Устройство для контроля качества обработки поверхности изделия

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения микрогеометрии внешних поверхностей , полученных полировкой или алмазным точением. Цель изобретения - повышение достоверности контроля поверхности за счет уменьшения вероятности ошибок контроля качества. Устройство содержит источник оптического излучения. электропривод с блоком управления, механизм сканирования, фотоприемный блок, компаратор измеренного и опорного сигналов , логическую схему И, блок регистрации, интегратор и дифференциатор, входы которых подключены к выходу фотоприемного блока, второй компаратор, вход которого подключен к выходу дифференциатора, логическую схему НЕ. вход которой подключен к выходу второго компаратора, третий компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, электронный ключ, вход которого подключен к выходу логической схемы И. К входам логической схемы И подключены выходы компаратора измерительного и опорного сигналов, третьего компаратора и логической схемы НЕ, выходы электронного ключа подключены к входам блока управления и блока регистрации а к дополнительному входу интегратора подключены выходы компаратора измеренного и опорного сигналов и логической схемы НЕ. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 В 11/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4953898/28 (22) 14.06.91 (46) 30.11.92. Бюл. N 44 (71) Физический институт им..П.Н. Лебедева (72) А.В.Виноградов, И.M.Äèâèëüêoâñêèé, Н.Н.Зорев, И.В.Кожевников, С,И.Сагитов, Л,К.Субботин и А.Г.Турьянский (56) Авторское свидетельство СССР

М 508670, кл. G 01 В 11/30, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N . 654852, кл. G 01 В 11/30, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ:ИЗДЕЛИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения микрогеометрии внешних поверхностей, полученных полировкой или алмазным точением. Цель изобретения— повышение достоверности контроля поверхности за счет уменьшения вероятности ошибок контроля качества. Устройство содержит источник оптического излучения, Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения микрогеометрии внешних поверхностей. полученных полировкой или алмазным точением.

Известно фотометрическое устройство для контроля качества обработки поверхности, содержащее источник света, коллиматор. фокусирующую линзу, фотоприемник и средства поворота образца относительно падающего светового пучка.

Известно также устройство для контроля квчества обработки поверхности, содер„„. Ж„„ 1778522 А 1 электропривод с блоком управления, механизм сканирования, фотоприемный блок, компаратор измеренного и опорного сигналов, логическую схему И, блок регистрации, интегратор и дифференциатор, входы которых подключены к выходу фотоприемного блока. второй компаратор, вход которого подключен к .выходу дифференциатора, логическую схему НЕ, вход которой подключен к выходу второго компаратора, третий компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, электронный ключ, вход которого подключен к выходу логической схемы И. К входам логической схемы И подключены выходы компаратора измеритель.ного и опорного сигналов, третьего компаратора и логической схемы НЕ, выходы электронного ключа подключены к входам блока управления и блока регистрации. а к дополнительному входу интегратора подключены выходы компаратора измеренного и опорного сигналов и логической схемы НЕ. 1 ил.

00 жащее источник оптическо о излучения, Ol алектроприаод с блоком управления. меха- Я низм сканирования, фотоприемный блок. Я компаратор измеряемого и опорного сигналов, логическую схему И и блок регистрации.

Основной недостаток указанного устройства — ошибки определения числа дефектов и качества обработки поверхности образцов, имеющих сложную геометрическую форму и, в частности, прерывистое расположение отработанных и необработанных участков поверхности.

1778522

Цель изобретения — повышение достоверности контроля.

Сущность изобретения заключается в том. что устройство снабжено средствами измерения дифференциальных и интегральнь х характеристик отраженного излучения при сканировании поверхности образца. С учетом указанных характеристик и значений коэффициента отражения определяется момент считывания полезной информации.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит лазер 1, фотоприемный блок 2, генератор управляющих импульсов 3, операционные усилители 4, 5. источник опорного напряжения 6, дифференциатор 7, интегратор 8, компараторы 9—

11. логическую схему 12 НЕ, логическую схему 13 И, электронный ключ 14, блок управления 15 электроприводом 16, механизм сканирования 17 образца 18, блок регистрации, включающий аналого-цифровой преобразователь 19, процессор 20, дисплей 21.

В ыход фото п рием ного блока 2 подкл ючен к входам операционных усилителей 4, 5.

Выходы операционного усилителя 4 подключены к.входам компаратора 9, дифференциатора 7, интегратора 8: выход операционного усилителя 5 подключен к одному из входов аналого-цифрового преобразователя 19. К входам второго компаратора 10 и третьего компаратора 11 подключены соответственно выходы дифференциатора 7 и интегратора 8. К вторым входам компараторов 9 — 11 подключены выходы источника опорного напряжения 6. К входу логической схемы 12 НЕ подключен выход компаратора 10; к входам логической схемы 13 И подключены выходы компараторов 9, 11 и логической схемы 12 НЕ. Выход логической схемы 13 И подключен к входу электронного ключа 14, выход которого связан с блоком управления 15 и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 19, Сигналы управления с выходов компаратора 9 и логической схемы 12 НЕ поступают на соответствующие входы интегратора 8.

В состав фотоприемного блока 2 входят фотодиод, расположенный по оси зеркально отраженного пучка, и ПЗС-структура, которая примыкает к фотодиоду и обеспечивает регистрацию диффузно отраженного излучения. На оптическом входе фотоприемного блока 2 предусмотрена возможность установки фокусирующей линзы.

К входу операционного усилителя 4 подключен фотодиод; к входу операционного усилителя 5 предусмотрена возможность подключения фотодиода и ПЗС-структуры.

4

Угол падения светового пучка может изменяться в пределах 5-15 путем перемещения лазера 1. В аналогичных пределах изменяется угол установки фотоприемного блока 2, Механизм сканирования 17 обеспечивает построчную развертку оптического луча по контролируемой поверхности образца

18 путем линейных перемещений в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Компаратор 10 является сдвоенным и обеспечивает сравнение выходного сигнала дифференцивторв 7 с двумя уровнями U1 I и г (Ог = 1Ог I), Опорные уровни Ог и

Uz поступают соответственно инвертирующий и неинвертирующий входы, а срабатывание компаратора 10 происходит пои выходе сигнала за пределы диапазона (Uz (+ j)

Компаратор 9 образует канал сравнения зеркально отраженного сигнала по амплитуде; дифференциатор 7, компаратор 10 и логический элемент 12 НŠ— канал сравнения по произвольной: интегоатор 8 и компаратор 11 — канал сравнения по интегралу; аналого-цифровой преобразователь 19, и роцессор,20 — счетно-изме рител ьн ый канал.

Работа устройства осуществляется в следующем порядке.

В исходном состоянии образец 18 смещен относительно оптического пучка в одной из крайних положений. Входы аналого-цифрового преобразователя 19 и интегратора 8 заперты соответственно сигналами электронного ключа 14 и компаратора 9. При включении электропривода 16 начинается развертка оптического пучка с постоянной линейной скоростью, Отраженное и диффузно рассеянное излучение от поверхности образца 18 непрерывно регистрируется фотоприемным блоком 2, Сигнал фотодиода фотоприемного блока 2 поступает на входы операционных усилителей 4, 5; сигнал ПЗС-структуры — на вход операционного усилителя 5. Выходной сигнал операционного усилителя 5 поступает на входы компаратора 9, дифференциатора

7 и интегратора 8. Каналы сравнения по амплитуде и производной открыты в течение всего цикла измерений, интегратор 8 открывается в момент превышения выходным сигналом операционного усилителя 4 заданного порогового уровня. Логическая схема 13 И срабатывает при условии поступления на все ее входы потенциала логических единиц. Это выполняется, если

1778522

Kti д UR/ д т 02() (2) Si =(Х qii )хtt

i =1 (4) K2,1 U (т ) с(т > 0з, t1 (3) где 01, 02, 0з — опорные уровни напряжения;

0 (т) — зеркально отраженный сигнал;

t1 — момент превышения порогового уровня 01; т — текущее время;

К1, Кг — размерные козф ициенты.

Величины К1, Кг. йг. Ог, ггз выбирают из следующих соображений. Уровень U t устаНаВЛИВаЮт раВНЫМ Я(0бг, ГдЕ R(— ПарОГОвое значение коэффициента отражения, при котором дефект поверхности надежно идентифицируется при визуальном контроле образца, U — максимальный отраженный сигнал от бездефектного участка поверхности образца. Типичное значение Rt для металлизированной поверхности 0,7 — 0.9. (ч.) 1

Уровень 02 = -02 выбирают по результатам измерения скорости изменения сигнала при перемещении светового пучка перпендикулярно границе бездефектного прямоугольного учас1ка зеркально отражающей поверхности. Если максимальное значение U aKc= К1(д U (t )/äò, то типично

02 = (0,2 — 0,5)0макс. В аналогичных усло(+) виях сканирования проводят интегрирование отраженного сигнала согласно (3). По результатам измерений подбирают величину 0з так, чтобы интеграл в выражении (3) был равен 0з при смещении центра светового пятна на расстояние (0,7 — 1,5)d, где d — диаметр пучка.

Выполнение условий (1 — 3) означает, что коэффициент отражения превышает пороговое значение, облучаемый участок достаточно однороден и зона облучения удалена от края отражающей поверхности.

При срабатывании логической схемы 13 и потенциал логической единицы поступает на электронный ключ 14, который отпирает вход аналого-цифрового преобразователя

19. В оперативную память процессора 20 начинают поступать оцифрованные значения аналоговых сигналов ПЗС-структуры и фотодиода фотоблока 2. характеризующие пространственное распределение отраженного и диффузно рассеянного излучения, Цикл опроса фотодатчиков повторяется до момента запирания аналого-цифрового преобразователя 19. Процессор 20 анализирует последовательность оцифрованных данных и вычисляет усредненные значения сигналов Si ячеек фотоблока 2

55 где qii — сигнал i-го опроса j-ой ячейки фотоблока 2: и число циклов опроса.

Запирание счетного канала происходит при нарушении условий (1-3), например при совмещении зоны облучения с краем отражающей поверхности. Программное прерывание опроса происходит после п х m опросов фотоблока 2 (m — число ячеек).

По окончании цикла линейной развертки по строке производится смещение образца в направлении. перпендикулярном строке на величину = d. Затем цикл линейной развертки повторяется, Рассмотренный режим сбора данных является локально-интегральным, то есть усреднение данных производится по участкам размером L > d.

В случае выбора локального режима контроля при появлении потенциала логической единицы на выходе логической схемы 13 И. поступающего на вход блока управления 15 через электронный ключ 14, прекращается питание электропривода 16 в течение промежутка времени Т =- К AT, где N — заданное для локального режима числа циклов опроса. A T — длительность цикла опроса фотодатчика. После окончания сбора в фиксированном положении производится смещение контролируемой поверхности с заданным линейным шагом i s d, При выполнении в процессе перемещения условий .(1-3) положение образца 18 фиксируется и измерения повторяются. В случае невыполнения условий (1, 2) в интегратор 8 поступает потенциал .логического нуля, обеспечивающий разряд интегрирующей емкости.

По измеренным данным, загруженным в оперативную память процессора 20, рассчитываются полная корреляционная функция высот шероховатостей поверхности, корреляционный радиус. среднее значение высот шероховатостей на контролируемом участке и другие характеристики микрогеометрии поверхности.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Устройство содержит газовый лазер ЛГ-78, генерирующий излучение с длиной волны 633 нм и расходимостью 15, Диаметр светового пучка составлял =2,5 мм. B качестве фотоприемников используются фотодиод ФД-24К и опытный образец

ПЗС-структуры 144 х 240 с диагональю 7 мм.

Обработка сигналов фотодатчиков осуществляется с помСщью системы технического зрения СТ3-1. Для компарации использовав

1778522

Составитель А.Турьянский

Техред M,Moðãåíòàë Корректор: Q.Ãóñòè

Редактор А.Ильин

Заказ 4182 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101 ны блоки аналоговых делений В9-12, Коды платы аналого-цифрового преобразователя через интерфейс подаются на входной порт персонального компьютера с процессором

80286. В качестве образцов использовались 5 металлические диски после чернового прохода алмазного точения,.

Сравнение результатов контроля по 10 образцам с помощью предлагаемого устройства и прототипа, моделируемого путем 10 отключения каналов измерения производной и интеграла, показывает, что предлагаемое устройство обеспечивает более чем двукратное уменьшение вероятности ошибок контроля. 15

Формула изобретения

Устройство для контроля качества обработки поверхности изделия, содержащее источник оптического излучения, электро- 20 привод с блоком управления, механизм сканирования, фотоприемный блок, компаратор измеренного и опорного сигналов, логическую схему И и блок регистрации, о тлича ющеес я тем, что,с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено интегратором и дифференциатором, входы которых подключены к выходу фотоприемного блока, вторым компаратором, вход которого подключен к выходу дифференциатора. логической схемой НЕ, вход которой подключен к выходу второго компаратора, третьим компаратором, вход которого подключен к выходу интегратора, электронным ключом, вход которого подключен к выходу логической схемы И, к входам логической схемы И подключены. выходы компаратора измеренного и опорного сигналов, третьего компаратора и логической схемы НЕ, выходы электронного ключа подключены к входам блока управления электропривода и блока регистрации, а к дополнительному входу интегратора подключены выходы компаратора измеренного и опорного сигналов и логической Схемы

НЕ.