Способ контроля профиля криволинейной поверхности изделия и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение производительности контроля за счет исключения механического перемещения объекта контроля. Световой поток, сформированный источником 1 светового потока, сканирует контролируемую поверхность 8 при помош,и сканатора 2. Светоделительный элемент 3 разделяет световой поток на опорный и рабочий световые пучки, которые регистрируются в плоскости приема фотоприемником 5. Блок 4 распознавания, выполненный в виде оборачиваюш,его оптического элемента , обеспечивает однозначное соответствие между информационным сигналом на выходе фотоприемника 5 и измеряемой координатой контролируемой поверхности. Блок 4 распознавания может быть выполнен в виде электронного узла. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 4 ил. и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 G 01 В 21 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4006355/24-28 (22) 07.01.86 (46) 07.06.88. Бюл. № 21 (7l) Одесский конструкторско-технологический институт по поршневым кольцам (72) Ю. И. Вирник (53) 53! .7 (088.8) (56) Патент Великобритании № 1492694, кл. G 1 А, 1983. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯ

КРИВОЛИНЕИНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ И УСТРОЛСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение производительности контроля за счет ис„„SU„„1401275 А1 ключения механического перемещения объекта контроля. Световой поток, сформированный источником 1 светового потока, сканирует контролируемую поверхность 8 при помощи сканатора 2. Светоделительный элемент 3 разделяет световой поток на опорный и рабочий световые пучки, которые регистрируются в плоскости приема фотоприемником 5. Блок 4 распознавания, выполненный в виде оборачивающего оптического элемента, обеспечивает однозначное соответствие между информационным сигналом на выходе фотоприемника 5 и измеряемой координатой контролируемой поверхности. Блок

4 распознавания может быть выполнен в виде электронного узла. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1401275

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического бесконтактного контроля профилей диффузно отражающих поверхностей изделий.

Цель изобретения — повышение производительности контроля за счет исключения, механического перемещения объекта кон троля.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — блок-схема блока распознавания, выполненного в виде электронного узла; на фиг. 3 — диаграмма формирования рабочего и опорного пятен; на фиг. 4 — схема возможного варианта выполнения устройства.

Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 потока излучения, последовательно расположенные по ходу потока излучения сканатор 2, светоделительный элемент 3, предназначенный для разделения потока излучения на рабочий и опорный пучки, блок 4 распознавания и координатный фотоприемник 5, объектив 6, расположенный в ходе отраженного от объекта пучка и фокусирующий его в плоскость регистрации катод 7 фотоприемника 5 совмещен с плоскостью регистрации, которая сопряжена с контролируемой поверхностью изделия 8.

В качестве координатного фотоприемника могут быть использованы видикон, линейка или матрица Il3C, сканистор и т. и.

Блок 4 распознавания может быть выполнен в виде оборачивающего оптического элемента, например призмы Дове, или в виде электронного узла, который содержит первый и второй компараторы 9 и 10, входы которых связаны с выходом фотоприемника 5, последовательно соединенные логические первый элемент И 11, первый элемент НЕ 12 и второй элемент И 13, последовательно соединенные первый элемент 14 задержки времени, третий элемент И 15, второй элемент НЕ 16 и четвертый элемент

И 17, последовательно соединенные второй элемент 18 задержки времени, пятый элемент И 19, третий элемент HE 20 и шестой элемент И 21, последовательно соединенные четвертый элемент HE 22 и седьмой элемент

И 23, а также последовательно соединенные тактовый генератор 24 и счетчик 25, ключи

26 — 29, элементы 30 — 33 памяти и блок 34 вычислений. Выход первого компаратора 9 подключен к входу второго элемента 18 задержки времени, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И 23, с первым входом которого связан второй выход первого элемента И 11, первый выход которого подключен к входу первого элемента 14 задержки времени и к вторым входам третьего и четвертого элементов И 15, 17. Выход первого элемента 14 задержки времени связан с вторым входом элемента И 13.

Элементы И 13, 17, 21, 23 связаны соответственно с входами ключей 26, 27, 29, 28, с вторыми входами которых связан выход счетчика 25, а их выходы подключены соответственно к входам элементов 33, 32, 30, 31, памяти, выходы которых связаны с соответствующими входами блока 34 вычислений.

На фиг. 3 контролируемая поверхность изделия условно представлена в виде уровней Б, В, Г, расположенных параллельно базовой поверхности А. Положение каждого уровня характеризуют соответствующие размеры h,, h, h, в контроле которых заключается решаемая задача.

На изделие направлен пучок 35 излучения, который разделен на два пу.чка, рабочий 36 и опорный 37. Направленный на изделие пучок 36 попал в точку 38, которая принадлежит уровню В. Отраженный в точке 38 пучок принимают под углом е, к пучку 36.

При помощи зеркала 40 и светоделительного блока 41 пучки 39 и 37 направлены на числовую ось 42, совмещенную с линией пересечения плоскости регистрации с плоскостью сканирования (чертежа).

Способ осуществляется следующим образом.

Для обеспечения высокой производительности пучок 35 сканируют в плоскости чертежа, делят на два пучка: рабочий 36 и опорный 37. Пучок 36 после отражения в точке 38 принимают под углом с к пучку 36.

Очевидно, что под этим же углом был бы принят пучок 36, если бы он попал также и в точки либо 43, либо 44, принадлежащие уровням соответственно Б, Г. Однако благодаря регистрации координаты Х, опорного пучка 37 описанная неопределенность устраняетсяя.

Таким образом, одновременная регистрация пары координат Хр, Х,, обеспечивает контроль размера h в точке 38.

Устройство работает следующим образом.

Коллимированный пучок 36 из источника

1 потока излучения попадает на вход сканатора 2. Последний осуществляет перемещение пучка в плоскости чертежа.

Светоделительный элемент 3 делит пучок 35 на пучки 36 и 37. Пучок 36 попадает на контролируемую диффузно отражающую поверхность 8, в точку 38. Объектив 6 переносит изображение в сопряженную точку, принадлежащую катоду 7 фотоприемника 5 в виде пятна 45.

Опорный пучок 37 также проецируется на фотоприемник 5 в пятно 46. При этом светоделительный элемент 3 расположен так, чтобы пятна 45 и 46 не пересекались даже при самых больших отклонениях контролируемой поверхности.

1401275

Формула изобретения

В результате по катоду 7 фотоприемника 5 синхронно перемещаются два пятна.

Таким образом координатный фотоприемник 5 позволяет одновременно зарегистрировать координаты обоих пятен 45 и 46.

Блок 4 распознавания обеспечивает совпадение направлений перемещения пятен 45 и 46 по катоду 7. Поэтому если развертка изображения, спроецированного на фотоприемник 5, осуществляется, например сверху вниз, то вначале всегда регистрируется координата пятна 45, а затем пятна 46, т. е. реализуется распознавание пятен.

Сигнал, снимаемый с выхода фотоприемника 5, содержит информацию об измеряемом размере h контролируемого изделия.

При отсутствии оптических оборачивающих элементов распознавание опорного и рабочего пятна осуществляется электронным узлом следующим образом.

Пусть интенсивности пучков 36 и 37 (фиг. 3) одинаковы. Тогда яркость опорного пятна 46 выше, чем яркость рабочего пятна 45, так как первое отражается от зеркал, а второе — от диффузно отражающей поверхности. Следовательно, при развертке опорного пятна 46 уровень выходного сигнала фотоприемника 5 выше, чем при развертке пятна 45. Поэтому компаратор 10 настроен на первый уровень, а компаратор 9— на второй.

Генератор 24 включен и посылает сигналы в счетчик 25.

На вход схемы подают выходной сигнал фотоприемника 5. При этом одновременно с запуском развертки (например, строчной) на второй вход счетчика 25 подают стирающий сигнал. В результате в момент запуска развертки счетчик показывает нуль.

Пока на вход схемы поступает сигнал низкого уровня, осуществляется развертка неосвещенной поверхности катода фотоприемника, на выходах компараторов 9 и 10 — логические нули. На выходах элементов I I, 14, 13, 17, 18, 21, 43 тоже нули, ключи 30 — 33 закрыты.

Пусть, например, вначале разворачивается рабочее пятно 45, т. е. на вход схемы начинает поступать сигнал, уровень которого соответствует настройке ком паратора 9.

Тогда на выходе последнего появляется единица, а на выходе компаратора 10 остается нуль. Поскольку выход компаратора 10 через элемент НЕ 22 соединен с элементом И

ll, то на выходе последнего также появляется единица.

На выходе элемента НЕ 16, следовательно, на первом входе элемента И 17 единица была и до включения компаратора 9. Теперь смена этой единицы на нуль происходит с задержкой времени, которую обеспечивает элемент 14 задержки времени. В течение промежутка времени, пока на обоих входах

4 элемента 17 единица, открывается ключ 27.

Промежуток времени выбирается таким, чтобы число из счетчика 25 успело переписаться в элемент 32 памяти. Как только на выходе элемента 14 задержки времени появится единица, на выходе элемента И 15 тоже единица, на выходе элемента НЕ 16 — нуль.

Ключ 28 закрывается.

Пока осуществляется развертка пятна 45 все ключи закрыты. В том числе и ключ 28, так как с выхода элемента 14 задержки времени на первый вход элемента И 13 приходит единица. а с выхода элемента НЕ 12— нуль. Но, как только развертка дойдет до следующей границы «свет — тень», уровень выходного сигнала фотоприемника 5 падает: на выходе компаратора 9, 11 — нули, а на выходе элемента НЕ 12 — единица. Ключ

27 открыт пока элемент 14 задержки времени задерживает прохождение нуля. Координата второй границы рабочего пятна 45 из счетчика 25 переписывается в элемент 33 памяти.

Таким образом, координаты границ рабочего пятна всегда записаны в элементах

32 и 33 памяти. Причем в элементе 32 памяти координата первой его границы, а в элементе 33 памяти второй.

Если на вход схемы поступает сигнал еще более высокого уровня, соответствующий появлению границы «тень — свет» опорного пятна, на выходах компараторов 9 и 10 появляются единицы, на выходе элемента И 11 нуль, т. е. ключи 26 и 27 не откры ва ются.

Гаким образом, координаты границ опорно.о пятна всегда записаны в элементах 30 и 31 памяти.

По координатам границ блок 34 вычислений вычисляет координаты центров пятен 45 и 46.

Из приведенного следует, что контроль профиля криволинейной поверхности изделия сводится к определению координат множества точек, принадлежащих контролируемой поверхности.

I. Способ контроля профиля криволинейной поверхности изделия, заключающийся в том, что формируют рабочий поток излучения, формируют первое пятно на контролируемой поверхности путем проецирования на нее рабочего потока излучения, определяют координату первого пятна путем регистрации под углом с отраженного рабочего потока излучения в плоскости анализа, оптически сопряженной с контролируемой поверхностью, где O c90, отличающийся тем что, с целью повышения производительности контроля, осуществляют пространственное сканирфрание рабочего потока излучения, 1401275

5 в процессе сканирования образуют от рабочего потока излучения опорный поток, фор«мируют второе пятно в плоскости анализа путем непосредственного проецирования опорного потока излучения в эту плоскость, рсуществляют регистрацию координаты втоого пятна одновременно с первым, по полу«еннь«м значениям координат судят о велиине контролируемого размера.

2. Устройство для контроля профиля криолинейной поверхности изделия, содержаее источник излучения, оптически связаные объектив и фотоприемник, отличающеея тем, что, с целью повышения производиельности контроля, оно снабжено последоательно расположенными по ходу излуче- 15 ия сканатором и светоделительным блоком, локом распознавания, связанным с фоторием ником.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, то блок распознавания выполнен в виде обоачнвающего оптического элемента, оптиески связанного с фотоприемником.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, то блок распознавания выполнен в виде ервого и второго компараторов, входы коорых связаны с выходом фотоприемника, 25

«оследовательно соединенных первого элеента И, первого логического элемента НЕ и

«торого логического элемента И, последоваельно соединенных первого элемента за ержки времени, третьего логического эле, ента И, второго логического элемента HE и четвертого логического элемента И, последовательно соединенных второго элемента задержки времени, пятого логического элемента И, третьего логического элемента НЕ и шестого логического элемента И, последовательно соединенных четвертого логического элемента HE и седьмого логического элемента И, последовательно соединенных тактового генератора и счетчика, первого, второго, третьего и четвертого ключей, первые входы которых связаны с выходом счетчика, первого, второго, третьего и четвертого элементов памяти, входы которых связаны с выходами первого, второго, третьего и четвертого ключей соответственно, узла вычислений, входы которого связаны с выходами соответствующих элементов памяти, выход первого ком паратора подключен к входу второго элемента задержки времени, выход которого соединен с вторым входом седьмого логического элемента И, с первым входом которого связан второй выход первого логического элемента И, первый выход которого подключен к входу первого элемента задержки времени и к вторым входам третьего и четвертого логических элементов И, выход первого элемента задержки времени связан с вторым входом второго лологического элемента И, выходы второго, четвертого, шестого и седьмого логических элементов И связаны соответственно с вторыми входами с первого по четвертый ключей соответственно.

evz 3

Составитель О. Несова

Редактор С. Патрушева Техред И. Верес Корректор A. Зимокосов

Заказ 2532 38 Тираж 680 Г!одпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4