Устройство для контроля качества наружной резьбы

 

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может применяться при автоматическом контроле качества деталей, имеющих наружную резьбовую поверхность. Устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, блок разделения луча 4, два освещающих световода 5, на выходных торцах которых установлены кольцевого сечения цилиндрические линзы б и 7, а также четыре приемных волоконнооптических коллектора 8, 9, 10,11, входные торцы которых обращены к резьбе под углом 60° к оси освещающего световода, а на

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (19) ((I) (51)5 G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

212 (21) 4899541/28 (22) 04.01.91 (46) 23.03.93. Бюл. ¹ 11 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского (72) Е.И.Гребенюк, Е,Б.Зайченкова, А.Д;Витман, О.Н,Лапина и Д.Е.Акулин (56) Кутан А.К. и др. Точность и производственный контроль в машиностроении. — М,:

Машиностроение, 1985. с. 230.

Патент США ¹ 4457622, кл. G 01 и 21/88, 1984.

Controle en continer pare boice optique

de Aietage "Measurment", ¹ 17, 1983 r., стр.

53 55, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА НАРУЖНОЙ РЕЗЬБЫ (57) Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может применяться при автоматическом контроле качества деталей, имеющих наружную резьбовую поверхность. Устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, блок разделения луча 4, два освещающих световода 5, на выходных торцах которых установлены кольцевого сечения цилиндрические линзы

6 и 7, а также четыре приемных волоконнооптических коллектора 8. 9, 10, 11, входные торцы которых обращены к резьбе под углом 60 к оси освещающего световода, а на

1803735

10

30 вается параллельным линии гребней и 45 ко впадин резьбы в пределах каидого оолеща- бл каждом иэ выходных установлены фотоприемные устройства. Система обработки информации построена таким образом, что производит разделение сигнала с приемников на постоянную и переменную составляющие и, выполняя анализ каждой, выявляет

Настоя щее изобретение относится к области контрольно-измерительной технике и может найти применение при автоматическом контроле качества изделий, имеющих реэьбовую поверхность.

Целью настоящего решения является повышение информативности при контроле качества резьбы за счет определения таких ее параметров как шаг и и средний диаметр

dip, а также выявление дефектов всей резьбовой поверхности типа забоина, заусенцы, стружка между витками, срез вершин профиля. Другой целью настоящего изобрете.ния является повышение надежности контроля за счет одновременного освещения всей поверхности резьбы и исключения влияния погрешности базирования контролируемой детали относительно устройства на результаты контроля.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 представлена функциональная схема устройства для комплексного контроля качества реэьбовых поверхностей; на фиг. 3 — временные диаграммы сигналов устройства.

Устройство, представленное на фиг. 1, содержит источник излучения, например, лазер 1, коллиматор 2, узел разделения пучка на 2 части по интенсивности 3, 4, расположенные на одной оптической оси, В качестве узла разделения луча может быть использован, в частности, комплект из двух зеркал, полупрозрачного 4 и отра>кающего 3. На каждой иэ оптических осей двух пучков, на которые разделен пучок лазера, установлены освещающие волоконно-оптические световоды 5, входные торцы которых имеют сечение в виде окружности, диаметр которой равен диаметру пучка лазера, а выходные в сечении имеют форму полукольца и установлены по винтовой линии резьбы контролируемого изделия так, что сформированный в виде сфокусированного полукольца световой поток оказыотклонение от номинального среднего диаметра резьбы, ее шага, регистрирует наличие дефектов поверхности. При этом автоматически исключается погрешность базирования контролируемой детали относительно устройства. 3 ил. емого полукольца, а область "перегиба" находится вне освещаемой зоны, Вплотную к каждому из выходных торцев волоконных освещающих световодов установлены цилиндрические линзы 6, 7, выполненные также в форме полуколец, причем фокус каждой линзы расположен на уровне номинального среднего диаметра резьбы. Каждый иэ освещающих световодов окружен двумя приемными волоконно-оптическими коллекторами 8-11. Входные торцы коллекторов выполнены в форме полуколец и расположены попарно под углом 60 к каждому из освещающих световодов (6-8,9; 7-10, 11).

15 Угол 60 выбирается из условий получения на приемнике излучения диффузной составляющей отраженного от каждой грани светового потока и исключения попадания на входной торец зеркальной составляющей при переотражении от соседней грани профиля резьбы. Выходные торцы каждого разделены не менее, чем на две части и имеют в сечении окружность, На фиг. 1 каждый из волоконно-оптических коллекторов разделен на 3 части. Увеличение числа частей повышает чувствительность устройства и его разрешающую способность. Выходные торцы волоконно-оптических коллекторов 8, 9, 10, 11 подсоединены вплотную к приемникам излучения 12-23. Контролируемое изделие с резьбой связано с узлом 42, обеспечивающим его поступательное перемещение относительно падающих кольцевых пучков. На выходе каждого приемника излучения установлены усилители 24 череэ фильтр низких частот 25 связанные с входом устройства выборки-хранения (KBX) 26 и с первым входом сумматора

28. Выход УВХ 26 через нормирующий усилитель 27 соединен со вторым входом сумматора 28, Выход сумматора 28 соединен со входом компаратора 29 и через фильтр верхних частот 34 — первым входом компаратора 35, вход стробирования торого соединен с первым выходом ока. формирования стробирующего на1803735

30

40

50

55 пряжения (БФСН) 41, а выход с одним из входов элемента ИЛИ 36. Выход компаратора 29 соединен со входом S RS-триггера 30.

Выход этого триггера соединен с входом 0 триггера 31. Выходы С и R соответственно триггеров 31 и 30 объединены и соединены с вторым выходом БФСН блока формирования стробирующегоi напряжения 41 и со входом управления УВХ 26, третий выход

БФСН соединен со входом стробирования компаратора 29 и через элемент задержки

33 — со входом разрешения записи триггера

30. Выход триггера 31 связан с одним из входов элемента ИЛИ 32.

Выход нормирующего усилителя 27 соединен с первым входом сумматора 37. Выход сумматора соединен с первым входом компаратора 38. Второй вход этого компаратора связан с первым выходом устройства управления 40, а выход компаратора — с одним из входов элемента ИЛИ 39, Второй выход устройства управления соединен со вторым входом компаратора 35, а третий выход — с входом Б Ф С Н 41. Устройство работает следующим образом. 25

Световой поток источника излучения 1 расширяется коллиматором 2 до диаметра, равного диаметру входных торцев волоконно-оптических световодов 5, делится.по интенсивности на две равные части, одна из которых поступает на входной торец правого световода, а другая — на входной торец левого световода. 3а счет того, что выходные торцы световодов выполнены в виде полуколец, а сами они имеют нерегулярную укладку, световой поток формируется в виде полуколец. Установленные на выходных торцах цилиндрические линзы 6 и 7 фокусируют световые потоки в виде полуколец.

При этом фокусные расстояния линз выбираются так, что в случае, если средний радиус резьбы соответствует номинальному значению и ось вращения детали совпадает с осью полукольцевых осветительных световодов; середина перетяжки сфокусированного потока находится на уровне среднего радиуса резьбы. При перемещении контролируемой реэьбовой поверхности поступательного относительно луча лазера последний сканирует всю резьбовую поверхность, перемещаясь по каждой грани профиля. За счет того, что освещающие кольцевые секции смещены относительно друг друга, в зону их действия не попадает тот участок резьбовой поверхности, где происходит "перекрещивание" профиля, что может в противном случае регистрироваться как дефект. Отраженный от поверхности каждой грани световой поток в зоне диффузной составляющей воспринимается соответствующим волоконно-оптическим приемным световодом 8- l1 (рис.1а), Если на грани резьбового профиля имеется дефект, то происходит отклонение индикатрисы рассеяния, как это показано на фиг. 1б. Соответствующая секция каждого из 4 приемных волоконно-оптических световодов воспринимает увеличение отражен ного светового потока и на выходе связанного с ней приемника излучения форма сигнала соответствует показанной на фиг. 3 п.1. Сигнал с выхода фотоприемника, например, 13 усиливается усилителем 24 и проходит через фильтр низких частот 25, осуществляющий фильтрацию шумовой составляющей сигнала. Форма сигнала на выходе фильтра представлена на рис. 3 п.2. Этот сигнал имеет постоянную составляющую, величина которой несет информацию об отклонении среднего диаметра резьбы от но финального. Для выявления этой постоянной составляющей используется устройство выборки-хранения

УВХ 26, Сигнал на выходе УВХ поступает с выхода-фильтра 26. Управление УВХ осуществляется стробирующими импульсами, вырабатываемыми в блоке формирования стробирующего напряжения (БФСН) 41. Положение этих импульсов относительно исходного сигнала показано на фиг, 3 п.5, На выходе УВХ формируется постоянное на пряжение, соответствующее по уровню сиг- налу от затемненных участков резьбы.

Напряжение с выхода УВХ через нормирующий усилитель 27 поступает на первый вход сумматора 37. На второй вход этого сумматора поступает сигнал с выхода нормирующего усилителя канала, фотоприемник которого расположен диаметрального противоположно фотоприемнику 13, например

22. В результате вычитания этих двух сигналов, что необходимо для устранения ошибки из-за погрешности базировки детали, на выходе сумматора 36 образуется напряжение, пропорциональное отклонению диаметра детали от номинального. Это напряжение поступает на первый вход компаратора 38 и сравнивается с опорным напряжением, поступающим на второй вход компаратора с устройства управления 40. В случае, когда напряжение на первом входе компаратора

38 превышает пороговый уровень, на выходе этого компаратора образуется сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 39 к схеме регистрации отклонения диаметра.

Шаг резьбы контролируемой детали определяется *по переменной составляющей сигнала с выхода фильтра 25. Выделение переменной составляющей осуществляется на сумматоре 28, на один вход которого поступает сигнал с выхода фильтра 25, а на

1803735 другой — с выхода нормирущего усилителя

27. Форма результирующего сигнала на выходе сумматора 28 соответствующего по времени освещенным участкам резьбы, показана на фиг, 3 п.6. Напряжение с выхода сумматора 28 сравнивается компаратором

29 с нулевым уровнем в момент действия стробатора, вырабатываемого блоком

БФСН (фиг. 3, п.4). В результате; в случае соответствия шага резьбы номинальному, на выходе компэратора образуются положительные импульсы (фиг. 3, п.7), которые своим передним фронтом устанавливают

RS-триггер 30 в состояние логической единицы, Эта информация переписывается по переднему фронту строба (фиг, 3, п.5) в D-триггер 31, а по заднему фронту строба осуществляется сброс RS-триггера, В случае превышения шага резьбы номинального импульсы на выходе компаратора отсутствуют и на выходе инверсном 0-триггера появляется уровень логической единицы, который складывается по схеме . ИЛИ 32 с сигналами от других каналов и поступает нэ схему регистрации отклонения шага резьбы от номинального. В случае отклонения шага . резьбы в меньшую сторону на выходе компараторэ (фиг. 3, п.7) возникают импульсы.

Однако, поскольку в этом случае их передний фронт совпадает с передним фронтом строба (фиг. 3, п.4) а импульс разрешения записи поступает на триггер 30 с небольшой задержкой по отношению к этому стробу, определяемой элементом ЗЗ, то записи логической "1" в триггер 30 в этом случае не происходит, и на выходе этого триггера, и, следовательно, триггера 31 также присутствует информация об отклонении шага от номинального.

Наличие дефектов на поверхности контролируемой резьбы определяется по присутствию в этом случае высокочастотных составляющих в спектре сигнала. Эти высокочастотные составляющие выделяются из выходного сигнала сумматора 28 фильтром верхних частот 34. В результате на выходе фильтра формируется сигнал, показанный на фиг. 3, п.10. Этот сигнал и сравнивается с опорным напряжением, формируемым устройством управления 40. В случае наличия сигнала от дефекта, на выходе компаратора образуется положительный импульс, который суммируется с сигналами от других каналов устройства на выходе схемы ИЛИ 36 и поступает к схеме регистрации дефектов.

Блок формирования стробирующих напряжений 41 обеспечивает формирование этих напряжений с параметрами, меняющимися в зависимости от сигналов устройства

30 вой и второй цилиндрических линз в форме

40

25 управления 40. Устройство управления 40 представляет собой ОЗУ или ПХУ с выходными ЦАПами и в зависимости от типоразмера контролируемых деталей формируют те или иные значения опорных напряжений и коды управления блоком 41.

Формула изобретения

Устройство для контроля качества на-! ружной резьбы, содержащее источник излучения, оптически связанные фокусирующий блок и приемник излучения, схему обработки сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности и надежности контроля; оно снабжено последовательно расположенными между источником излучения и фокусирующим блоком коллиматором и узлом разделения потока излучения по интенсивности на первый и второй пучки, первым и вторым волоконно-оптическими освещающими световодами, размещенными соответственно по ходу первого и второго пучков излучения, входные торцы каждого из световодов выполнены в виде окружности, выходные торцы — в виде полуколец, предназначенных для установки по винтовой линии контролируемой резьбы так, что пучки освещающего излучения параллельны линии гребней и впадин резьбы, фокусирующий блок выполнен в виде перполуколец, установленных на выходе соответствующего первого и второго волоконнооптических освещающих световодов двух пар коллекторов, попарно симметрично расположенных .соответственно относительно осей первого и второго освещающих световодов под углом 60 к осям каждого иэ них, входные торцы каждого из коллекторов выполнены в форме полуколец, выходные торцы разделены на и частей, где n > 2, сечение каждой из которых является окружностью, прйемник излучения выполнен в виде и фотоприемников, каждый из которых соединен с выходным торцом коллектора, схема обработки сигнала выполнена в виде и каналов, каждый иэ которых состоит из последовательно соединенных усилителя, фильтра низких частот, устройства выборкихранения, нормирующего усилителя первого сумматора, первого компаратора, RS-триггера и D-триггера, блока формирования стробирующего напряжения, последовательно соединенных фильтра верхних частот и элемента задержки, второго компаратора, последовательно соединенных второго сумматора, третьего компаратора и .элемента ИЛИ, блока управления, блока формирования стробирующего напряжения, выход устройства выборки-хранения соединен с вторым входом первого сумма10

1803735

Фиг.2. тора, выход первого сумматора связан через фильтр верхних частот и с первым входом второго компаратора, вход стробирования второго компаратора соединен с первым выходом блока формирования стробирующего напряжения, а выход — с первым входом первого элемента ИЛИ, блока формиоования стробирующего напряжения, второй выход которого соединен со входом управления устройства выборки-хранения, с входом сброса RS-триггера и синхровходом

О-триггера, а третий выход блока формирования стробирующего напряжения связан с входом стробирования первого компаратора и через элемент задержки — с входом разрешения записи RS-триггера, S-вход RSтриггера соединен с выходом первого компаратора, а выход RS-триггера связан с Dвходом 0-триггера, выход D-триггера соединен с первым входом второго элемен5 та ИЛИ, а выход нормирующего усилителя связан с первым входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с первым входом третьего компаратора, а выход третьего компаратора связан с первым вхо10 дом, при этом второй вход третьего компаратора соединен с первым выходом блока управления, второй выход блока управления связан с вторым входом второго компаратора, а третий выход блока управления

15 соединен с входом блока формирования стробирующего напряжения.

1803735 й9>мЯ46 ОФ шмс6ав е î жг жми

9 . sbdd kd dIbu0

Фиг.З.

Составитель Е. Гребенюк

Техред М. Моргентал Корректор 3. Салко

Редактор О. Стенина

Заказ 1048. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101