, что одно .из отверстий этого шара находится в этом световом потоке, а другой - напротив первого фотодатчика, первой рассеивающей пластинкой, установленной внутри первого шара перед отверстием, находящимся. в световом потоке, и

160 1 514

Фие. 2

Составитель Л.Лобзова

Техред JI.Ñåðäþêoâà

Корректор З.Лончакова

Редактор Л.Зайцева

Заказ 3266 Тираж 4q4 Подписное

ЬНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент, г.ужгород, ул.Гагарина, 101 составляющей с направлением зеркального отражения я плоскости падения света угол f5 $0, основанием, установленным с возможностью перемещения в плоскости, параллельной рассеивающей пластинке, вторым фотодатчиком, установленным вместе с первым фотодатчиком на основании и электрически связанным с электронным блоком обработки сигналов, вторым интегрирующим шаром с защитным экраном, установленным перед вторым фотодатчикои так, что одно из отверстий этого шара находится напротив второго фотбдатчика, второй рассеивающей пластинкой, установленной внутри второго шатра перед другим отверстием этого шара в одной плоскости с первой рассеивающей пластинкой, двумя зеркалами, установленными соответственно

f перед первым и вторым интегрирующими: шарами с возможностью перемещения и поворота относительно этих шаров и,оптически связывающими первую и вторую рассеивающие пластинки, осла-. бителем интенсивности, установленным между зеркалами, и электрически связанными с электронным блоком обработки сигналов светодиодом и фото. диодом, оптически связанными между собой через модулятор, и третьим фотодатчиком, установленным у боковой поверхности источника параллельного монохроматического светового потока в потоке, рассеянном внутри этого источника, а непрозрачная маска выполнена в виде зеркального покрытия на внешней стороне первой рассеивающей пластинки, диафрагма выполнена эллиптической и образована линиями пересечения плоскости маски с двумя коническими поверхностями, ограничивающими телесные углы, в которых распространяется отраженный световой поток, и имеющими общую ось симметрии, совпадающую с направлением зеркального -отражения, и общую вершину в точке падения светового по25 тока на контролируемую поверхность.