УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
DEVICE FOR NON-CONTACT INSPECTION OF SURFACE ROUGHNESS

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля шероховатости поверхности различных изделий.
Известно устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности, содержащее источник поляризованного монохроматического излучения с параллельным пучком излучения, установленный под острым углом к нормали к измеряемой поверхности, пять приемников излучения с установленными перед ними светофильтрами и диафрагмами, электронно-измерительный блок обработки сигналов, входы которого подключены к выходам приемников излучения, а выход подсоединен к входу интерфейса. Выход интерфейса связан со входом микропроцессорного вычислительного устройства (патент RU 2092789 С1, МПК6 G01B 11/30).
Основными недостатками этого устройства являются повышенные трудоемкость изготовления и стоимость, обусловленные наличием пяти приемников излучения.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащее оптическую систему, включающую осветитель и ответвители части излучения, и электронный блок, включающий фотопреобразователи части падающего и отраженного от контролируемой поверхности излучения, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, контроллер интерфейса, энергонезависимое запоминающее устройство, регистратор и источник питания. Ответвители, установленные последовательно между осветителем и контролируемой поверхностью, выполнены монохроматическими. В качестве регистратора возможно использование одного из таких устройств индикации, как алфавитно-цифровой модуль; табло; принтер, маркер или их сочетание. Выходы фотопреобразователей части падающего и отраженного излучения соединены с информационными входами коммутатора, выход которого подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, выходная цифровая шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной и первой выходной шинами микроконтроллера, вторая выходная шина которого соединена с управляющим входом коммутатора, третья выходная шина микроконтроллера соединена с внутренней шиной контроллера интерфейса, четвертая шина - с шиной энергонезависимого запоминающего устройства, пятая выходная шина микроконтроллера соединена с входной шиной регистратора. Выходная шина источника питания соединена с входами питания указанных узлов электронного блока. Выходная шина контроллера интерфейса соединена с одним из внешних портов персонального компьютера (патент RU 2156955, С1, МПК7 G01B 11/30).
К недостаткам вышеописанного устройства относятся пониженное качество контроля шероховатости поверхности и узкие функциональные возможности, так как оценка шероховатости поверхности производится путем перевода полученного коэффициента отражения в единицы шероховатости с помощью калибровочных кривых, хранящихся в памяти устройства, характер которых зависит от вида материала, степени его окисления, температуры и других факторов, что позволяет получить лишь интегральную информацию о состоянии шероховатости при полном отсутствии информации о микрорельефе и топографии поверхности.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения качества контроля шероховатости поверхности и расширения функциональных возможностей устройства путем получения трехмерного изображения контролируемой поверхности, в котором содержится информация о ее микрорельефе и топографии, что позволяет проконтролировать шероховатость поверхности независимо от вида материала, степени его окисления, температуры и других факторов при отсутствии необходимости в использовании калибровочных кривых.
Указанная задача решается тем, что устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности, содержащее осветитель, фотопреобразователи отраженного от контролируемой поверхности излучения, электронный блок, содержащий коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, контроллер интерфейса, энергонезависимое запоминающее устройство, регистратор и источник питания, при этом выход коммутатора подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, выходная цифровая шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной и первой выходной шинами микроконтроллера, вторая выходная шина которого соединена с управляющим входом коммутатора, третья выходная шина микроконтроллера связана с внутренней шиной контроллера интерфейса, четвертая выходная шина микроконтроллера соединена с шиной энергонезависимого запоминающего устройства, пятая выходная шина микроконтроллера соединена с входной шиной регистратора, выходная шина контроллера интерфейса подсоединена к персональному компьютеру, выходная шина источника питания подключена к входам источника питания указанных узлов электронного блока, согласно изобретению снабжено объективами, установленными между контролируемой поверхностью и фотопреобразователями, в качестве которых использованы координатно-чувствительные фотоприемники, связанные с входами введенных в электронный блок двух блоков обработки видеосигналов, выходы которых соединены с информационными входами коммутатора, а регистратор выполнен в виде монитора на жидких кристаллах.
Получение трехмерного изображения микрорельефа контролируемой поверхности достигается использованием в качестве фотопреобразователей отраженного от контролируемой поверхности излучения двух координатно-чувствительных фотоприемников, что обеспечивает оценку геометрических параметров шероховатости контролируемой зоны поверхности по трем координатам, две из которых определяются путем анализа плоского изображения, получаемого с фотоприемников, а третья - высотные параметры микрорельефа - определяется путем совместного использования информации с обоих фотоприемников.
Функциональная схема предлагаемого устройства для бесконтактного контроля шероховатости поверхности представлена на приведенном чертеже.
Устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности содержит осветитель 1, объективы 2 и 3, принимающие излучение, отраженное от контролируемой поверхности 4, электронный блок 5, фотопреобразователи отраженного от контролируемой поверхности излучения, в качестве которых использованы координатно-чувствительные фотоприемники 6 и 7, например матрицы на основе структур ПЗС (приборов с зарядовой связью). Электронный блок 5 содержит блоки 8 и 9 обработки видеосигналов, коммутатор 10, аналого-цифровой преобразователь 11, микроконтроллер 12, контроллер интерфейса 13, энергонезависимое запоминающее устройство 14, регистратор 15, источник питания 16.
Объективы 2 и 3 установлены между контролируемой поверхностью 4 и фотоприемниками 6 и 7 соответственно. Оптические оси объективов 2 и 3 расположены под различными углами к поверхности 4. Регистратор 15 выполнен в виде монитора на жидких кристаллах.
Выходы блоков 8 и 9 обработки видеосигналов соединены с информационными входами коммутатора 10, выход которого подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя 11, выходная цифровая информационная шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной шиной 17 и первой выходной шиной 18 микроконтроллера 12, вторая выходная шина управления 19 которого соединена с управляющим входом коммутатора 10. Третья выходная шина 20 микроконтроллера 10 соединена с внутренней шиной контроллера интерфейса 13, четвертая выходная шина 21 микроконтроллера 10 - с шиной энергонезависимого запоминающего устройства 14, пятая выходная шина 22 микроконтроллера 12 соединена с входной шиной регистратора 15. Выходная шина источника питания 16 соединена со входами питания узлов электронного блока 5. Посредством выходной шины контроллера интерфейса 13 к устройству подключен персональный компьютер 23.
Предлагаемое устройство для бесконтактного контроля шероховатости поверхности работает следующим образом.
Осветителем 1 формируется пучок излучения, который освещает исследуемую поверхность 4. Отраженное от поверхности 4 излучение попадает в объективы 2 и 3, оптические оси которых установлены под различными углами к поверхности 4. Объективами 2 и 3 формируются на поверхности фотоприемников 6 и 7 двумерные изображения освещенной зоны поверхности 4. Фотоприемниками 6 и 7 двумерные изображения освещенной зоны поверхности 4 преобразуются в электрические видеосигналы, содержащие информацию об этих изображениях.
a
z
Видеосигналы с фотоприемников 6 и 7 поступают в блоки 8 и 9 обработки видеосигналов, где усиливаются и подвергаются фильтрации, после чего поступают на входы коммутатора 10. Коммутатор 10 управляется микроконтроллером 12 через вторую выходную шину управления 19 и предназначен для поочередной подачи видеосигналов с блоков 8 и 9 обработки видеосигналов на аналого-цифровой преобразователь 11. Аналого-цифровой преобразователь 11 управляется микроконтроллером 12 через первую выходную шину 18 и предназначен для преобразования аналоговых видеосигналов в цифровую форму. Оцифрованный видеосигнал с аналого-цифрового преобразователя 11 поступает на первую входную шину 17 микроконтроллера 12, которым анализируются видеосигналы плоских изображений фотоприемников 6 и 7 и вычисляются две координаты положения точек микрорельефа на плоскости, а также с использованием информации с обоих фотоприемников 6 и 7 и программного обеспечения по распознаванию образов, вычисляется третья координата, то есть высотные параметры микрорельефа. Таким образом микроконтроллер 12 формирует данные для построения модели микрорельефа, которые поступают через четвертую выходную шину 21 и пятую выходную шину 22 на энергонезависимое запоминающее устройство 14 и регистратор 15 соответственно. В энергонезависимом запоминающем устройстве 14 осуществляется хранение полученных данных, регистратор 15 отображает данные в виде численных значений координат точек микрорельефа. Кроме того, данные с третьей выходной шины 20 микроконтроллера 12 через контроллер интерфейса 13 поступают в персональный компьютер 23, где с помощью соответствующего программного обеспечения строится трехмерное изображение микрорельефа исследуемой зоны поверхности 4, а также вычисляются стандартные параметры шероховатости, например, такие как R и R.
Таким образом, использование предложенного изобретения позволяет повысить качество контроля шероховатости поверхности и расширить функциональные возможности устройства путем получения трехмерного изображения контролируемой поверхности.