Оптоэлектронный способ контроля формы объекта

 

Использование: в измерительной технике, а конкретно, может быть использовано в приборостроении и точном машиностроении для контроля с повышенной точностью объектов сложной формы. Сущность изобретения заключается в том, что в оптоэлектронном способе контроля формы объекта, включающем то, что освещают по выбранным направлениям поверхность контролируемого объекта, регистрируют отраженное излучение и судят о форме объекта по параметрам электрических сигналов с учетом параметров электрических сигналов, соответствующих излучению, отраженному от эталонной поверхности после ее освещения, в качестве эталонной поверхности используют поверхность объекта с эталонной формой с нанесенными на нее слоями загрязняющего вещества известной толщины, по результату контроля формы объекта с эталонной поверхностью определяют длину волны λ_к излучения, при освещении которым эталонной поверхности поглощение излучения известным загрязняющим слоем максимально, рассчитывают поправки, определяемые из зависимости максимальной амплитуды электрических сигналов от толщины загрязняющего слоя, освещают контролируемую поверхность излучением с длиной волны λ_к , а о форме контролируемого объекта судят с учетом рассчитанной поправки. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении и точном машиностроении для повышения точности контроля формы объектов.

Известен способ контроля формы объекта (SU, а.с. N 1665231, кл. G 01 B 21/20, 1988), при котором освещают эталонный объект оптическим излучением, осуществляют прием отраженного излучения в контрольных точках, преобразуют отраженное излучение в электрический информативный сигнал, запоминают эталонные сигналы в каждой из контрольных точек в момент достижения заданного уровня опорного сигнала, аналогично запоминают сигнал от контролируемого объекта и определяют отклонение формы контролируемого объекта по изменению сигналов от контролируемой поверхности по сравнению с сигналами от эталонной поверхности.

В реальных условиях, несмотря на подготовку объекта к контролю, на отдельных участках объекта возможно наличие остаточного загрязнения, например, смазочно-охлаждающими жидкостями (далее в тексте СОЖ) (Малиновский Г.Т. Масляные смазочно-охлаждающие жидкости для обработки металлов резанием. М.Химия, 1993, с.160. В известном способе при наличии загрязнения контролируемой поверхности может происходить поглощение освещающего излучения. Это может привести к уменьшению амплитуды отраженного излучения, регистрируемого фотоприемником, и, следовательно, к выдаче сигнала, не соответствующего действительной форме контролируемого объекта. Это ведет к снижению точности контроля и является недостатком известного способа.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанного недостатка и расширение функциональных возможностей средств контроля формы объектов. Учет погрешности контроля, выражающейся в уменьшении амплитуды отраженного излучения и вызванной наличием на поверхности объекта загрязняющей пленки, например, СОЖ, осуществляется путем введения поправок.

Технический результат достигается тем, что в оптоэлектронном способе контроля формы объекта, заключающемся в том, что освещают по выбранным направлениям поверхность контролируемого объекта, регистрируют отраженное излучение и судят о форме объекта по параметрам электрических сигналов с учетом параметров электрических сигналов, соответствующих излучению, отраженному от эталонной поверхности после ее освещения, согласно изобретению, в качестве эталонной поверхности используют поверхность объекта с эталонной формой с нанесенными на нее слоями загрязняющего вещества известной толщины, по результатам контроля формы объекта с эталонной поверхностью определяют длину волны λ_к излучения, при освещении которым эталонной поверхности поглощение излучения известным загрязняющим слоем максимально; рассчитывают поправки, определяемые из зависимости максимальной амплитуды электрических сигналов от толщины загрязняющего слоя, освещают контролируемую поверхность излучением с длиной волны λ_к а о форме контролируемого объекта судят с учетом рассчитанной поправки.

На чертеже представлено: 1 спектральная характеристика известного загрязняющего вещества, 2 источник излучения, 3 передающий световод, 4 - эталонный объект, 5 слой загрязняющего вещества известной толщины, 6 слой загрязняющего вещества с другим значением толщины, 7 приемный световод, 8 - фотоприемник, 9 запоминающее устройство, 10 функция измерительного преобразования волоконно-оптического датчика для чистой поверхности эталонного объекта, 11 функция измерительного преобразования волоконно-оптического датчика для участков поверхности эталонного объекта со слоем загрязняющего вещества 5, 12 функция измерительного преобразования волоконно-оптического датчика для участков поверхности эталонного объекта со слоем загрязняющего вещества 6, 13 зависимость максимального значения амплитуды сигнала от толщины слоя загрязняющего вещества, 14 контролируемый объект, 15 слой загрязняющего вещества неизвестной толщины.

Способ осуществляется следующим образом.

Спектральные характеристики загрязняющих веществ, например пленок СОЖ, могут быть определены заранее для каждого конкретного случая контроля, поскольку по условиям технологического процесса марка применяемой СОЖ известна (нормируется, исходя из режимов резания). Таким образом, введение поправок осуществляется на основе заранее известных спектральных характеристик загрязняющих пленок СОЖ. Выбор длины волны, излучения, используемого для контроля, осуществляется в соответствии со спектральной характеристикой таким образом, чтобы поглощение излучения пленкой СОЖ было максимальным. Это необходимо для обеспечения наибольшей крутизны зависимости максимальной амплитуды сигнала от толщины пленки СОЖ. Например, наиболее широко применяемое в машиностроении СОЖ масло веретенное АУ имеет спектральную характеристику 1 с ярко выраженным пиком высокого поглощения. Поэтому при использовании в технологическом процессе изготовления объекта масла АУ для контроля выбирается излучение с длиной волны λ_к Затем для контроля формы объекта по какому-либо направлению от источника 2 подают излучение и по передающему световоду 3 направляют на эталонный объект 4. Отраженное от эталонного объекта излучение собирают в приемный световод 7 и подают на фотоприемник 8. Полученные после преобразования отраженного от эталонного объекта излучения амплитудные электрические сигналы подают на запоминающее устройство 9. Для чистых участков поверхности эталонного объекта 4 функция измерительного преобразования имеет вид 10, максимальное значение амплитуды сигнала равно I_max0. Наличие пленки СОЖ вызывает поглощение излучения и изменение вида функции измерительного преобразования. При наличии на поверхности эталонного объекта 4 пленки СОЖ 5, толщиной, например, 1 мкм, функция измерительного преобразования будет иметь вид 11, максимальное значение амплитуды сигнала I_max1 будет меньше I_max0. Для оценки СОЖ 6, толщиной, например 2 мкм, функция измерительного преобразования будет иметь вид 12, максимальное значение амплитуды сигнала I_max2 будет меньше I_max0 и I_max1. По результатам контроля эталонного объекта с пленками СОЖ 5 и 6 выводится зависимость максимальной амплитуды сигнала от толщины пленки СОЖ ε Зависимость 13 максимальной амплитуды I_max сигнала от толщины пленки СОЖ e и является исходной для расчета поправки.

После запоминания зависимости 13 для эталонного объекта 4 производят контроль формы заданного объекта 14, на поверхности которого может присутствовать загрязняющая пленка СОЖ 15. В случае, если на всех участках поверхности значение максимальной амплитуды сигнала равно I_max0, делают вывод о том, что поверхность контролируемого объекта не загрязнена пленкой СОЖ, и полученные при контроле значения Z_k могут интерпретироваться как сигнал, адекватный форме контролируемого объекта. Если же максимальные значения амплитуд сигналов на каких-либо участках поверхности меньше I_max0, то вводят поправку. Ее значение вычисляют по зависимости 13. Например, для полученного максимального значения амплитуды I_maxk значение поправки составит 1,5 мкм. После этого значение поправки прибавляют к результату контроля Z_k.

Преимуществом способа по сравнению с прототипом является возможность повышения точности контроля объекта, загрязненного пленкой СОЖ за счет корректировки результатов контроля поправкой. Изобретение позволит получать в ходе контроля информацию двух видов: о форме контролируемого объекта и о загрязнении объекта пленкой СОЖ. Таким образом, изобретение позволит расширить функциональные возможности средств контроля за счет осуществления активного контроля, т.е. использования получаемой в ходе контроля информации о загрязненности объекта для оперативного изменения режимов работы технологического оборудования.

Формула изобретения

Оптоэлектронный способ контроля формы объекта, заключающийся в том, что освещают по выбранным направлениям поверхность контролируемого объекта, регистрируют отраженное излучение и судят о форме объекта по параметрам электрических сигналов с учетом параметров электрических сигналов, соответствующих излучению, отраженному от эталонной поверхности после ее освещения, отличающийся тем, что в качестве эталонной поверхности используют поверхность объекта с эталонной формой с нанесенными на нее слоями загрязняющего вещества известной толщины, по результатам контроля формы объекта с эталонной поверхностью определяют длину волны λ_к излучения, при освещении которым эталонной поверхности поглощение излучения известным загрязняющим слоем максимально, рассчитывают поправки, определяемые из зависимости максимальной амплитуды электрических сигналов от толщины загрязняющего слоя, освещают контролируемую поверхность излучением с длиной волны λ_к, а о форме контролируемого объекта судят с учетом рассчитанной поправки.

РИСУНКИ

Рисунок 1