Устройство для контроля качества поверхности

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля поверхности и ширины плоских деталей. Устройство содержит два световодных коллектора 1, 2 с передающей 3,4 и приемной 5,6 ветвями каждый, взаимно оптически сопряженных. Устройство содержит также два излучателя 8,9, два фотоприемника 10,11, синхрогенератор 12, два канала выделения информации, включающие коммутаторы 13, 14, демодуляторы 15,16 блок разности 17, сумматор 18, два блока разбраковки 21, 22, схему обработки измерительной информации и блок 27 регистрации. Устройство решает расширения функциональных возможностей. Синхрогенератор 12 формирует сдвинутые по времени импульсы фаз излучателей 8,9, которые освещают контролируемую плоскую деталь 28, расположенную большей гранью нормально общей оптической оси световодных коллекторов 1, 2. Из полученного сигнала по каждому каналу выделяются составляющие, несущие информацию о величине отраженного и прошедшего потоков излучения. По величине отраженного потока излучения оценивается качество поверхности, а по величине прошедшего ширина плоской детали. После разбраковки блоками 21, 22 результат поступает на блок 27 регистрации. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам контроля качества поверхности.

Известно устройство для контроля качества цилиндрической поверхности [1] содержащее источник света, светоделительную пластину, световод, фотоприемник, блок обработки.

Недостатком этого устройства является большая погрешность измерения, поскольку на результат измерения влияют не только качество поверхности, но и расстояние до нее ввиду монотонного спада оптической характеристики, кроме того, устройство имеет узкие функциональные возможности, поскольку не позволяет контролировать диаметр провода.

Известно устройство для контроля качества цилиндрической поверхности [2] содержащее источник света, линзу, световод из волокон, подводящих и отводящих излучение, чередующихся между собой, приемник излучения, блок обработки информации.

Недостатком этого устройства являются узкие функциональные возможности, поскольку устройство не позволяет контролировать диаметр провода.

Задачей, решаемой предлагаемым устройством, является расширение функциональных возможностей путем одновременного контроля качества поверхности и ширины детали.

Это достигается тем, что в устройстве для контроля качества поверхности, содержащем два световодных коллектора с передающей и приемной ветвями каждый, блок ориентации, первый и второй излучатели, оптически связанные с передающей ветвью соответствующего световодного коллектора, первый и второй фотоприемники, оптически связанные с приемной ветвью соответствующего световодного коллектора, синхронизатор, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму излучателю, последовательно соединенные первый коммутатор, первый демодулятор, блок разности, компаратор, первый блок разбраковки и блок регистрации, выходы первого и второго фотоприемника подключены соответственно к первому и второму входам первого коммутатора, третий выход синхрогенератора к третьему входу первого коммутатора и второму входу первого демодулятора, выход блока разности подключен также к второму входу первого блока разбраковки, световодные коллекторы расположены соосно и оптически связаны между собой, а устройство снабжено последовательно соединенными вторым коммутатором, вторым демодулятором, сумматором, блоком усреднения, усилителем, выход которого подключен к третьему входу первого блока разбраковки, а также подключенным первым и вторым входом соответственно к выходам блока разности и сумматора дифференциальным усилителем, подключенным к его выходу первым входом интегратором, подключенным к выходу последнего вторым блоком разбраковки, выход которого подключен к второму входу блока регистрации, подключенным к выходу компаратора формирователем стробирующего импульса, выход которого подключен к вторым входам второго блока разбраковки и интегратора, выход компаратора подключен также к третьему входу интегратора, выходы второго и первого фотоприемников подключены соответственно к первому и второму входам второго коммутатора, к третьему входу которого подключен третий выход синхрогенератора, подключенный также к второму входу второго демодулятора, выход первого демодулятора подключен к второму входу сумматора, а выход второго демодулятора подключен к второму входу блока разности.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 временная диаграмма работы отдельных блоков устройства.

Устройство содержит (фиг.1) установленные соосно и оптически связанные между собой первый 1 и второй 2 световодные коллекторы с подводящими 3, 4 и приемными 5, 6 ветвями, блок 7 ориентации, первый 8 и второй 9 излучатели, первый 10 и второй 11 фотоприемники, синхрогенератор 12, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому 8 и второму 9 излучателю.

Устройство содержит также первый 13 и второй 14 коммутаторы, первый 15 и второй 16 демодуляторы, подключенный каждый первым входом к выходу соответствующего коммутатора 13, 14, блок 17 разности, сумматор 18, подключенный к выходам блока разности 17 и сумматора 18 соответственно первым и вторым входом дифференциальный усилитель 19, подключенный к его выходу первым входом интегратор 20. В устройство входит также первый 21 и второй 22 блоки разбраковки, компаратор 23, формирователь 24 стробирующего импульса, блок 25 усреднения, усилитель 26, блок 27 регистрации.

Излучатели 8, 9 оптически сопряжены с передающей ветвью 3, 4 соответствующего световодного коллектора 1, 2.

Фотоприемники 9, 10 оптически сопряжены с приемными ветвями 5, 6 соответствующего световода 1, 2. Выход первого фотоприемника 10 подключен к первому входу первого коммутатора 13, к второму входу которого подключен выход второго фотоприемника 11. Выход второго фотоприемника 11 подключен к первому входу второго коммутатора 14, к второму входу которого подключен выход первого фотоприемника 10.

Третий выход синхрогенератора 12 подключен к третьему входу коммутатора 14, 15 и вторым входам демодуляторов 15, 16. Выход первого демодулятора подключен к первому входу блока 17 разности, к второму входу которого подключен выход второго демодулятора 15. Выход последнего подключен также к первому входу сумматора 18, к второму входу которого подключен выход первого демодулятора 15. Выход блока 17 разности подключен к входу компаратора 23, выход которого подключен к первому входу первого блока 21 разбраковки и входу формирователя 24 стробирующего импульса. Выход интегратора 20 подключен к первому входу второго блока 22 разбраковки, к второму входу которого подключен выход формирователя 24 стробирующего импульса, подключенный также к второму входу интегратора 20, к третьему входу которого подключен выход компаратора 23. Выход блока 17 разности подключен к второму входу первого блока 22 разбраковки, к третьему входу которого подключен выход усилителя 26. Выход сумматора 18 подключен к входу блока 25 усреднения, выход которого подключен к входу усилителя 26. Выходы первого 21 и второго 22 блоков разбраковки подключены соответственно к первому и второму входам блока 27 регистрации.

Световодные коллекторы 1, 2 являются волоконно-оптическими коллекторами со смешанными волокнами ветвей на объединенном торце. Размер световодных коллекторов 1, 2 вдоль линии измерения ширины детали больше максимально возможной ширины измеряемой детали 28.

Устройство работает следующим образом.

Сначала деталь 28 отсутствует в зоне контроля. Синхронизатор 12 вырабатывает непрерывную последовательность импульсов тактовый сигнал U_т и синхронно с ним две последовательности импульсов сигналы фазы U_ф1 и U_ф2, активные уровни которых не совпадают во времени (см. фиг.2), например сдвинуты на половину периода. Сигнал U_ф1 поступает на излучатель 8, сигнал U_ф2 на излучатель 9, а импульсы излучения по передающим ветвям 3 и 4 соответствующего световодного коллектора 1 и 2 поочередно передаются в зону контроля.

В отсутствие детали 28 на позиции контроля часть потока изучения отражается от элементов блока 7 ориентации, торца соосного световодного коллектора 2 или 1 и улавливается приемной ветвью 5 или 6 соответствующего коллектора 1 и 2 и подводится к фотоприемнику 10 или 11. На их выходах синфазно с соответствующим сигналом фазы U_ф1 и U_ф2формируется импульсный сигнал U_п1, U_п2 с амплитудой (см. фиг.2). Другая часть потока излучения подсветки по приемной ветви 5 или 6 соосного коллектора проходит к фотоприемнику 10 или 11, и на их выходах формируются импульсы U_п1, U_п2 амплитудой U_ρ находящиеся в противофазе с соответствующими сигналами U_ф1 и U_ф2. Каналы идентичны и амплитуды соответствующей пары одноименных сигналов равны между собой в каждом такте, что достигается соответствующей настройкой каналов.

Таким образом, на выходе каждого из фотоприемников 10 и 11 поочередно, с частотой тактового сигнала U_т присутствуют импульсы амплитудой U_ρ и U_τ. Для их разделения применяются коммутаторы 13, 14, управляемые синхрогенератором 12. На вход первого демодулятора 15 поступает последовательность импульсов амплитудой U_ρ на вход второго демодулятора 16 с амплитудой U_τ Демодуляторы 15, 16 работают как устройства выборки хранения аналоговых сигналов с временем хранения, значительно большим времени выборки.

Выборка осуществляется по тактовому сигналу U_т синхрогенератора 12. На выходе блока 15 присутствует постоянный сигнал с амплитудой U_ρ а на выходе блока 16 сигнал с амплитудой U_τ (см. фиг.2 диаграммы U_ρ( t), U_τ (t) в интервале 0 t₁).

Далее в блоке 17 разности происходит вычитание, а в сумматоре 18 суммирование этих сигналов, соответственно на их выходах имеем U_p U_ρ- U_τ и U_c U_ρ + U_τ. Сигнал U_c через блок 25 усреднения, представляющий собой фильтр низкой частоты, и усилитель 26 с регулируемым коэффициентом усиления уже в качестве опорного сигнала U_оппоступает на вход первого блока 21 разбраковки. На другой вход блока 21 поступает сигнал U_ρ Поскольку в рассматриваемом режиме деталь 28 отсутствует выходной сигнал компаратора 23 U_к (см. фиг.2) запрещает анализ сигналов в первом блоке 21 разбраковки, а также работу формирователя 24 стробирующего импульса и интегратора 20. Блок 19 дифференциального усилителя обеспечивает выделение сигнала U₁, пропорционального составляющей потока излучения подсветки, проходящего из одного канала в другой. На вход интегратора 20 поступает сигнал U₁ U_c U_ρ 2U_τ При подаче блоком 7 ориентации плоской детали 28 на позицию контроля так, что плоскость большей грани нормальна оптической оси световодных коллекторов 1, 2, изменяется соотношение между отраженной и проходящей составляющими потока излучения подсветки и, следовательно, между сигналами U_ρ и U_τ Сигнал U_ρ увеличивается на величину Δ U_ρ, а сигнал U_τ уменьшается на величину Δ U_τ В общем виде для одной поверхности сигнал на выходе первого демодулятора 15 может быть записан в виде U_ρ (t, R( (ρ g') )= U_ρ + Δ U_ρ (t,R(ρ g'))˙ f(t), где t временной параметр; R(ρg') функция, определяющая зависимость отражающей способности участка детали от коэффициента отражения ρ и геометрических параметров g' поверхностных дефектов; f(t) функция, описывающая реакцию измерительного преобразователя на предъявление идеальной детали и принимающей значения: f(t) лностью Соответственно, сигнал на выходе второго демодулятора 16 может быть записан в виде U_τ (t, τ ( g)) U_τ Δ U_τ (t,τ (g)) ˙f(t), где τ (g) функция, определяющая зависимость интегральной пропускной способности системы из двух волоконно-оптических коллекторов от геометрических параметров контролируемой детали.

Величина Δ U_g(t,R ( ρy') уменьшается при наличии дефекта, а величина ΔU_τ (t, τ (g)) прямо пропорциональна ширине детали. Временной параметр t указывает на то, что значение Δ U_ρ или Δ U_τизменяется только при сканировании участка поверхности детали с дефектом. Сканирование детали с ровными бездефектными поверхностями и с постоянной шириной не изменяет величины этих сигналов.

На фиг. 2 представлены диаграммы описанных выше сигналов U_ρ и U_τ; интервал (0, t) соответствует отсутствию детали на позиции контроля; интервал (t₁, t₂) подаче детали на позицию контроля; интервал (t₂, t₃) перекрытию деталью зоны контроля; интервал (t₃, t₄) выходу детали с позиции контроля; интервал (t₄, ∞ ) аналогичен интервалу (0,t₁), т.е. отсутствию детали на позиции контроля после ее прохождения.

В соответствии с описанным алгоритмом условием принятия детали в качестве годной является выполнение неравенства
(t, R(ρ, gʹ))K+ ΔU_τ(t, τ(g))·(1+K)]·f(t)≥
где Δ (t,R(ρg') функция, значения которой равны среднему арифметическому между значениями Δ U_ρ (t, R (ρg'), соответствующим состоянию каждой из контролируемых поверхностей. В отсутствиe дефекта на всех поверхностях (t) ΔU_ρ(t)
К нормирующий коэффициент, устанавливающий уровень опорного сигнала.

Таким образом, при поступлении детали 28 с дефектом поверхности на позицию контроля активным уровнем сигнала компаратора 23 U_k разрешается анализ поступающих измерительного и опорного сигналов в первом блоке 21 разбраковки. Фактически здесь в каждый момент времени t проверяется условие (1) и при его нарушении выдается сигнал брака, фиксируемый в блоке 27 регистрации. Одновременно на вход интегратора 20 поступает сигнал
U₁(t,τ (g)) 2 U_τ 2 Δ U_τ (t,τ (g)) ˙f(t)
При подаче детали 28 на позицию контроля срабатывает компаратор 23 и разрешает накопление сигнала до момента прихода импульса с формирователя 24 стробирующего импульса. Передний фронт стробирующего импульса формируется по заднему фронту сигнала U_к. Деталь 28 считается принятой, если сигнал на выходе интегратора 20 находится в заданном интервале.

Проверка выполнения этого условия осуществляется во втором блоке 22 разбраковки в момент прихода стробирующего импульса с формирователя 24 стробирующего импульса. Результат фиксируется в блоке 27 регистрации. Задним фронтом стробирующего импульса интегратор 20 устанавливается в исходное состояние.

Таким образом, устройство имеет более широкие функциональные возможности, чем прототип, поскольку позволяет одновременно с контролем качества поверхности контролировать и ширину детали.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ, содержащее два световодных коллектора с передающей и приемной ветвями каждый, блок ориентации, первый и второй излучатели, оптически связанные с передающей ветвью соответствующего световодного коллектора, первый и второй фотоприемники, оптически связанные с приемной ветвью соответствующего световодного коллектора, синхрогенератор, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму излучателям, последовательно соединенные первый коммутатор, первый демодулятор, блок разности, компаратор, первый блок разбраковки и блок регистрации, выходы первого и второго фотоприемников подключены соответственно к первому и второму входам первого коммутатора, третий выход синхрогенератора подключен к третьему входу первого коммутатора и второму входу первого демодулятора, выход блока разности подключен также к второму входу первого блока разбраковки, отличающееся тем, что световодные коллекторы расположены соосно и оптически связаны между собой, устройство снабжено последовательно соединенными вторым коммутатором, вторым демодулятором, сумматором, блоком усреднения, усилителем, выход которого подключен к третьему входу первого блока разбраковки, а также подключенным первым и вторым входами соответственно к выходам блока разности и сумматора дифференциальным усилителем, подключенным к его выходу первым входом интегратором, подключенным к выходу последнего вторым блоком разбраковки, выход которого подключен к второму входу блока регистрации, подключенным к выходу компаратора формирователем стробирующего импульса, выход которого подключен к вторым входам второго блока разбраковки и интегратора, выход компаратора подключен также к третьему входу интегратора, выходы второго и первого фотоприемников подключены соответственно к первому и второму входам второго коммутатора, к третьему входу которого подключен третий выход синхрогенератора, подключенный также к второму входу второго демодулятора, выход первого демодулятора подключен к второму входу сумматора, а выход второго демодулятора подключен к второму входу блока разности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2