Устройство для измерения шероховатости поверхности изделия

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения шероховатости поверхности изделия . Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение области использования за счет исключения погрешностей , обусловленных нетождествен ностью оптических каналов для приема зеркальной и диффузной составляющих отраженного потока и за счет возможности измерения в труднодоступных местах. В основании измерительного блока расположены три световода 1, 2, 3 для освещения поверхности, для регистрации диффузной и зеркальной составляющих отраженного светового потока соответственно. Торцы этих световодов расположены так, что перпендикуляры , проведенные из центра этих торцов, лежат в одной плоскости и сходятся в одной точке на нижней стороне центра отверстия основания под углами 20-30°, 90°, 160-170° к поверхности основания. В регистрирующем блоке устройства расположен осветитель 5, соединенный соосно со световодом 1, фотоприемник 6, расположенный напротив торцов световодов 2, 3 Между торцами световодов 2, 3 и фотоприемником 6 расположен диск модулятора 7 с четырьмя эллиптическими отверстиями. На противоположной части модулятора от фотоприемника 6 расположен дополнительный источник 8 и фотодиод 9, служащие ключевым узлом для регистрации диффузной и зеркальной составляющих отраженногсГсв тбШго пбтока. В блоке обработки сигнала, сигналы фотоприемника 6 усиливаются усилителем 10, разделяются ключевым узлом 11, делятся делителем 12, логарифмируются усилителем 13. Напряжение на показывающем приборе зависит от значения параметра шероховатости Ra 2 ил. (Л С VJ N 00 00 о

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,, SU „,1 747886 А1 (я)ю G 01 В 11/30

" 7п92

ГОСУДАРСТВЕI+tblA КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к контрольно- Известно устройство "для определения ,измерительной технйке, а конкретно к уст- качества поверхности, содержащее источройствам бесконтактного оптического " ник излучения, световоды, модулятор, фотоконтроля шероховатости поверхности, и приемник, блок обработки. сигналов. предназначено для использования в маши-.: " Наиболее близким по технйческой сущностроительной, электройной, злектрохи- ности к изобретейию является устройство мической, металлургической, оптической для йзмерения "ше«рохов«атости поверхнопромышленности, самолетостроении, вчас.-. сти, содвржащее основание с отверстием, тности для измерения шероховатости в - - осветительную и ойтйческую "приемно ситруднодоступных местах.: стему с фотоприемником, модулятором и фотадиодом, блок обработки электрическо1. ; : . - -: .:::2 (21) 4876956/28 ..: . -::....: . поверхности, для региСтрацйи диффузной и (22)20.07.90 .. ": .: ---::.: . . зеркальной составляющих отраженного (46) 15.07,92, Бюл. М 26 . ":::, .::- .:::. .: светового потока соответственно. Торцы (71) Магнитогорский горно-металлургиче- этих световодов расположены так, что перский институт им. Г.И.Носова....:-: пендикуляры, проведенные:йз центра этих (72) В.К.Белов, А.К.Басиров, В,Г,Бочкарев и торцов, лежат в одной плоскости и сходятся

Н.М.Запускалов ., .: - .,:...-: в одной точке на нижней стороне центра (53) 531.715,27(088.8), -:: -,.: отверстия осйования под углами 20 — 300, (56) Патент США .: . : . :. 90 . 160 — 170 к поверхности основания, В

М 3999864, кл, G 01 N 21/48, 1976.: .. . регистрирующем блоке устройства расйолоАвторское свидетельство СССР . жен осветитель 5, соединенный соосно со М 1427 180, кл. G 01 В 11/30, 1987. : световодом 1, фотоприемник 6, расположенный напротив торцов световодов 2, 3. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ tHE- Между торцами световодов 2, 3 и фотоприРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ . емником 6 расположен диск модулятора 7 с (57} Изобретение относится к измеритель- четырьмя эллиптическими отверстиями. На. Я нойтехникеи можетбытьиспользованодля противоположной части модулятора от фоизмерения шероховатости пбверхности из- топрйемника 6 расположен дополнитель- (J) делия. Цель изобретения — повышение точ- ный источник 8 и фотодиод 9,служащие ( ности измерения и расширение области ключевым узлом для регистрации диффузиспользованиязасчетисключенйя погреш- -- -ной и зеркальной составляющих отраженностей, обусловленных нетождественно- - ногб с«вфтового йото«ка. В блоке обработки стью оптических каналов для приема .сигнала,сигналы фотоприемникабусиливазеркальной и диффузной составляю@их от- ются усйли«телем 10, разделяются ключевым раженного потока и за счет возмоЖности узлом 11, делятся делителем 12, логарифмиизмерения в труднодоступных местах, В ос- . руются усилителем 13. Напряжение на пока- ф новании измерительного блока расположе- зывающем приборе зависит от значения ны три световода 1, 2, 3 для освещения параметра шероховатости Ra. 2 ил.. Ор

3 1747886 4 го сигнала. В этом устройстве используется На фиг. 1 представлена структурная схеодин фотоприемник для регистрации после- ма устройства; на фиг. 2 —.схема расположедовательно с помощью цилиндрического ний отверстий на диске модулятора, модулятора зеркальной и диффузной со- Устройстводля измерения шероховатоставляющих отраженного светового. потока 5 сти поверхности включает измерительный отизмеряемой поверхности. Сигналыотфо- блок I, который выполнен в виде цилиндра топриемника поступают в блок обработки: с тремя световодами 1, 2, 3. Основание ци; . сйгналов, который связан с ключевым бло- линдра 4 имеет форму измеряемой поверхком. - :,..., -,, ности с отверстйем для освещения

10 поверхности и приема отраженного иэлучеНедостатком этого устройства является ния, Световод 1 служит для освещения rioнетождественность двух оптических кана- верхности, световод 2 - для передачи части лов для приема зеркальной и диффузной . диффузной составляющей отраженного посоставляющихотраженногосветового пото- тока на фотоприемник 6, световод 3 —. для ка, приводящая к погрешности измерения 15 передачи зеркальной составляющей светоза счет либо запыленности параболическо- вого потока на фотоприемник 6. Торцы этих

ro зеркала, либо за счет изменения его по- световодов расположены так, что перпендиложения. Это снижает точность и куляры,проведенныеизцентраэтихторцов стабильйость измерений, :: : . совпадают соответственно с направлением

20 излучаемых и принимаемых световых потоЦель изобретения — повышение точно-: ков, лежат в одной плоскости и сходятся в стим стабильностййзмерений; раСширение одной точке на нижней стороне центра отфункциойальных возможностей.. верстия основания под углами 20-30, 90,.

Поставленная цель достигается тем. что 160-170 к поверхности осйования. визвестномустройстве,содержащемиэме- 25 В регистрирующем блоке устройства И рительный блок, включающий основание, в осветитель 5 соединен соосно с торцом све котором выполнено отверстие, регистриру- . товода 1, фотоприемник 6, расположенный ющий блок, включающий осветительную и напротив торцов световодов 2, 3 таким обоптическую приемную систему, модулятор, разом, что перпендикуляры; проведенные фотоприемник, соединенный с ним блок об- 30 из центра этих торцов, сходятся в центреработки электрического сигнала, фо годиод поверхНости фотоприемника 6. Между тори ключевой узел, измерйтельный блок вы- цами световодов 2, 3 и фотоприемником 6 полней в виде трех световодов, один иэ ко- расположен диск модулятора 7 с 4 эллипти- . торых предназначен для освещения ческими отверстиями, расположенными по поверхности и два - для передачи зеркаль- 35 два на двух окружностях (фиг. 2). На протиной и диффузной составляющих отраженно- воположной части диска модулятора от фо- го светового nîtîêà, соответственно, топриемника 6 расположен установленных так, что перпендикуляры,i дополнительный источник 8 и фотодиод 9 на проведенные из центра торцов световодов уровне отверстий, сканирующих зеркальк плоскости торцов, лежат в одной плоско- 40 ную составляющую отраженного потока. . сти и сходятся в центре отверстия основа- Блок обработки сигналов III состоит из ния, осветитель соединен с выходом последовательно соединенных усилителя первого световода, выходы двух других све- 10, ключевого устройства 11, соединенного— товодов соедйнены с фотоприемником так, также с фотодиодом 9, делителя напряжечто перпендикуляры, проведенные из цен- 45 ний 12, логарифмического усилителя 13 и тра торцов этих световодов к плоскостям показывающего прибора 14, торцов, сходятся в центре поверхности фо- Устройство работает следующим обратоприемника, модулятор расположен меж- зом. Осветитель 5 через световод1 освещаду этийи торцами и фотоприемником.и в ет исследуемую поверхность через нем выполнены четыре эллиптических от- 50 отверстие в основании 4 измерительного верстия, расположенные по два на двух ок- блока 1. Световоды 2 и 3 передают отраженружностях и -предназначенные" для ные световые потоки в фотоприемник 6, Мопропускания зеркальной и диффузной со- дулятор 7 позволяет последовательно ставйяющих отраженного светового потока, освещать фотоприемник 6 диффузно и зера блок обработки электрического сигнала 55 кально отраженными потоками и моделиросОстоит из последовательно соединенных вать сигналы засветки дополнительного усилителя, ключевого узла, соединенного с фотодиода 9 от осветителя 8, Сигналы с фо фотодиодом, делителя напряжений, лога- топриемника 6 усиливаются усилителем 10. рифмического усилителя и показывающего разделяются ключевым блоком 11, связан прибора. ным с фотодиодом 9. делятся в блоке деле1747886. ния сигналов 12 и логарифмируются лога- труднодоступных местах; во-вторых, сдерифматором 13,, .:,,::,: .: .: лать идентйчными оптические каналы для

Так как коэффициент отражения зер- измерения.диффузной и зеркальной составкальнойсоставляющейотраженного потока ляющих отраженного потока, создать одиопределяется по формуле . 5 наковые условия освещения фотоприемника при регистрации этих потор =А®<р(К Rs соз2 0), (1) ков, увеличить телескопе углы приема зергде А - коэффициент, зависящий от дейст- кальной и диффузной составляющих вительной и мнимой частей коэффициента отраженного потока, что"позволяет увели преломления идеально гладкой поверхно- 10 чить точность и стабильность измерения.. сти, К - 5ж/2 А, где А- длина волны падаю-: Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я щего светового потока; .:: "::-:;:...,-.. . Устройство для измерения шероховатоΠ— Угол падения излучения на поверх-.:. сти поверхности "изделия, содержащее из-. ность;,...... .. - ::-:, ..:: :::":.::::, 15 мерительный блок, включающий основание, Ra — среднее арифметическое отклоне- " в котором выполнено -отверстие, регистри": ние ординат микропрофиля от базовой JlM- . Рующий блок, включающий, осветительную . нии, . ..: .;: ...:: .: ..::;-::„ ..;: и оптическуЮ приемную систему, модуляа коэффициент отражения диффузной со- тор, фотоприемник, соедйненный с ним ставляющей светового потока определяется 20 блок обработки электрического сигнала, фо:.по формуле . .:::: ..::-: тодиоди ключевойуэел,отл ич а ющееся тем, что, с целью повышения точности измеВ R2 созг В : (2) РениЯ и. РасшиРениЯ области использованиЯ где  — коэффициент, зависящий откоэффи- òÐÎÀñòÂB, измерительный блок выполнен циейта отражения ирреально гладкой поаер 25 в виде трех .световодов од"н из "оторых хности, от параметров входного и: предназначен для освещения поверхности выходного зрачка оптической системы, от K от размера освещаемой площадки, то свето- составляющих отраженного светового пото вые потоки, проходящие по световодам 1 и ка, соответствейно. Устано енных так, что

3 будут пропорциональны(1)ир)соответст-30пеРпендикулЯРы,пРоведенныеизцентРа венно. Тогда электрический сигнал на выхо- торцов световодов к плоскости торцов, леде 13 определяется как жат в одной плоскости и СХОДЯТСЯ в центРе отверстия основания, осветитель"соединен с: выходом первого световода, выходы двух

0= !и (оофз) =!и (> ) + .:::;;..:. - .: 35 друтих световодов соедйненыс фотоприемником, что" перпендикуляры, проведенные

+2 сов К "8 соз . (3) . из центра торцов. этих световодов к плоско+2 Весов + К иэсоз д (3) . с""a > .- . .::, - стямторцов,сходятся вцентреповерхности " где a,Ь,c — коэффициенты, зависящие от na- . фотоприемника, модулятор расположен

Раметров Установки, длины волны падаю- 40 между этими.торцами и фотоприемником и щего излучения; остаются неизменными в в нем выполнены четыре эллиптических отпРоцессе измерениЯ ., -:, вероятия, расположенные по два на двух окТаким образом, показания прибора 14: . Ружностях и предназначенные для связаны соотношением (3) с параметром - пропускания зеркальной и диффузной со-. шероховатости: : 45 ставляющих отраженного светового потока.

ПРименениеданногоУстРойствапозво- а блок обработки электрического сигнала лЯет во-пеРвых, Резко Уменьшить габаРитй состоит из последовательно соединенных измерительного блока УстРойства 1, что Рас- . усилителя, ключевого узла. соединенного с ширяет функциональные воэможности Уст- фотодиодом, делителя напряжений, логаРойства, напРимеР, испольэование 50 рифмического усилителя и показывающего устройства для измерения шероховатости в прибора

1747886

Составитель .В.Áåëîâ

Редактор В.Трубченко .. ТехредМ,Моргентал. -. Корректор H.Påàñêàÿ:

Заказ 2492 . Тираж:,.: .. Подписн6е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035., Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-йздательский.комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101