SU1711001A1 - Устройство дл контрол шероховатости поверхности - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  параметров шероховатости поверхности . Цель изобретени  - повышение точности контрол  за счет уменьшени  вли ни  случайного разброса чувствительности приемных элементов фотоприемного блока, а также за счет обеспечени  возможности повышени  координатного разрешени  при регистрации индикатрисы рассе ни , отраженного от образца излучени . Устройство содержит источник излучени , последовательно соединенные блок усреднени , блок вычислени  параметров шероховатости и индикатор, синхронизатор, выходы которого подключены к запоминающему блоку и блоку усреднени , блок сортировки, св занный входами с выходами запоминающего блока и синхронизатора, а выходом - с входом блока усреднени , дозатор циклов контрол , выход которого св зан с управл ющим входом запоминающего блока, механизм сканировани  светового луча, блок калиброванного дискретного перемещени  механизма сканировани , св занный механически с последним и электрически своим входом с выходом синхронизатора, а выхо-. дом - с входом дозатора циклов контрол . Источник излучени  св зан оптически через механизм сканировани  с фотоприемным блоком, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного контрол  шероховатости поверхности.

Известно устройство дл  контрол  шероховатости поверхности, содержащее источник излучени , плоское зеркало, фотоприемник, оптически св занный с зеркалом, второй фотоприемник, устанавливаемый по ходу излучени , диффузно рассеиваемого поверхностью, третий фото- приемник, установленный симметрично второму относительно оси пучка, зеркально отраженного поверхностью.

Недостатками устройства  вл етс  невысока  точность контрол  шероховатости из-за невозможности измерени  распределени  освещенности излучени , диффузно рассеиваемого поверхностью с высоким координатным разрешением, а также вследствие вли ни  разброса чувствительности фотоприемни ков.

Известно также устройство дл  бесконтактного определени  высоты шероховатости поверхности, содержащее источник излучени , блок перемещени  образца, фотоприемный блок, св занный своим выходом с соединенными последовательно за

поминающим блоком, блоком усреднени  и вычислени  параметров шероховатости и индикатором.

Недостатком устройства  вл етс  невысока  точность вследствие вли ни  разброса чувствительности приемных элементов фотоприемного блока и пространственной дискретизации при регистрации индикатрисы рассе ни  отраженного от образца излучени .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол .

Цель изобретени  достигаетс  тем, что устройство дл  контрол  шероховатости поверхности , содержащее источник излучени , последовательно соединенные блок усреднени , блок вычислени  параметров шероховатости и индикатор, синхронизатор , выходы которого подключены к запоми- нающему блоку и блоку усреднени , снабжено блоком сортировки, св занным входом с выходом запоминающего блока, а выходом - с входом блока усреднени , дозатором циклов контрол , выход которого св зан с управл ющим входом запоминающего блока, механизмом сканировани  светового луча, блоком калиброванного дискретного перемещени  механизма сканировани , св занным механически с последним и электрически своим входом с выходом синхронизатора, а своим выходом - с входом дозатора циклов контрол , а источник излучени  св зан оптически через механизм сканировани  с фотоприемным блоком.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства контрол ; на фиг. 2 - ход падающих и зеркально отраженных световых лучей при сканировании контролируемого образца (два положени  механизма сканировани ),

Устройство дл  контрол  шероховатости поверхности (фиг. 1) содержит источник 1 излучени , оптически св занный через механизм 2 сканировани  и контролируемый образец 3 с фотоприемным блоком 4, выполненным на основе линейного прибора с зар довой св зью (ПЗС) 5 и аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 6. Механизм 2 сканировани  управл етс  механически с выхода 7 блока 8 калиброванного дискретного перемещени  механизма сканировани , представл ющего собой прецизионный линейно-шаговый пьезодви- гатель с узлами управлени , который управл етс  электрически по входу 9 с выхода синхронизатора 10, а своим выходом 11 (св занным с узлами управлени  перемещением ) св зан электрически с входом дозатора 12 циклов контрол . Последний своим

выходом подключен к управл ющему входу 13 запоминающего блока 14, св занного своим входом 15с выходом фотоприемного блока 4, а своим выходом 16 - с входом 17

блока 8 сортировки, выход 19 которого св зан с входом 20 блока 21 усреднени . Последний своим выходом 22 св зан с входом блока 23 вычислени  параметров шероховатости , подключенного своим выходом к входу индикатора 24. Выходы синхронизатора подключены к входу 25 запоминающего блока 14, входу 26 блока 18 сортировки и входу 27 блока 21 усреднени .

Устройство работает следующим образом .

Луч лазера, сформированный источником 1 излучени , отклон етс  механизмом 2 сканировани  и падает на поверхность контролируемого образца 3 под углом 8-15° к

нормали в точке падени . Отразившийс  световой пучок регистрируетс  ПЗС-фото- приемником 5 и преобразуетс  в цифровой код АЦП 6 в виде отсчетов значений освещенности в точках дискретизации, Дискретизированный и квантованный по уровню видеосигнал в виде набора цифровых кодов последовательно переписываетс  с выхода фотоприемного блока 4 в запоминающий блок 14 по входу 15 и запоминаетс  в его

 чейках пам ти,

В процессе работы механизма 2 сканировани  осуществл ютс  калиброванные дискретные перемещени  светового луча в плоскости образца 3 при сохранении посто нного угла падени  луча и нормали к поверхности образца в контролируемых точках. Управление механизмом 2 осуществл етс  посредством механической св зи с выхода 7 блока 8, который тактируетс  по входу 9 с

выхода синхронизатора 10. При этом управление записью значений отсчетов индикатрисы рассе ни  в контрольных точках осуществл етс  при помощи дозатора 12 циклов контрол , управл емого сигналами,

синхронными с тактами перемещени  светового луча, с выхода 11 блока 8 калиброванного дискретного перемещени . Процесс съема информации устройством состоит из М циклов, в каждом из которых выполн етс 

L тактов сдвига светового луча в плоскости образца на величину Д Z, определ емую выражением (фиг. 2):

л, AY ASm

sin a L- sin ct1v ;

где а 90° -ft;

угол падени  светового луча (8-15°); AY- заданна  дол  дискрета A S ПЗ С; Д X - величина смещени  механизма сканировани  (фиг. 2);

L - целочисленный коэффициент кратности повышени  координатного разрешени  (L 1),

Между тактами сдвига производитс  регистраци  смещенных на Д Y в плоскости ПЗС индикатрис рассе ни , причем кажда  заноситс  в запоминающий блок 14с выхода АЦП 6 по входу 15 в виде групп цифровых отсчетов.

Дл  исключени  коррел ции между составл ющими спекл-структуры в группах индикатрис соседних циклов между циклами регистрации 1 сдвинутых между собой на ДУ индикатрис осуществл етс  потактовое перемещение светового луча вдоль поверхности образца на пространственный интервал , превышающий интервал коррел ции, который меньше или равен ширине проекции светового п тна в плоскости образца и, как следствие, в плоскости ПЗС не превышает диаметр Л g светового луча, сформированного источником излучени , С целью упрощени  последующей обработки информации величина межциклового сдвига светового луча без регистрации равна прот женности целого числа дискретов ПЗС

((2)

AS J С {AS) w

При этом управление регистрацией осу- .ществл етс  с выхода дозатора 12 циклов контрол , управл емого с выхода 11 блока 8 сигналами, синхронными перемещени м. Дл  этого на вход 13 управлени  запоминающего блока 14 поступает сигнал в виде пачек пр моугольных импульсов, при этом высокий уровень сигнала разрешает запись в блок 14 по входу 15 кода отсчета с выхода АЦП 6, а низкий, действующий между перемещени ми , - в каждом из циклов регистра/ДОч . ции и при смещении луча на е() межДУ

1 О

этими циклами.

По окончании записи в блок 14 заданного числа реализаций блоком 18 сортировки осуществл етс  сортировка отсчетов индикатрис рассе ни , поступающих с выхода 16 запоминающего блока 14. В процессе сортировки осуществл ютс  перестановки отсчетов , зарегистрированных в каждом из М циклов индикатрис. В результате сортировки блоком 18 формируетс  М цифровых отображений индикатрис в виде групп по N х L отсчетов (с повышенным в L раз координатным разрешением и некоррелированной дл  каждой из групп наложенной спекл- структурой), где N - прот женность индикатрисы в плоскости изображени ,

выраженна  сигналом дискрет ПЗС. С выхода 19 блока 18 сортировки сформированные отображени  поступают на вход 20 блока 21 усреднени , где они накапливаютс  и усредн ютс , после чего результат усреднени  поступает на вход блока 23 вычислени  параметров шероховатости. Результаты вычислени  шероховатости поступают на индикатор. Синхронизаци  выполнени 

операций осуществл етс  под управлением синхронизатора 10.

Воздействие возмущающих факторов можно представить упрощенно в виде искажени  исходного распределени  освещенности в оптическом изображении аддитивной и мультиплекативной составл ющей помех

f(x) 8(х)Ф(х)+ШО)

где f(x) - искаженный электрический сигнал на выходе фотоприемного блока 4;

S(x) - распределение чувствительности фотоприемника, как функци  пространственной координаты в плоскости анализа;

Ф (х) - распределение освещенности в индикатрисе рассе ни ;

Ј (х) - составл юща , характеризующа  эффект наложени  спекл-структуры.

S(x) ms+ i/(x).(4)

где ms - систематическа  составл юща  чувствительность фотоприемного блока 4 ( вл етс  паспортной величиной фотоприемника );

г (х) - случайна  составл юща , характеризующа  разброс чувствительности (центрированна  случайна  величина).

Рассмотрение процесса усреднени , как выполнение операции вз ти  математического ожидани , приводит к преобразованию (3) с учетом (4):

(х) - М f (х) + Ц (х) Ф (х) + Ј ()} гп5Ф(х) + ms М | (х) + + Ф(х)(х) + (x)-iMx) 1(5) При увеличении числа усредн емых реализаций наблюдаютс  существенное уменьшение вли ни  мешающих факторов ц (х) и Ј(х) и (в пределе) их полна  компенсаци , как результат вз ти  математического ожидани  центрированных случайных величин и определени  их ковариации при отсутствии между ними статистической св зи .

Следовательно, в пределе, в усредненном сигнале f(x) ms Ф (х) наблюдаетс  компенсаци  не только наложенной спекл- структуры, но и вли ние разброса чувстви тельности фотоприемного блока 4.

Claims (2)

1. Механизм 2 сканировани  может быть реализован в биде высококачественного плоского зеркала, один из вариантов перемещени  которого в процессе сканировани  показан на фиг.
2. 2. Блок сортировки может быть реализован на основе известных средств с применением программно-аппаратных средств микропроцессорной техники , например однокристальной микроЭВМ типа К 18 16. Введенный дозатор 12 циклов контрол  может быть построен на основе типовых логических элементов. Формула изобретени  Устройство дл  контрол  шероховатости поверхности, содержащее источник излучени , последовательно соединенные фотоприемный и запоминающий блоки, последовательно соединенные блок усреднени , блок вычислени  параметров шероховатости и индикатор, синхронизатор , выходы которого подключены к запоминающему блоку и блоку усреднени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности контрол , оно снабжено блоком сортировки, св занным входами с выходом

   запоминающего блока и выходом синхронизатора , а выходом - с входом блока усреднени , дозатором циклов контрол , выход которого св зан с управл ющим входом запоминающего блока, механизмом сканировани  светового луча и блоком калиброванного дискретного перемещени  механизма сканировани , св занным механически с последним и электрически своим входом с выходом синхронизатора, а своим

   выходом - с входом дозатора циклов контрол , а источник излучени  св зан оптически через механизм сканировани  с фотоприемным блоком.

   J

   Фш.г