Устройство для контроля дефектов и профилей поверхности изделий

 

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля и может быть использовано при бесконтактном контроле дефектов и профилей поверхности изделий. Целью изобретения является расширение области применения. В устройстве реализован метод светового сечения для преобразования геометрии поверхности изделий в электрический сигнал, который сравнивается затем с сигналом, полученным от поверхности эталонного изделия. Устройство содержит осветитель 1, оптико-электронный преобразователь 2, блок 3 обработки сигнала, подключенный к выходу оптико-электронного преобразователя 2, формирователь 4 кодов координат, блок 5 постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и датчик 6 положения контролируемого изделия. При этом оптико-электронный преобразователь 1 выполнен на основе фотодиодной матрицы, дешифрация элементов которой осуществляется по кодовым сигналам формирователя 4. Значения освещенностей элементов фотодиодной матрицы преобразуются в электрический сигнал и сравниваются с сигналами, записанными в блок 5 ПЗУ по сигналу датчика 6. В зависимости от соотношения указанных сигналов блок 3 с помощью логических схем, входящих в него, формирует сигнал годности или брака изделия. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1582094 А I (19> SU (и) (51)5 С 01 N 21/88

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ i -:: а-: ., (21) 4321293/24-25 (22) 29.10.87 (46) 30.07. 90. Бюл. t .. ?8 (72) А.B.Þðèöûí и Н.C.Íèêèòåíêî (53) 53 5. 24 (088. 8, (56) Патент СНА Н- 378 153 1, кл. С 01 N 21/32, 1973.

Optimal Fehlererkennung bei der

Produktion von industriellen Frzeugnisseen "31aschinenmarkt" 1980, 86, Ф 34, 688. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ

И ПРОФИЛЕИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИИ (57) Изобретение относится к технике неразрушающего контроля и может быть использовано при бесконтактном контроле дефектов и профилей поверхности изделий. Белью изобретения является расщирение области применения. В устройстве реализован метод светового сечения для преобразования геометрии поверхности изделий в электрический сигнал, который сравнивается затем с сигналом, полученным от поверхности эталонного изделия. Устройство содержит осветитель 1,.оптико-электронный преобразователь 2, блок 3 обработки сигнала, подключенный к выходу оптико-электронного преобразователя

2, Формирователь 4 кодов координат, блок 5 постоянных запоминающих устройств (ПЗУ} и датчик 6 положения контролируемого иэделия. При этом оптико-электронный преобразователь

1 выполнен на основе Фотодиодной матрицы, дешифрация элементов которой осуществляется по кодовым сигналам формирователя 4. Значения освещенностей элементов фотодиадной матрицы преобразуются в электрический сигнал и сравниваются с сигнапами, записанными в блок 5 ПЗУ по сигналу датчика 6. В зависимости от соотношения укаэанных сигналов блок 3 с помощью логических схем, входящих в него, формирует сигнал годности или брака изделия. 1 ил.

1582094

Изобретение относится к неразру. цающему контролю, в частности к оптическим методам контроля качества методом отраженного излучения.

Целью изобретения является расширение области применения устройства.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для контроля дефектов 1п и профилей поверхностей изделий со:держит осветитель 1, оптико-элект-! ронный. преобразователь 2, блок 3 об, работки сигнала, формирователь 4 ко-! дов координат и блок 5 ПЗУ, датчик ,l6 положения.

При этом выход оптико-электронного

:преобразователя 2 подключен к первому входу блока 3 обработки сигнала, датчик 6 положения поцключен к второму входу блока 3 обработки сигнала и к

:входу формирователя 4 кодов координат, первый выход которого подключен к первым группам адресных входов блока 5 ПЗУ и к первому входу оптикоэлектронного преобразователя 2, второй вход которого объединен с третьим входом блока 3 обработки сигнала и подключен к второму выходу формирователя 4 кодов координат, третий выход которого подключен к второй группе адресных входов блока 5 ПЗУ, первый и второй выходы которого подключены соответственно к четвертому и пятому входам блока 3 обработки сигнала, шестой вход которого поцключен

" к четвертому выходу формирователя 4 кодов координат, пятый и шестой выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам 40 оптико-электронного преобразователя 2.

Оптико-электронный преобразователь

2 состоит из объектива 7, фотоматрицы 8, дешифратора 9, вход которсГО 45 является первым входом оптико-электронного преобразователя 2, коммутато-, ра 10, управляющий вход которого яв-. ляется вторым, входом оптико-электронного преобразователя 2, вычитателя

11, первого 12 и второго 13 блоков

50 аналоговой памяти, управляющие входы которых являются соответственно третьим и четвертым входами оптикоэлектронного преобразователя 2, выходом которого является выход блока 13 аналоговой памяти.

Блок 3 обработки сигнала содержит вычятатель 14, первый вхоц которого является первым входом блока 3, пиковый детектор. 15, аналоговый делитель

16, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17, вход которого является четвертым входом блока 3 обработки сигнала, первый компаратор 18, источник

19 опорного напряжения, второй компаратор 20, задатчик 21 кода, первый вычитатель 22 кодов, первый вход которого является третьим входом блока

3 обработки сигнала, а второй вход вычитателя 22 является пятым входом блока 3, второй вычитатель 23 кодов, D-триггеры 24 и 25, R-входы которых объединены и являются вторым входом блока 3 обработки сигнала, RS-триггеры 26 и 27, схемы И 28 и 29, схему

ИЛИ 30, выход которой является выходом блока 3.

Формирователь 4 кодов координат содержит генератор 31, схему И 32, первый вход хоторсй является первым входом формирователя 4, формирователь

33 импульсов„ первый и второй выходы которого являются соответственно пятым и шестым выходами формирователя

4 кодов координат, первый счетчик 34, второй счетчик 35 и третий счетчик

36, выходы которых являются соответственно вторым, первым и третьим выходами формирователя 4, а счетный вход счетчика 35 является четвертым выходом формирователя 4 кодов координат.

Блок 5 ПЗУ содержит блок 37 ПЗУ интенсивностей, выход которого является первым выходом блока 5, и блок

38 ПЗУ координат, выход которого является вторым выходом блока 5 ПЗУ.

Осветитель 1 оптически связан посредством объектива 7 с фотодиодной матрицей 8, входы которой подключены к выходам дешифратора 9, а выходы— к аналоговым входам коммутатора 10, выкод которого подключен к суммирующему входу вычитателя 11 и входу первого блока 12 аналоговой памяти, причем выход блока 12 аналоговой памяти подключен к вычитающему входу вычитателя 11, выход которого подключен к входу второго блока 13 аналоговой памяти.

Вычитающие входы вычитателя 14 и компаратора 18 подключены к входу пикового детектора 15 и выходу блока

13 аналоговой памяти, выход пикового детектора 15 подключен к суммирующему входу компаратора 18, суммирующий вход вычитателя 14.объединен с первым

1582094

10

45

55 входом аналогового делителя 16 и подключен к выходу ЦАП 17, второй вход аналогового делителя 16 подключен к выходу вычитателя 14, первый вход компаратора 20 подключен к выходу аналогового делителя 16, à его второй вход — к источнику 19 опорного напряжения, выход хомпаратора 20 подключен к D-входу D-триггера 24, выход компаратора 18 подключен к первому входу схемы И 28, второй вход которой подключен к выходу устройства, входные шины ЦАП 17 подключены к выходным шинам бЛока 37 ПЗУ интенсивностей, выходные шины блока 38 ПЗУ координат подключены к первой группе входов вычитателя 22 кодов, выходные шины которого подключены к первой группе входов вычитателя 22 кодов, вторая группа вхопов которого подключена к задатчику ?I кода, выход вычитателя 23 кодов подключен к D-входу D-триггера 25, С-входы D-триггеров

24 и 25 объединены с К-входом RSтриггера 26 и подключены к выходу схемы И 28, выход RS-триггера 26 подключен к первому входу схемы И 29, выход которой подключен к S-входу

RS-триггера 27. Выходы триггеров 24, 25 и 27 подключены к соответствующим входам схемы ИЛИ 30. R-входы.счетчиков 34-36 триггеров 24, 25, 27 и пер вый вход схемы И 32 объединены между собой и подключены к выходу датчика

6 положения, выход генератора 31 подключен к второму входу схемы И

32, выход которой подключен к входу формирователя 33 импульсов и счетно †. му входу счетчика 34, вход "Сброс" пикового детектора 15, счетный вход счетчика 35, S — вход RS — триггера 26, второй вход схемы И 29 объединены между собой и подключены к выходу счетчика 34, выход счетчика 35 подключен к счетному входу счетчика 36, вторая группа входов вычитателя 22 кодов объединена с управляющими входами коммутатора 10 и подключена к выходным шинам счетчика 34, входные шины дешифратора 9, первые группы входов блока 39 ПЗУ координат и блока 38 ПЗУ интенсивностей объединены между собой и подключены к выходным шинам счетчика 35, вторые группы входов блока 38 ПЗУ координат.и блока.

37 ПЗУ интенсивностей объединены и подключены к выходным шинам счетчика

36, управляющие входы блоков 11 и 12 аналоговой памяти подключены к соответствующим выходам формирователя 33 импульсов, В основу преобразования геометрии поверхности изделий в электрический сигнал положен метод светового сечения, а в основу обработки информации— метод сравнения электрического сигнала, отражающего свойства контролируемой поверхности изделия, с запомненным в ПЗУ сигналом, полученным от поверхности эталонного изделия.

Устройство работает следующим образом, Контролируемое иэделие 39, ориентированное контролируемой поверхностью вверх, поступает и перемещается на позиции контроля со строго постоянной скоростью. Осветитель формирует на поверхности иэделия изображение световой полосы, которое при помощи объектива 7 проецируется на светочувствительную поверхность фотоматрицы 8, причем место положения освещенных участков поверхности и их освещенность однозначно связаны с геометрическими размерами и качеством данного участка поверхности изделия.

При поступлении изделия в зону контроля датчик 6 положения устанавливает на выходе положительный потенциал, который разрешает прохождение импульсов с генератора 31 через схему И 32 на счетный вход счетчика 34 и формирователь 33 импульсов управления.

Выходной код счетчика 34 Х . изме1 няется от 0 до Х,, импульсы переполнения счетчика 34 суммируются счетчиком 35, в котором код У; изме,,няется от 0 до У, причем Х „„ соответствует числу строк, а У числу столбцов применяемой фотоматрицы. Импульсы переполнения счетчика

35 суммируются счетчиком 36.

Процесс суммирования импульсов длится в течение времени нахождения детали в зоне контроля. На стирающий вход фотоматрицы перед опросом каждого элемента поступают импульсы стира. ния, вырабатываемые формирователем

33 импульсов управления. По этим же импульсам производится запись нулевого уровня опрашиваемого элемента в блок 12 аналоговой памяти.

В вычитателе 11 из текущего значе.ния напряжения на элементе, поступа1582094 нищего на суммирующий вход, вычитается значение напряжения нулевого (начального) уровня элемента, запомненное в блоке 12 аналоговой памяти и

Поданное на вычитающий вход.

По приходу импульсов считывания йа управляющий вход в блок 13 аналоговой памяти происходит запись выходного напряжения вычитателя 11 и на выходе блока 13 аналоговой памяти оявляется напряжение, пропорциональое освещенности элементов.

Число Z, находящееся в счетчике

36, соответствует числу кадров или что то же) числу проконтролирован15

ых сечений поверхности изделия. Ко1 ы Y u Z поступают на адресные входы блока 37 ПЗУ интенсивностей и блока

38 ПЗУ координат. В блоке 37 ПЗУ ин,енсивностей записаны коды напряже1 ий, которые поступают на вход ЦАП

1 7, на выходе которого вырабатываетоя напряжение Н, соответствующее

Оду, причем (исанные в блок 37 25

ЗУ интрнсивностей коды соответствук1т напряжению, получающемуся при контроле эталонного изделия íà Z-м . цечении при координате Y.

В блоке .38 ПЗУ координат записаны йоды Хо, соответствующие положению !

Иа координате Х для соответствующих и Z элемента с максимальной освещенностью при контроле эталонной детали. Таким образом в ПЗУ хранится в виде кодов изображение сечений

35 эталонного изделия.

Процесс контроля заключается в следующем.

При изменении кода X от 0 до

Х на выходе ЦАП устанавливается

40 с(кс напряжение Б „ соответствующее текущим Y и Z, которое поступает на суммирующий вход вычитателя 14, а

Иа его вычитакдий вход подается наПряжение видеосигнала U > z . IIp>

45 этом на выходе вычитателя 14 присутствует разнос.тное напряжение д U

lU o — U a c (Далее напряжение Д Н поступает на аналоговый делитель 16, 1на другой вход которого поступает 50 напряжение U, . Выходное напряжение делителя зБ/U> несет в себе информацию об относительном отклонении интенсивности светового потока, отраженного от контролируемой поверхности 55

Изделия, от интенсивности светового

Потока, отраженного от поверхности эталонного изделия. Напряжение с выхода аналогового делителя 16 сравнивается компаратором 20 с опорным напряжением U<< источника 19. В случае, если напряжение Д Б/U < ) U „, на выходе компаратора 20 появляется напряжение логической единицы, что свиде" тельствует о браке по данному каналу контроля.

Текущее значение кода Х и записанный в блок 38 ПЗУ координат код

Хо поступают в вычитатель 22 кодов, на выходе которого присутствует код

dX = (Х вЂ” Х 1. Б вычитателе 23 кодов производится сравнение кода Л Х с поступающим с задатчика 21 кодом, и в случае, если ДХ ) d X пор на выходе вырабатывается сигнал логической единицы. Таким образом производится сравнение разности координат Х для контролируемого и эталонного изделий с пороговым значением ЛХ пор

Пиковый детектор 15 и компаратор

18 служат для выделения максимального значения видеосигнала за период времени, в течение которого код Х изменяет свое значение от 0 до Х ма кс

Видеосигна.n U > поступает на вход пикового детектора 15 и на вычитающий вход компаратора 18, на суммирующий вход которого поступает напряжение с выхода пикового детектора 14 U и. Ь

На выходе компаратора 18 вырабатывается уровень логической единицы тогда, когда напряжение U достигает максимального значения. Это свидетельствует об опросе элемента фотоматрицы с максимальной освещенностью.

После завершения цикла накопления числа Х в счетчике 34 импульсом его переполнения производится обнуление пикового детектора, после чего он готов к работе. Считывание результатов контроля с выходов компаратора

20 и вычитателя 23 кодов в D-триггеры

24 и 25 соответственно производится по переднему фронту выходного импульса компаратора 20, проходящего через схему И 28 на С-входы D-триггеров

24 и 25, в том случае, если на выходе устройства установлен потенциал логического нуля, что соответствует иэделию, параметры поверхности которого лежат в пределах допустимых отклонений. Если отклонения выходят за заданные нормы, то на выходе устройства появляется потенциал логической единицы, который запрещает прохождение импульсов с выхода компара1582094

1О

Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я

Составитель Е.Маколкин

Техред Л,Олийнык КоРРектоР Р.Кравцова

Редактор А.Маковская

Заказ 2084 Тираж 512 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101,тора 20 через схему И 28 и сохраняется до выхода цетали из зоны контроля.

Триггеры 24, 27 и схема И 29 служат для формирования сигнала логической единицы на выходе устройства в случае, если при опросе элементов одного столбца матрицы не будет об-. наружено пятно света, что свидетельстl0 вует о наличии дефекта на поверхности изделия.

Когда сэетовое пятно обнаружено, на эыходе компаратора 20 появляется псложительный герепац напряжения, который переводит RS-триггер 26 в. нулевое состояние, и импульс переполненчя счетчика 34 устзнаэливает RSтриггер 26 в единичное состояние, но не проходит íà S-вход RS-триггера 27

20 через схему И 29. В противном случае

RS-триггер 26 не переводится в нулевое состояние и им ульс переполнения проходит через схему И 30 íà S-вход

RS-триггера 27, устанавливая его в единичное состояние.

Выходное состояние триггеров 24, 25, 27 суммируется схемой ИЛИ 30 и поступает на выход устройства..

После выхода изделий из зоны контроля на выходе датчика 6 положения появляется отрицательный перепад напряжения, по которому принимается решение о годности изделия, триггеры 24, 25 и

27, счетчики 34, 35 и 36 устанавливаются н нулевое состояние и устройство готово к контролю следующего изделия.

Устройство для контроля дефектов и профилей поверхностей изделий, содержащее осветитель, оптико-электронный преобразователь и блок обработки сигнала, первый вход которого подключен к выходу оптико-электронного преобразователя, о т л и ч а —, ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены формирователь кодов координат, блок постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и датчик положения, выход которого подключен к второму входу блока обработки сигнала и к входу формирователя кодов координат, первый выход которого подключен к первым группам адресных входов блока ПЗУ и к первому входу оптикоэлектронного преобразователя, второй вход которого объединен с третьим входом блока обработки сигнала и подключен к второму выходу формирователя кодов координат, третий выход которого подключен к второй группе адресных входов блока ПЗУ, перный и второй выходы которого подключены соответственно к четвертому и. пятому входам блока обработки сигнала,.шестой вход которого подключен к четвертому ныходу формирователя кодов координат, пятый и шестой выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам оптико-электронного преобразователя.