КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
CONTROL AND MEASURING INSTALLATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к устройствам для исследования и анализа образцов с помощью оптических средств, в частности, к контрольно-измерительным устройствам для обнаружения дефектов изделий и измерения их размеров.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Широко известны устройства для выявления дефектов с помощью оптических средств.
Известно, в частности, устройство оптического контроля (см. US 10937705 B2, опубл. 02.03.2021) (1), выполненное с возможностью обнаружения дефекта в исследуемой области образца, при этом устройство оптического контроля содержит: источник света, создающий освещающий пучок света, падающий на образец и отражаемый образцом;
по меньшей мере одну матрицу детекторов, которая принимает свет после его отражения образцом для получения оптических данных от образца, причем оптические данные содержат множество пикселей;
по меньшей мере один процессор, соединенный по меньшей мере с одной матрицей детекторов для приема оптических данных, при этом по меньшей мере один процессор выполнен с возможностью:
определять характеристику тестовой топографии для каждого пикселя в интересующей тестовой области образца из оптических данных; и
сравнивать тестовую топографическую характеристику для каждого пикселя с эталонной топографической характеристикой для каждого соответствующего пикселя в интересующей области по крайней мере одной эталонной поверхности, при этом интересующая область по крайней мере одной эталонной поверхности имеет такой же по расчетному шаблону, что и тестовая область представляющий интерес на образце, чтобы определить наличие дефекта в исследуемой области образца на образце.
Устройство (1) имеет ряд недостатков, таких как сложность в использовании и низкую точность обнаружения дефектов.
Наиболее близким аналогом заявленного устройства, по мнению заявителя является, система контроля изготовленного образца (см. US 9575013 B2, опубл. 21.02.2017) (2). Поддерживаемый образец вращается вокруг оси измерения так, что образец перемещается с заданными угловыми приращениями в течение, по меньшей мере, одного вращательного сканирования. Задний пучок коллимированного излучения направляется на поддерживаемую часть и перекрывается ею в каждом из первых множества последовательных приращений движения для создания потока беспрепятственных частей заднего луча, которые в быстрой последовательности проходят мимо и не блокируются поддерживаемой частью. Передний пучок излучения направляется на поддерживаемую часть и отражается от нее при каждом втором множестве последовательных приращений движения для создания потока отраженных частей переднего луча в быстрой последовательности. Потоки отраженных и беспрепятственных участков обнаруживаются на станции контроля для получения электрических сигналов, которые обрабатываются.
Предложенный наиболее близкий аналог наиболее близко подходит к решению проблем, решаемых заявленным изобретением, однако проблема в данном аналоге решается не самым эффективным способом.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, существует необходимость устранить, по меньшей мере, часть упомянутых выше недостатков. В частности, существует потребность в установке, позволяющей точно определить размеры образца и наличие у него дефектов.
Данное изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной с увеличением точности проведения контроля и измерения промышленных образцов.
Техническим результатом изобретения является создание установки контроля и измерения повышенной точности.
Достижение поставленных целей возможно с помощью контрольно-измерительной установки, содержащей источник света для освещения образца и оптический датчик, выполненный в виде камеры для улавливания света, падающего на матрицу, передающей данные на компьютер.
Установка характеризуется тем, что снабжена основанием, боковыми стенками и крышкой, на которой установлена камера, во внутренней части боковых стенок установки размещен источник света в виде светодиодной подсветки, основание, на которое устанавливается образец, выполнено прозрачным с подсветкой с обратной стороны основания.
В частном варианте выполнения камера установлена в центре крышки.
Установка может быть выполнена в виде усеченной пирамиды.
В другом частном варианте установка выполнена в виде четырехгранной усеченной пирамиды.
В одном из вариантов выполнения внутри источника света выполнены перегородки, ограничивающие поток освещения.
Вышеупомянутые и другие цели, преимущества и особенности настоящего изобретения станут более очевидными из следующего не ограничивающего описания его примерного варианта осуществления, приведенного в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:
Фиг. 1 - схематическое изображение контрольно-измерительной установки;
Фиг. 2 - вид 3D контрольно-измерительной установки в собранном состоянии;
Фиг. 3 - вид 3D контрольно-измерительной установки со снятой крышкой;
Фиг. 4 - образец штифта, подлежащий контролю.
На фиг. 1-3 позиции обозначают следующее:
1 - основание установки ;
2 - крышка;
3 - видеокамера;
4 - боковые стенки;
5 - светодиодная подсветка;
6 - перегородки.
Эти чертежи не охватывают и, кроме того, не ограничивают весь объем вариантов реализации данного технического решения, а представляют собой только иллюстративный материал частного случая его реализации.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Контроль и измерение полученных промышленным образом образцов (объектов, продуктов, изделий, деталей) является очень важным процессом в промышленности для исключения образцов, которые не соответствуют требованиям к качеству. Это позволяет избежать неожиданного отказа продуктов на этапе эксплуатации, что может привести к значительным потерям времени, доходов и производительности.
В заявленном изобретении предлагается система освещения образца, которая обеспечивает получение воспроизводимых результатов, см. фиг. 1.
Заявленная контрольно-измерительная установка, изображенная на фиг. 2, выполнена в виде усеченной пирамиды, например, из пластика, и содержит основание (1), боковые стенки (4) и крышку (2). На крышке установки, в ее центре размещена камера (3) для улавливания света, падающего на матрицу. Данные с камеры передаются для дальнейшей обработки на компьютер. Внутри установки размещен источник света, который имеет форму, повторяющую форму установки. Во внутренней части боковых граней источника света установлена светодиодная подсветка (5), которая преимущественно выполнена в виде светодиодной ленты. Основание источника света, на которое устанавливается образец, выполнено прозрачным с подсветкой с обратной стороны основания.
Поток освещения источника света может быть ограничен с целью получения более достоверных результатов, так как уменьшает рассеяние света для этого внутри источника света, изображенного на фиг. 3, выполнены пирамидальные перегородки (6).
Преимущественно, для лучшего освещения образца, установка выполняется в виде четырехгранной усеченной пирамиды, поскольку освещение с четырех сторон является оптимальным и позволяет камере максимально «захватить» изображение
Уловитель света камеры может быть выполнен в виде матрицы светочувствительных ПЗС или матрицы CMOS.
Контрольно-измерительная установка работает следующим образом.
В настоящее время для большого количества изготавливаемых компонентов измерение выполняется вручную по одному. Это очень медленная и монотонная операция, которая может привести к дискомфорту сотрудников в течение длительного времени. Кроме того, неизбежны ошибки из-за усталости работника. Автоматизация процесса измерения высвободит человеческий ресурс для других более важных задач.
Измерение размеров и обнаружение дефектов образцас помощью предложенной установки включает в себя несколько этапов: калибровка установки, получение изображений образца и их обработку.
Наиболее важным аспектом установки является направление света. Освещение может выявить разные особенности образца, поэтому захват изображений производят с применением бокового освещения образца и подсветки его снизу. Для обеспечения относительной ориентации камеры и источника освещения была разработана предложенная установка.
При включении освещения и камеры создается направленное освещение, подходящее для решаемой задачи. Светоизлучающая диодная (светодиодная) подсветка закреплена в нижней части установки таким образом, чтобы образец был освещен в контровом режиме подсветки. Для удержания образца используется прозрачная поверхность, которая также позволяет проходить свету в направлении, параллельном оптической оси камеры. Когда свет проходит через плоскую поверхность, он также показывает периферию образца в деталях. Это позволяет впоследствии точно сегментировать образца на изображении и затем измерить его размеры. Тем не менее, такое направление освещения может не выявить некоторые детали поверхности образца, что требуется при визуальном осмотре на наличие дефектов поверхности. Поэтому предлагается использовать непрямую форму освещения. Освещение направлено на поверхность контролируемого образца.
Чтобы уменьшить эффект зеркального отражения, когда свет падает на поверхность образца, предлагается также использовать прозрачную перегородку.
Камера калибруется для определения как внутренних, так и внешних параметров. Для калибровки камеры используется калибровочная сетка (в центре на Фиг. 3). В процессе калибровки получаются различные изображения и подаются в компьютер в качестве входных данных для оценки всех внутренних параметров, изображения стабилизируются на одном уровне. Изображения объекта получаются путем удаления камеры из установки и размещения объекта разных позициях относительно калибровочной сетки. Наконец, дополнительное изображение калибровочной сетки захватывается после монтажа камеры. Внешние параметры для этого конкретного положения камеры используются для определения внешней системы координат, заданной на основании, на котором должен размещаться образец. Искажение моделируется с использованием 3 радиальных и 2 тангенциальных параметров искажения.
Результаты показали, что измерение может быть выполнено с минимальной абсолютной погрешностью, а также шумом в измерении.
Пример:
Образец штифта, подлежащий контролю, показан на фиг. 4. Основным измеряемым параметром является длина, которая составляет 25 мм. Наиболее важным фактором контроля является допуск от 24,79 до 25 мм. Были исследованы образцы 10 штифтов. По каждому из них получены данные из 100 изображений. Результаты измерений показали стандартное отклонение 0,1 мм и среднее измеренное значение 24,9 мм для штифтов.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
Предложенные устройства предназначены для ряда применений, включающих измерение размеров полученных образцов и обнаружение их дефектов, которые позволят предотвратить поломку конечного продукта на стадии эксплуатации.