CS256988B1

CS256988B1 - Equipment for harmonic analysis

Info

Publication number: CS256988B1
Application number: CS86690A
Authority: CS
Inventors: Bohumir Ciganek
Original assignee: Bohumir Ciganek
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-01-31
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS69086A1

Abstract

Řešení se týká zařízení, které umožní s využitím soustavy s aplikací měřicí clony se sinusovou propustností realizovat bezkontaktním způsobem harmonickou analýzu rozdělení světelné energie v odraženém svazku paprsků od .struktury povrchu opracované plochy.The solution concerns a device that, using a system with the application of a measuring aperture with sinusoidal transmittance, enables a non-contact harmonic analysis of the distribution of light energy in a reflected beam of rays from the surface structure of the machined surface.

Description

(54) Zařízení pro harmonickou analýzu rozdělení světelné energie v odraženém svazku paprsků(54) Equipment for the harmonic analysis of the distribution of light energy in the reflected beam

Řešení se týká zařízení, které umožní s využitím soustavy s aplikací měřicí clony se sinusovou propustností realizovat bezkontaktním způsobem harmonickou analýzu rozdělení světelné energie v odraženém svazku paprsků od .struktury povrchu opracované plochy.The present invention relates to a device which, using a sinusoidal metering orifice aperture system, enables a harmonic analysis of the distribution of the light energy in the reflected beam from the surface texture of the surface to be processed in a contactless manner.

Vynález se týká zařízení pro harmonickou analýzu rozdělení světelné energie v odraženém svazku paprsků od povrchu opracované plochy.The invention relates to a device for the harmonious analysis of the distribution of light energy in a reflected beam from the surface of a surface to be treated.

V souvislosti se zjištovánim kvality obráběných povrchů zejména drsnosti, vlnitosti ap. je vhodné provádět harmonickou analýzu rozdělení světelné energie v odraženém svazku paprsků od měřeného povrchu. Zatímco stanovení vlastní struktury povrchu je možno v současné době provádět mechanicky, opticky popřípadě mechanicko-elektronicky, lze harmonickou analýzu provádět počítačem nebo harmonickým analyzátorem analyzováním změřené struktury povrchu. Nevýhodou mechanického snímání struktury povrchu opracovávané plochy je skutečnost, že je nelze aplikovat v provozních podmínkách a za chodu stroje.In connection with determining the quality of machined surfaces especially roughness, waviness etc. it is advisable to perform a harmonic analysis of the light energy distribution in the reflected beam from the measured surface. While the determination of the actual surface structure can currently be carried out mechanically, optically or mechanically-electronically, the harmonic analysis can be performed by computer or harmonic analyzer by analyzing the measured surface structure. The disadvantage of the mechanical sensing of the surface texture of the surface to be treated is that they cannot be applied under operating conditions and when the machine is running.

Je výhodné měřit rozdělení intenzity světla v odraženém svazku paprsků, které lze provádět bezkontaktním způsobem. Harmonickou analýzu naměřeného rozdělení intenzity světla v odraženém svazku paprsků lze provádět bezkontaktním způsobem. Harmonickou analýzu naměřeného rozdělení intenzity světla v odraženém svazku paprsků lze v současné době provádět dodatečně počítačem nebo harmonickým analyzátorem.It is advantageous to measure the light intensity distribution in the reflected beam, which can be performed in a non-contact manner. The harmonic analysis of the measured light intensity distribution in the reflected beam can be performed in a contactless manner. The harmonic analysis of the measured light intensity distribution in the reflected beam can currently be performed additionally by a computer or a harmonic analyzer.

Úkolem vynálezu je navrhnout zařízení, které umožní provádění harmonické analýzy rozdělení intenzity světla v odraženém svazku paprsků od obráběného povrchu pro potřebu zjištování charakteru povrchu bezkontaktním způsobem a bezprostředně.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a device which enables a harmonic analysis of the distribution of light intensity in a reflected beam to be machined from a surface to be detected in a contactless and immediate manner.

Tento úkol řeší předmět vynálezu, kterým je zařízení pro harmonickou analýzu rozdělení světelné energie v odraženém svazku paprsků od povrchu opracované plochy tvořené zdrojem světelného záření s výhodou monochromatickým, který dopadá kolmo na povrch opracované plochy, na tuto plochu zobrazen a kteréžto zařízení je dále opatřeno válcovým optickým členem pro soustředění svazku paprsků vtupujících po odraze a rozptylu na fotoelektrický receptor a dále je tvořeno rotujícím válcem, který je uložen mezi válcovým optickým členem a fotoelektrickým receptorem tak, že jeho osa rotace je rovnoběžná s podélnou osou válcového optického členu a leží v jeho obrazové rovině, přičemž na válci je vytvořena alespoň jedna dvojice kalibračních clon, jejichž podélná osa je rovnoběžná se směrem rotace válce a transparence obou kalibračních clon je konstantní a jedné z nich je nulová.The object of the present invention is to provide a device for the harmonious analysis of the distribution of light energy in a reflected beam from the surface of a surface of the light source preferably monochromatic, which impinges perpendicularly on the surface of the surface, an optical member for concentrating a beam of rays entering after reflection and scattering on a photoelectric receptor and further comprising a rotating cylinder which is positioned between the cylindrical optical member and the photoelectric receptor so that its axis of rotation is parallel to the longitudinal axis of the cylindrical optical member and The longitudinal axis is parallel to the direction of rotation of the cylinder and the transparency of the two orifices is constant and one of them is zero.

Podstatou vynálezu je, že na válci je vytvořena alespoň jedna měřicí clona, jejíž obvodová délka je větší než maximální vzdálenost krajních aperturních paprsků. Znakem vynálezu je to, že výška měřicí clony je konstantní a její propustnost v řezech kolmých na směr rotace válce a jdoucích za sebou se mění podle sinusovky. Další podstatou vynálezu je, že perioda sinusové změny propustnosti měřicí clony je plynule proměnná.It is an object of the invention that at least one measuring orifice is formed on the cylinder, the peripheral length of which is greater than the maximum distance of the extreme aperture beams. It is a feature of the invention that the height of the metering orifice is constant and its permeability in sections perpendicular to the direction of rotation of the cylinder and in succession varies according to the sine wave. It is a further object of the invention that the period of the sinusoidal permeability change of the metering orifice is continuously variable.

Zařízení podle vynálezu vykazuje nový účinek tím, že umožní realizovat bezkontaktním způsobem harmonickou analýzu odraženého optického svazku rozptýleného strukturou povrchu opracované plochy v definovaném směru ve vyšetřované plošce. Přitom lze využit výrobně i provzně jednoduché čidlo, kupř. čidlo podle AO č. 256 968. Vyloučí se tim také nutnost použití spřaženého počítače, což je zvláště výhodné při aplikaci v provozních podmínkách, jelikož zařízení může být realizováno jako kompaktní přenosná jednotka malých rozměrů.The device according to the invention exhibits a new effect in that it makes it possible to carry out in a contactless manner a harmonic analysis of the reflected optical beam scattered by the surface texture of the surface to be treated in a defined direction in the area under investigation. At the same time, it is possible to use a simple sensor, both for production and for operation. This also avoids the need to use a coupled computer, which is particularly advantageous for application under operating conditions, since the device can be implemented as a compact, portable unit of small size.

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je chamaticky znázorněno na připojených výkresech, kde na obr. 1 je znázorněna optická soustava zařízení, na obr. 2 je znázorněn řez v rovině A-A optickou soustavou podle obr. 1, na bor. 3 je znázorněna část povrchu rozvinutého válce s dílčími clonami a na obr. 4 část povrchu rozvinutého válce s měřicí clonou s plynule se měnící periodou.An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown diagrammatically in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows the optical system of the device, Fig. 2 shows a section along line A-A of the optical system according to Fig. 1, to boron. 3 shows a portion of the surface of the unfolded roll with partial orifices and in FIG. 4, a portion of the surface of the unfolded roll with a metering orifice with a continuously varying period.

Optická soustava 1^ podle obr. 1 a obr. 2 je tvořena světelný zdrojem 10 za kterým následuje částečně propustné zrcadlo 11 se spojnou soustavou 12 a kolmo k nim uspořádaným monochromatickým filtrem 13 a spojným válcovým členem 14, na kterém je vytvořena válcová plocha 140 s osou- 141. Spojný válcový člen 14 má obrazovou rovinu 142. V obrazové rovině 142 je uložen fotoelektrický receptor 3, tvořený kupř. fofodiodou,. Součástí popisovaného zařízení je dále válce 2 ^s osou 400, která leží v obrazové rovině 142 spojného válcového členu 14. Na obr. 1 je dále znázorněna vyšetřovaná opracovaná plocha 2 ^s povrchem 20.The optical system 10 of Figures 1 and 2 is comprised of a light source 10 followed by a partially transmissive mirror 11 with a bonding assembly 12 and a monochromatic filter 13 and a bonding cylindrical member 14 arranged perpendicular thereto, on which a cylindrical surface 140 s is formed. The connecting cylindrical member 14 has an image plane 142. In the image plane 142 there is a photoelectric receptor 3 formed e.g. fofodiodou ,. The device further comprises rollers 2 ^{with an} axis 400 which lie in the image plane 142 of the connecting cylindrical member 14. In FIG. 1, the workpiece 2 ^{to be} examined is further shown ^{with a} surface 20.

Na obr. 1 je dále znázorněn svazek 100 paprsků dopadajících na povrch 20 a odražený svazek 101 rozptýlených paprsků, na obr. 1 a obr. 2 dále rovnoběžný svazek 102 odražených paprsků mezi spojnou soustavou 12 a spojným válcovým členem 14 a výstupní svazek 150 paprsků vycházejících ze spojného válcového členu 12· Tento svazek 150 má krajní aperturní paprsky 151.Referring to FIG. 1, a beam 100 incident on the surface 20 and a reflected beam 101 of scattered beams are shown. FIGS. 1 and 2 show a parallel beam 102 reflected between the assembly 12 and the cylindrical member 14 and the beam output 150 This bundle 150 has extreme aperture spokes 151.

Na obr. 3 je znázorněná rozvinutá část válce 2> na kterém je vytvořena soustava clon a to: první kalibrační clona 45, druhá kalibrační clona 22, první měřicí clona 41, druhá měřicí clona 42 a třetí měřicí clona 22- Všechny tyto clony jsou na válci 2 vytvořeny tak, že jejich osy 40 jsou rovnoběžné s osou 400 válce 2 ^a jsou vzhledem ke své ose 40 ve směru T rotace válce 2 symetrické. Obvodová délka 410 uvedených clon je větší, než obvodobá délka průsečíků krajních aperturních paprsků 151 výstupního svazku 150 s povrchem válce 4. Maximální ♦FIG. 3 shows the deployed part of the cylinder 2 on which the orifice system is formed, namely: a first orifice plate 45, a second orifice plate 22, a first orifice plate 41, a second orifice plate 42, and a third orifice plate 22. The rollers 2 are formed such that their axes 40 are parallel to the axis 400 of the roll 2 ^and are symmetrical with respect to their axis 40 in the direction of rotation T of the roll 2. The peripheral length 410 of said orifices is greater than the peripheral length of the intersections of the outer aperture beams 151 of the output beam 150 with the surface of the cylinder 4. Maximum ♦

výška 420 jednotlivých clon je menší než je délka obrazu ML· který je vytvořen v obrazové rovině 142 spojného válcovaného členu 14, jak je znázorněno na obr. 2.the height of 420 of the individual orifices is less than the length of the image ML, which is formed in the image plane 142 of the bonded rolled member 14, as shown in FIG. 2.

Tvary jednotlivých clon jsou podle obr. 3 voleny tak, že první kalibrační clona £5 je tvořena zcela transparentním obdélníkem uvedených rozměrů, zatímco druhá kalibrační clona 46 je tvořena stejným obdélníkem s nulovou transparencí. V praxi je druhá kalibrační clona 46 tvořena částí nepropustného povrchu válce £ v mezeře mezi dvěma následujícími clonami 45, 41.The shapes of the individual orifices are selected in accordance with FIG. 3 such that the first orifice plate 45 is formed by a completely transparent rectangle of said dimensions, while the second orifice plate 46 is formed by the same zero-transparency rectangle. In practice, the second calibration orifice 46 is formed by a portion of the impermeable surface of the cylinder 4 in the gap between the two subsequent orifices 45, 41.

Měřicí clony 41, 42, 43 jsou v příkladném provedení vytvořeny tak, že na povrchu válce £ je vytvořeno rozhraní mezi propustnou a nepropustnou částí její plochy s harmonickým průběhem. Maximální výška 420 měřicích clon 41, 42, 43 je shodná.s výškou 420 propustné kalibrační clony £5. Harmonický průběh je dán vztahem:In the exemplary embodiment, the metering orifices 41, 42, 43 are formed such that an interface between the permeable and impermeable portion of its surface with a harmonious course is formed on the surface of the cylinder. The maximum height 420 of the metering orifices 41, 42, 43 is identical to the height 420 of the permeable calibration orifice 50. Harmonic course is given by:

„ ,, , 2 Oť y = A (1 + sin —y- x) kde A je poloviční výška 420 měřicích clon 41, 42, 43 a perioda 1 je nepřímo úměrná požadované harmonické frekvenci pro kterou se má zjistit amplituda amplitudové charakteristiky.Where A is half the height of 420 orifices 41, 42, 43 and period 1 is inversely proportional to the desired harmonic frequency for which the amplitude of the amplitude characteristic is to be determined.

Měřicí clona 44 podle obr. 4 je vytvořena podobně s tím rozdílem, že perioda rozhraní mezi propustnou a nepropustnou částí se plynule mění mezi dvěma mezními hodnotami, které omezují rozsah, ve kterém se provádí harmonická analýza.The metering orifice 44 of FIG. 4 is similarly formed, except that the interface period between the permeable and impermeable portions fluently varies between two limit values that limit the extent to which the harmonic analysis is performed.

Zařízení podle obr. 1 a obr. 2 pracuje následovně. Ozký svazek 100 paprsků vychází ze zdroje 10, prochází částečně propustným zrcadlem 11 a je spojnou soustavou 12 soustředěn na povrch 20 měřené opracované plochy 2.. Svazek 100 paprsků dopadá na uvedenou plochu 2 kolmo. Na nerovném povrchu 20 se odráží jednotlivé paprsky do různých směrů. Odražený svazek 101 paprsků prochází opět spojnou soustavou 12 a je jako soustava 102 rovnoběžných svazků odrážen do měřicí části zařízení částečně propustným zrcadlem 11. Tato měřicí část je tvořena spojným válcovým členem 14, jehož válcová plocha 140 přetvoří svazek paprsků 102 na sbíhavý výstupní svazek 150, který má ty vlastnosti, že rozdělení intenzity světla v něm je v dostateč né míře stejné v rovinných řezech rovnoběžných s rovinou nákresu, respektive kolmých'.na osu 400 válce £. V každém z těchto řezů je naopak v blízkosti spojeného válce členu 14 podél obvodu válce £ rozdělení intenzity světla v odraženém svazku 101 paprsků a tedy i charakterristické pro strukturu povrchu 20 opracované plochy 2. Výstupní svazek 150 je soustředěn na fotoelektrický receptor £, jehož fotoproud je úměrný energii dopadajícího světla a tedy i amplitudě amplitudové charakteristiky pro danou periodu £ a rozdělení intenzity světla v odraženém svazku 101 paprsků a je indikován neznázorněným zařízením.The apparatus of FIGS. 1 and 2 operates as follows. A narrow beam 100 extends from the source 10, passes through a partially transparent mirror 11 and is centered on the surface 20 of the workpiece 2 to be measured. The beam 100 impinges on said surface 2 perpendicularly. The uneven surface 20 reflects the individual beams in different directions. The reflected beam 101 again passes through the bonding assembly 12 and is reflected as a parallel beam assembly 102 through a partially transparent mirror 11. This measuring portion is formed by a bonding cylindrical member 14 whose cylindrical surface 140 transforms the beam 102 into a converging output beam 150, It has the properties that the light intensity distribution therein is sufficiently equal in planar sections parallel to the plane of the drawing and perpendicular to the axis 400 of the roll. In each of these sections, on the other hand, in the vicinity of the coupled cylinder of the member 14 along the circumference of the cylinder 6, the light intensity distribution in the reflected beam 101 and hence characteristic of the surface 20 of the treated surface 2 is output. proportional to the energy of the incident light and thus to the amplitude of the amplitude characteristic for a given period δ and the distribution of the light intensity in the reflected beam 101 and is indicated by a device (not shown).

Měřicí clony podle vynálezu je možno bez vlivu na výsledek nahradit equivalenty kupř.The measuring orifices according to the invention can be replaced by equivalents, e.g.

tak,že proměnná propustnost může být realizována změnou optické hustoty příslušných částí měřicích clon 41, 42, 43, 44.such that variable permeability can be realized by varying the optical density of the respective portions of the metering orifices 41, 42, 43, 44.

Stejného účinku je také možno dosáhnout změnou geometrie sinusovek tvořících rozhraní měřicích clon při zachování podmínky, že celková propustnost v libovolném řezu měřicí clonou rovnoběžném s její osou 40 odpovídá propustnosti ve shodném řezu odpovídající měřicí clonou podle obr. 3 nebo obr. 4. Tak kupř. je možno jedinou sinusovku např. podle obr. 3 nebo obr. 4 nahradit větším počtem sinusovek shodné periody, jejichž součet amplitud je shodný s amplitudou původní sinusovky.The same effect can also be achieved by changing the geometry of the sinusoids forming the interface of the metering orifices, while maintaining the condition that the total throughput in any section of the orifice parallel to its axis 40 corresponds to the permeability in the same section corresponding to the orifice of FIGS. it is possible, for example, to replace a single sine wave according to FIG. 3 or FIG. 4 by a plurality of sine wave sockets of the same period whose sum of amplitudes is equal to the amplitude of the original sine wave.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for the harmonic analysis of the distribution of light energy in a reflected beam from the surface of a treated surface comprising, preferably, a monochromatic light source, which is a narrow parallel beam incident perpendicular to the surface of the treated surface, imaged thereon and an optical system with a cylindrical optical a member for concentrating the beam of input entering the photoelectric receptor after reflection and scattering and, secondly, a rotating cylinder which is disposed between the cylindrical optical member and the photoelectric receptor such that its axis of rotation is parallel to the longitudinal axis of the cylindrical optical member; at least one pair of calibration orifices are formed on the cylinder, the longitudinal axis of which is parallel to the direction of rotation of the cylinder and the transparency of one of the two orifices is constant and one of them is zero, and at least one measuring orifice whose circumference The distance length is greater than the maximum distance of the outer aperture beams, characterized in that the height of the metering orifice (41) is constant and its permeability in cuts perpendicular to the direction of rotation (T) of the cylinder (4) and successive varies according to the sine wave.

Device according to claim 1, characterized in that the period of the sinusoidal change in the permeability of the measuring orifice (41) is continuously variable.