Способ обнаружения дефектов поверхности

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для обнаружения на поверхности деталей дефектов различного происхождения: механических, цветности, посторонних включений в структуру материала детали. Для обнаружения дефектов поверхности деталей световой поток направляют на поверхность контролируемой детали, дискретно регистрируют и преобразуют в электрические сигналы зеркально и диффузно отраженные световые потоки, в точках поверхности, интервал между которыми не превышает среднего расстояния между гребешками микронеровностей для данного класса деталей, определяют выборки регистрируемых световых потоков объема n, предварительно определяемого для бездефектной поверхности, причем для каждой выборки объема n измеряют оценки дисперсий зеркальной и диффузной составляющих, вычисляют их произведение и по его величине судят о наличии или отсутствии дефектов на поверхности детали. Техническим результатом является повышения надежности обнаружения дефектов путем применения параметра, характеризующего дефектность и равного произведению оценок дисперсий зеркальной и диффузной составляющих. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для обнаружения на поверхности деталей дефектов различного происхождения: механических, цветности, посторонних включений в структуру материала детали.

Известен способ обнаружения дефектов поверхности, заключающийся в том, что при освещении предмета световым лучом измеряют как зеркально отражаемый свет, так и диффузно отражаемый свет. Выходные сигналы фотоумножителей подаются на анализатор, чей выходной сигнал усиливается и разделяется на две составляющие. Первая составляющая содержит серию импульсов, каждый из которых соответствует дефекту. Вторая составляющая представляет собой случайный набор импульсов, соответствующий флуктуациям интенсивности отраженного света. Обе составляющие выпрямляются и сравниваются сравнивающим устройством, которое измеряет отношение сигнала к фону и при наличии дефекта выдает соответствующий сигнал (заявка Великобритании N 1350189, НКИ G1A). Недостатком способа является низкая надежность обнаружения дефектов при высоком уровне шумов.

Наиболее близким является способ (а. с. СССР N 1495693, кл. G 01 N 21/88, 1989), заключающийся в том, что световой поток направляют на поверхность контролируемой детали, регистрируют и преобразуют в электрические сигналы зеркально и диффузно отраженные световые потоки, измеряют сумму предварительно усиленных сигналов и по величине этой суммы судят о дефектности поверхности.

Данный способ компенсирует влияние на надежность обнаружения дефектов цветности и посторонних включений в структуру материала микро- и макро-геометрии поверхности, одновременно снижая надежность обнаружения механических дефектов поверхности (трещин, царапин и т.д.).

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности обнаружения дефектов поверхности деталей, путем применения нового параметра, характеризующего дефектность поверхности - параметра R, равного произведению оценок дисперсий зеркальной и диффузной составляющих.

Поставленная задача решается тем, что для обнаружения дефектов поверхности деталей световой поток направляют на поверхность контролируемой детали, дискретно регистрируют и преобразуют в электрические сигналы зеркально и диффузно отраженные световые потоки, в точках поверхности, интервал между которыми не превышает среднего расстояния между гребешками микронеровностей для данного класса деталей, определяют выборки регистрируемых световых потоков объема n, предварительно определяемого для бездефектной поверхности из соотношения где n - объем выборки; d_s - оценка дисперсии сигнала зеркально отраженного светового потока от бездефектной поверхности; d_d - оценка дисперсии сигнала диффузно отраженного светового потока от бездефектной поверхности; k_s,d - оценка корреляционного момента между сигналами зеркально и диффузно отраженных световых потоков от бездефектной поверхности; δ - доверительный предел оценки корреляционного момента; ρ - доверительная вероятность, с которой измеряется оценка корреляционного момента; t_ρ/2 - величина аргумента функции Лапласа, при котором ее значение равно Ф(t) = ρ/2; для каждой выборки объема n измеряют оценки дисперсий зеркальной и диффузной составляющих и по их произведению R судят о наличии или отсутствии дефектов на поверхности детали, R = D_s,D_d, где R - параметр дефектности; D_s, D_d - оценки дисперсий зеркальной и диффузной составляющих соответственно.

Предлагаемый способ реализован в устройстве, представленном на чертеже. Устройство включает фотоприемник 1, расположенный в ходе зеркально отраженного контролируемой деталью 2 светового потока, фотоприемник 3, расположенный в ходе диффузно отраженного светового потока и блока контроля 4, входы которого соединены с выходами фотоприемников 1 и 3. Блок контроля состоит из аналого-цифрового двухканального преобразователя и вычислителя.

Способ заключается в следующем: световой поток, заданной интенсивности I, направляют на поверхность вращающейся с угловой скоростью ω детали 2 и регистрируют с помощью фотоприемников 1 и 3 зеркальную s и диффузную d составляющие отраженного поверхностью света и преобразуют в электрические сигналы, дискретно, в точках поверхности, интервал между которыми не превышает среднего расстояния между гребешками микронеровностей для данного класса деталей. Блоком контроля 4 вычисляют произведение дисперсий между случайными значениями сигналов зеркальной s и диффузной d составляющих для каждого объема выборки n регистрируемых световых потоков и по его величине судят о наличии или отсутствии дефектов на поверхности детали.

При отсутствии дефектов величина оценок дисперсий D_s и D_d определяется только микрогеометрией поверхности со случайным, нерегулярным профилем микронеровностей. В этом случае значения оценок дисперсий относительно невелики. При наличии на поверхности дефектов различного происхождения (механические или дефекты цветности) значения оценок дисперсий D_s и D_d или одной из них изменяется на порядок.

Так как измерение профиля поверхности (как случайного процесса) в данном случае носит дискретный характер, то для оценки дисперсии принимается следующее выражение

где n - общее число выборок случайного процесса в моменты времени t = iΔ (i = 1,2,...,n);
x_i,j - текущее значение зеркальной или диффузной составляющих i,j=(1,2,. ..,n).

Применение дисперсий для определения дефектов обусловлено следующими причинами:
- увеличение отношения сигнал/шум;
- значение параметра R не зависит от знака входного сигнала с датчиков.

При анализе на математических моделях выяснилось, что значение параметра R при обнаружении дефекта на порядок превосходит его значение при отсутствии дефекта, что является вполне достаточным для отсеивания брака от потока годных деталей. Это решение удовлетворяет требованиям массового производства, где не требуется идентификация дефекта, а требуется только определить его наличие или отсутствие.

Формула изобретения

Способ обнаружения дефектов поверхности, заключающийся в том, что световой поток направляют на поверхность контролируемой детали, регистрируют и преобразуют в электрические сигналы зеркально и диффузно отраженные световые потоки и по амплитуде электрического сигнала судят о наличии дефекта, отличающийся тем, что зеркально и диффузно отраженные световые потоки регистрируют и преобразуют в электрические сигналы дискретно, в точках поверхности, интервал между которыми не превышает среднего расстояния между гребешками микронеровностей для данного класса деталей, измеряют оценки дисперсий зеркальной и диффузной составляющих для каждой выборки регистрируемых световых потоков объема n, предварительно определяемого для бездефектной поверхности из соотношения

где n - объем выборки;
d_s - оценка дисперсии сигнала зеркально отраженного светового потока от бездефектной поверхности;
d_d - оценка дисперсии сигнала диффузно отраженного светового потока от бездефектной поверхности;
K_c,d - оценка корреляционного момента между сигналами зеркально и диффузно отраженных световых потоков от бездефектной поверхности;
δ - доверительный предел оценки корреляционного момента;
ρ - доверительная вероятность, с которой измеряется оценка корреляционного момента;
t_ρ/2 - величина аргумента функции Лапласа, при котором ее значение равно φ(t) = ρ/2;
и по произведению дисперсной зеркальной и диффузной составляющих судят о наличии или отсутствии дефектов на поверхности детали.

РИСУНКИ

Рисунок 1