Устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности


 


Владельцы патента RU 2424492:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Устройство содержит осветитель, фотопреобразователи отраженного от контролируемой поверхности излучения, электронный блок. Электронный блок содержит коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, контроллер интерфейса, энергонезависимое запоминающее устройство, регистратор и источник питания. Выход коммутатора подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, выходная цифровая шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной и первой выходной шинами микроконтроллера, вторая выходная шина которого соединена с управляющим входом коммутатора. Третья выходная шина микроконтроллера связана с внутренней шиной контроллера интерфейса, четвертая выходная шина микроконтроллера соединена с шиной энергонезависимого запоминающего устройства, пятая выходная шина микроконтроллера соединена с входной шиной регистратора. Выходная шина контроллера интерфейса подсоединена к персональному компьютеру. Устройство снабжено объективами, установленными между контролируемой поверхностью и фотопреобразователями, в качестве которых использованы координатно-чувствительные фотоприемники, связанные с входами введенных в электронный блок двух блоков обработки видеосигналов, выходы которых соединены с информационными входами коммутатора, а регистратор выполнен в виде монитора на жидких кристаллах. Технический результат заключается в повышении качества контроля шероховатости поверхности и расширении функциональных возможностей устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля шероховатости поверхности различных изделий.

Известно устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности, содержащее источник поляризованного монохроматического излучения с параллельным пучком излучения, установленный под острым углом к нормали к измеряемой поверхности, пять приемников излучения с установленными перед ними светофильтрами и диафрагмами, электронно-измерительный блок обработки сигналов, входы которого подключены к выходам приемников излучения, а выход подсоединен к входу интерфейса. Выход интерфейса связан со входом микропроцессорного вычислительного устройства (патент RU 2092789 С1, МПК6 G01B 11/30).

Основными недостатками этого устройства являются повышенные трудоемкость изготовления и стоимость, обусловленные наличием пяти приемников излучения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащее оптическую систему, включающую осветитель и ответвители части излучения, и электронный блок, включающий фотопреобразователи части падающего и отраженного от контролируемой поверхности излучения, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, контроллер интерфейса, энергонезависимое запоминающее устройство, регистратор и источник питания. Ответвители, установленные последовательно между осветителем и контролируемой поверхностью, выполнены монохроматическими. В качестве регистратора возможно использование одного из таких устройств индикации, как алфавитно-цифровой модуль; табло; принтер, маркер или их сочетание. Выходы фотопреобразователей части падающего и отраженного излучения соединены с информационными входами коммутатора, выход которого подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, выходная цифровая шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной и первой выходной шинами микроконтроллера, вторая выходная шина которого соединена с управляющим входом коммутатора, третья выходная шина микроконтроллера соединена с внутренней шиной контроллера интерфейса, четвертая шина - с шиной энергонезависимого запоминающего устройства, пятая выходная шина микроконтроллера соединена с входной шиной регистратора. Выходная шина источника питания соединена с входами питания указанных узлов электронного блока. Выходная шина контроллера интерфейса соединена с одним из внешних портов персонального компьютера (патент RU 2156955, С1, МПК7 G01B 11/30).

К недостаткам вышеописанного устройства относятся пониженное качество контроля шероховатости поверхности и узкие функциональные возможности, так как оценка шероховатости поверхности производится путем перевода полученного коэффициента отражения в единицы шероховатости с помощью калибровочных кривых, хранящихся в памяти устройства, характер которых зависит от вида материала, степени его окисления, температуры и других факторов, что позволяет получить лишь интегральную информацию о состоянии шероховатости при полном отсутствии информации о микрорельефе и топографии поверхности.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения качества контроля шероховатости поверхности и расширения функциональных возможностей устройства путем получения трехмерного изображения контролируемой поверхности, в котором содержится информация о ее микрорельефе и топографии, что позволяет проконтролировать шероховатость поверхности независимо от вида материала, степени его окисления, температуры и других факторов при отсутствии необходимости в использовании калибровочных кривых.

Указанная задача решается тем, что устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности, содержащее осветитель, фотопреобразователи отраженного от контролируемой поверхности излучения, электронный блок, содержащий коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, контроллер интерфейса, энергонезависимое запоминающее устройство, регистратор и источник питания, при этом выход коммутатора подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, выходная цифровая шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной и первой выходной шинами микроконтроллера, вторая выходная шина которого соединена с управляющим входом коммутатора, третья выходная шина микроконтроллера связана с внутренней шиной контроллера интерфейса, четвертая выходная шина микроконтроллера соединена с шиной энергонезависимого запоминающего устройства, пятая выходная шина микроконтроллера соединена с входной шиной регистратора, выходная шина контроллера интерфейса подсоединена к персональному компьютеру, выходная шина источника питания подключена к входам источника питания указанных узлов электронного блока, согласно изобретению снабжено объективами, установленными между контролируемой поверхностью и фотопреобразователями, в качестве которых использованы координатно-чувствительные фотоприемники, связанные с входами введенных в электронный блок двух блоков обработки видеосигналов, выходы которых соединены с информационными входами коммутатора, а регистратор выполнен в виде монитора на жидких кристаллах.

Получение трехмерного изображения микрорельефа контролируемой поверхности достигается использованием в качестве фотопреобразователей отраженного от контролируемой поверхности излучения двух координатно-чувствительных фотоприемников, что обеспечивает оценку геометрических параметров шероховатости контролируемой зоны поверхности по трем координатам, две из которых определяются путем анализа плоского изображения, получаемого с фотоприемников, а третья - высотные параметры микрорельефа - определяется путем совместного использования информации с обоих фотоприемников.

Функциональная схема предлагаемого устройства для бесконтактного контроля шероховатости поверхности представлена на приведенном чертеже.

Устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности содержит осветитель 1, объективы 2 и 3, принимающие излучение, отраженное от контролируемой поверхности 4, электронный блок 5, фотопреобразователи отраженного от контролируемой поверхности излучения, в качестве которых использованы координатно-чувствительные фотоприемники 6 и 7, например матрицы на основе структур ПЗС (приборов с зарядовой связью). Электронный блок 5 содержит блоки 8 и 9 обработки видеосигналов, коммутатор 10, аналого-цифровой преобразователь 11, микроконтроллер 12, контроллер интерфейса 13, энергонезависимое запоминающее устройство 14, регистратор 15, источник питания 16.

Объективы 2 и 3 установлены между контролируемой поверхностью 4 и фотоприемниками 6 и 7 соответственно. Оптические оси объективов 2 и 3 расположены под различными углами к поверхности 4. Регистратор 15 выполнен в виде монитора на жидких кристаллах.

Выходы блоков 8 и 9 обработки видеосигналов соединены с информационными входами коммутатора 10, выход которого подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя 11, выходная цифровая информационная шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной шиной 17 и первой выходной шиной 18 микроконтроллера 12, вторая выходная шина управления 19 которого соединена с управляющим входом коммутатора 10. Третья выходная шина 20 микроконтроллера 10 соединена с внутренней шиной контроллера интерфейса 13, четвертая выходная шина 21 микроконтроллера 10 - с шиной энергонезависимого запоминающего устройства 14, пятая выходная шина 22 микроконтроллера 12 соединена с входной шиной регистратора 15. Выходная шина источника питания 16 соединена со входами питания узлов электронного блока 5. Посредством выходной шины контроллера интерфейса 13 к устройству подключен персональный компьютер 23.

Предлагаемое устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности работает следующим образом.

Осветителем 1 формируется пучок излучения, который освещает исследуемую поверхность 4. Отраженное от поверхности 4 излучение попадает в объективы 2 и 3, оптические оси которых установлены под различными углами к поверхности 4. Объективами 2 и 3 формируются на поверхности фотоприемников 6 и 7 двумерные изображения освещенной зоны поверхности 4. Фотоприемниками 6 и 7 двумерные изображения освещенной зоны поверхности 4 преобразуются в электрические видеосигналы, содержащие информацию об этих изображениях.

Видеосигналы с фотоприемников 6 и 7 поступают в блоки 8 и 9 обработки видеосигналов, где усиливаются и подвергаются фильтрации, после чего поступают на входы коммутатора 10. Коммутатор 10 управляется микроконтроллером 12 через вторую выходную шину управления 19 и предназначен для поочередной подачи видеосигналов с блоков 8 и 9 обработки видеосигналов на аналого-цифровой преобразователь 11. Аналого-цифровой преобразователь 11 управляется микроконтроллером 12 через первую выходную шину 18 и предназначен для преобразования аналоговых видеосигналов в цифровую форму. Оцифрованный видеосигнал с аналого-цифрового преобразователя 11 поступает на первую входную шину 17 микроконтроллера 12, которым анализируются видеосигналы плоских изображений фотоприемников 6 и 7 и вычисляются две координаты положения точек микрорельефа на плоскости, а также с использованием информации с обоих фотоприемников 6 и 7 и программного обеспечения по распознаванию образов, вычисляется третья координата, то есть высотные параметры микрорельефа. Таким образом микроконтроллер 12 формирует данные для построения модели микрорельефа, которые поступают через четвертую выходную шину 21 и пятую выходную шину 22 на энергонезависимое запоминающее устройство 14 и регистратор 15 соответственно. В энергонезависимом запоминающем устройстве 14 осуществляется хранение полученных данных, регистратор 15 отображает данные в виде численных значений координат точек микрорельефа. Кроме того, данные с третьей выходной шины 20 микроконтроллера 12 через контроллер интерфейса 13 поступают в персональный компьютер 23, где с помощью соответствующего программного обеспечения строится трехмерное изображение микрорельефа исследуемой зоны поверхности 4, а также вычисляются стандартные параметры шероховатости, например, такие как Ra и Rz.

Таким образом, использование предложенного изобретения позволяет повысить качество контроля шероховатости поверхности и расширить функциональные возможности устройства путем получения трехмерного изображения контролируемой поверхности.

Устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности, содержащее осветитель, фотопреобразователи отраженного от контролируемой поверхности излучения, электронный блок, содержащий коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, контроллер интерфейса, энергонезависимое запоминающее устройство, регистратор и источник питания, при этом выход коммутатора подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, выходная цифровая шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной и первой выходной шинами микроконтроллера, вторая выходная шина которого соединена с управляющим входом коммутатора, третья выходная шина микроконтроллера связана с внутренней шиной контроллера интерфейса, четвертая выходная шина микроконтроллера соединена с шиной энергонезависимого запоминающего устройства, пятая выходная шина микроконтроллера соединена с входной шиной регистратора, выходная шина контроллера интерфейса подсоединена к персональному компьютеру, выходная шина источника питания подключена к входам источника питания указанных узлов электронного блока, отличающееся тем, что оно снабжено объективами, установленными между контролируемой поверхностью и фотопреобразователями, в качестве которых использованы координатно-чувствительные фотоприемники, связанные с входами введенных в электронный блок двух блоков обработки видеосигналов, выходы которых соединены с информационными входами коммутатора, а регистратор выполнен в виде монитора на жидких кристаллах.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к прецизионной измерительной технике, а именно к оптическим способам контроля шероховатости поверхности, и может быть использовано в различных отраслях науки и техники.

Изобретение относится к системам сканирования и к способам исследования поверхностей тел, подвергаемых износу или изменяющихся с течением времени. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам и устройствам для контроля шероховатости поверхности изделия, и может быть использовано в машиностроении, энергетике, авиации и других областях техники.

Изобретение относится к оптическим аналоговым устройствам для спектральной обработки изображений, например, поверхности моря, с использованием некогерентного света и может быть применено для решения ряда научно-технических задач, в частности, для измерения спектров изображения шероховатой поверхности, в том числе пространственного спектра волнения водной поверхности в реальном времени.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля усталостных повреждений металлоконструкций, предельным состоянием которых является усталость или исчерпание трещиностойкости при длительной эксплуатации.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к приборам и оптическим системам, в которых кварцевая линза является одним из основных элементов: в оптической литографии, поляризационной технике.

Изобретение относится к способу оптического контроля ворсистости поверхности. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного бесконтактного контроля изделий с внутренней резьбой.

Изобретение относится к способу обнаружения поверхностных дефектов деталей в виде несплошности материала. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного автоматизированного контроля внутренней вертикальной цилиндрической поверхности

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества рельсов оптическими методами и может быть использовано для выявления поверхностных дефектов рельсов

Изобретение относится к области построения фрактограмм и может быть использовано для исследования шероховатых поверхностей, в том числе поверхностей изломов металлических материалов

Изобретение относится к оптическому измерительному устройству для измерения оптического представления поверхности образца, в частности поверхности человеческой кожи

Изобретение относится к области океанографических измерений, в частности к способам измерения высоты волнения и угла наклона водной поверхности, и может быть использовано в океанологии для изучения волновых процессов на поверхности океана

Изобретение относится к оптическому приборостроениию

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий и объектов на расстояниях до 100 метров и более

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного оптического измерения физических параметров прозрачных объектов, как-то профиля, толщины стенки

Изобретение относится к технике измерений, а более конкретно к измерению геометрических параметров нанообъектов путем исследования рассеянного излучения при сканировании объектов
Наверх