Устройство для измерения шероховатости поверхности изделия

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим измерителям шероховатости поверхности различных изделий, и предназначено для использования в металлургической, машиностроительной и электронной промышленности . Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения за счет многократного отражения от исследуемого участка поверхности и организации отражения во взаимно противоположных направлениях.Устройство содержит осветительную систему, которая создает пучок света , направленный к поверхности основания с отверстием, две оптические системы. На оси .оптической системы расположено зеркало , которое направляет излучение, сканируемое модулятором с пластиной, на фотодиод. В зазоре между светодиодом и фотоприемником проходит пластина таким образом, что фотодиод всегда фиксирует только одну составляющую отраженного потока . Система измерения сигналов состоит из усилителя, блока разделения сигналов, который связан с фотоприемником, блоком деления и показывающим устройством. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 01 В 11/30

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

1 !

О о

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4945251/28 (22) 13.06.91 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им.Г.И.Носова (72) В.К,Белов, А,К.Басиров и В.Г.Бочкарев (56) Кучин А.А., Обрадович К.П. Оптические приборы для определения шероховатости

: поверхности. Л.: Машиностроение, 1981, с.173 — 174.

Авторское свидетельство СССР

М 1427180, кл. G 01 В 21/30, 1988., (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим измерителям шероховатости поверхности различных изделий, и предназначено для использования в металлургической, машиностроительной и электронной промышленИзобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим измерителям шероховатости поверхности различных изделий, и предназначено для использования в металлургической, машиностроительной и электронной промышленности.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измеряемой величины.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 — оптическая система с плоским отражателем — зеркало с отверстием; на фиг.3 — оптическая система с отражателем —; на,в> . Ы и> 1816964 А1 ности. Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения за счет многократного отражения от исследуемого участка поверхности и органиэации отражения во взаимно противоположных направлениях, Устройство содержит осветительную систему, которая создает пучок света, направленный к поверхности основания с отверстием, две оптические системы. На оси,оптической системы расположено зеркало, которое направляет излучение, сканируемое модулятором с пластиной, на фотодиод. В зазоре между светодиодом и фотоприемником проходит пластина таким образом, что фотодиод всегда фиксирует только одну составляющую отраженного потока, Система измерения сигналов состоит из усилителя, блока разделения сигналов, который связан с фотоприемником, блоком деления и показывающим устройством. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. фиг.4- оптическая система с отражателем— формы призмы.

Устройство содержит осветительную систему 1, которая создает пучок света, направленный под углом 20 — 30 к поверхности основания 2 с отверстием, две оптические системы 3 и 4. Оптическая система 3 расположена на оси падающего луча от осветителя 1, на фокусном расстоянии линзы 5 от точки падения луча на поверхность. Другая оптическая система 4 расположена между точкой падения излучения на фокусном расстоянии линзы 5 по направлению зеркального отражения. На оси оптической системы 4 расположено зеркало б, 1816964 которое направляет излучение, сканируемое модулятором 7 с пластиной 8 на фотоприемник 9. Ключевое устройство состоит из светодиода 10 с фотоприемником 11, в зазоре между которыми проходит пластина 5

8 модулятора 7, таким образом, что фотоприемник 9 всегда фиксирует только одну составляющую отраженного потока, либо зеркальную, либо диффузную составляющую отраженного потока, Блок обработки электрического сигнала состои1 из усилителя 12, блока разделения сигналов диффузной и зеркальной составляющей отраженного потока 13, который связан с фотоприемником 11, блоком деления сигналов 14 и показывающим устройством 15.

Отражатели оптических систем 3, 4 могут быть выполнены в виде плоского зеркала с отверстием 16, в виде усеченного конуса с отверстием в вершине 17, в виде призмы 20 крышки 18, Устройство работает следующим образом.

Осветитель 1 (лазер) дает тонкий пучок света, который падает под углом дк норма- 25 ли основания через отверстие основания 2 на исследуемую поверхность. Этот луч проходит через отверстие оптической системы

3, так что ось этой оптической системы сов- падает с направлением падающего луча. 30

Зеркальная составляющая отраженного излучения проходит через отверстие оптической системы 4, Оптическая ось системы 4 совпадает с направлением зеркальной составляющей отраженного излучения. Диф- 35 фузная составляющая отраженного излучения вблизи направления зеркальной составляющей отражается оптической системой 4 обратно, причем отраженный поток лежит в конусе, вершина которого находит- 40 ся в точке падения луча А, а основанием конуса является отражающая поверхность оптической системы 4, Часть этого диффузного потока после отражения от исследуемой поверхности вновь возвращается 45 оптической системой 3 в точку падения излучения. Таким образом между оптическими системами 3 и 4 осуществляется многократное отражение диффузной составляющей излучения, проходящего через 50 точку падения луча А. Через отверстие оптической системы 4 проходит зеркальная составляющая отраженного излучения и часть диффузной составляющей, обусловленной многократными отражениями между опти- 55 ческими системами 3, 4 и отражениями в точке А, Этот поток, обозначим его Ф, отражаясь от зеркала 6, направляется на фотоприемник 9. На фотоприемник 9 также направляется диффузно составляющая отраженного излучения под углом 90 к поверхности, обозначим его %. Эта диффузно составляющая обусловлена падающим лучом от осветителя 1 и лучами многократного отражения между оптическими системами 3 и 4 в точке А. Потоки Ф1 и Ф сканируются цилиндрическим модулятором 7 с двумя одинаковыми прямоугольными отверстиями на боковой поверхности, Ось модулятора

7 проходит через поверхность фотоприемника 9. Модулятор 7 имеет пластину 8, которая проходит в зазоре ключевого устройства между светодиодом 10 и фотоприемником 11, Пластина 8 расположена таким образом, что ключевое устройство срабатывает в моменты, когда отверстие модулятора 7 сканирует либо поток Ф, либо

4 . Сигнал от фотоприемника 9 усиливается усилителем 12 и подается на блок разделения сигналов 13, который связан с фотоприемником 11 ключевого устройства.

Усиленные и разделенные сигналы, характеризующие потоки Ф и Ф, далее подаются на блок деления сигналов 14, a c него на показываем ее устройство 15. Так как поток

Ф1 ехр(-KR ), а поток@ KR, тоихотношение Ф /% KRYO exp(KRs ) зависит от величины параметра шероховатости, где Кпостоянный коэффициент, зависящий от длины волны падающего излучения, R>— среднее арифметическое отклонение абсолютных значений ординат микропрофиля от базовой линии. Показания регистрирующе- го устройства зависят от величины й,. Если оптические системы 3 и 4 реализованы в виде плоского зеркала с отверстием, то когерентные составляющие светового потока многократно отраженные между этими оптическими системами не перемешиваются.

Если оптические системы 3 и 4 реализованы в виде уголкового конического отражателя, то когерентные составляющие светового потока многократно отраженные между этими оптическими системами перемешиваются.

Если оптические системы 3 и 4 реализованы одна в виде призмы-крышки, то когерентные составляющие светового потока, многократно отраженные между этими системами, перемешиваются, Формула изобретения

1, Устройство для измерения шероховатости поверхности изделия, содержащее основание, в котором выполнено отверстие, осветительную систему, укрепленную на основании и предназначенную для формирования светового потока под углом а-20—

30 к плоскости основания, оптическую приемную систему зеркальной и диффузной со1В16964 ставляющей отраженного светового потока, состоящую иэ цилиндрического модулятора, фотоприемника, который расположен на оси вращения цилиндрического модулятора, и параболического зеркале, установленного по ходу зеркальной составляющей отраженного светового потока, оптическая ось которого образует с плоскостью основания угол ф = а / 2, а его вершина равноудалена от оси цилиндрического модулятора и от плоскости основания, источник света, дополнительный фотоприемник и блок обработки сигнала, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, оно снабжено двумя оптическими системами, каждая иэ которых содержит линзу и отражатель, одна из которых расположена на оси падающего луча от осветительной системы, другая расположена по ходу эеркальной составляющей отраженного cseToвого потока, а оптические оси линз совпадают с осями, соответственно падающего и зеркально отраженного светового потока.

5 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что отражатель выполнен в виде плоского зеркала с отверстием, а ось отверстия совпадает с осью линзы.

10 3.Устройствопоп.1,отлича ющеес я тем, что отражатель выполнен в виде уголкового конического отражателя с отверстием в вершине, а ось отверстия совпадает с осью линзы и с осью конуса.

15 4, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что отражатель выполнен в виде призмы-крыши, развернутой большим основанием к линзе, а ось, проходящая через центры большой и малой граней призмы, 20 совпадает с осью линзы.

Редактор

Фиг. 4

Составитель

Техред М.Моргентал Корректор H.Ãóíüêo

Заказ 1717 . 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