Способ бесконтактного определения геометрических параметров отверстий

"ъ 4 ИЯ БРЕТЕ САНИЕ 01 ЛУ СВИ АВТ ЛЬСТВУ теренко,ТымчикР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Киевский политехнический институт им,50-летИя Великой Октябрьской социалистической революции(56) Авторское свидетельство СССМ 773429, кл, 6 01 В 11/12, 1973,Патент США М 4465374, кл. 6 01 В11/12, 1976.(54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВОТВЕРСТИЙ(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к оптическим методам определениягеометрических параметров отверстий, полученных при металлообработке. Цель изобретения - , повышение точностиопределения геометрических параметров иобеспечение возможности контроля отверстий с низким качеством обработки поверхИзобретение синосится к контрольноизмерительной технике, в частности к оптическим методам определениягеометрических параметров отверстий, полученных при металлообработке.Известен способ измерения диаметраотверстия путем облучения отверстия электромагнитной волной, измерения амплитуды интерференционного сигнала нечетныхгармоник, получения комбинированнойдифракционной и интерференционной кар. тин. Для расширения диапазона измеряемыхотверстийизменяютдлинуволныизлученияи фиксируют длину волны, при которой ампности, Коллимированный пучок поступает на сканирующий элемент, который вращается с угловой скоростью ( и + Лм), и отклоняется им на поверхность отверстия, Часть отраженного излучения фокусируется объективом на чувствительную площадку блОка определения модуля скорости, В заданные пять несовпадающих моментов временив течение одного оборота сканирующего элемента производится замер модуля Ч линейной скорости перемещения светового пятна по поверхности отверстия. В эти же моменты времени измеряется скорость вращения оъ, сканирующего элемента и угол уЪ отклонения пучка относительно фиксированной оси декартовой системы координат, При этом т = 1,2.5, Параметры Ч,аЬ и 1/Ъ вводятся в ЭВМ, где . реализован алгоритм вычисления координат Х, У) точек Ап, а затем геометрических параметров контура сечения отверстия из уравнения//Х, У; Х 1; Х 2 Х 5; Уъ У 2 У 5//д =О. 2 ил. Влитуда интерференционного сигнала нечетных гармоник равна удвоенному значению амплитуды электромагнитной волны в свободном пространстве,Наиболее близким к предлагаемому является способ бесконтактного измерения параметров отверстий, заключающийся в том, что вокруг цилиндрической поверхности формируют световое кольцо, центр которого совмещен с продольной осью цилиндрической поверхности. Световое кольцо фокусируют на цилиндрическую поверхность; При этом по меньшей мере часть светового кольца фокусируется на цилинд"рическую поверхность на малом ее участке.В отраженном цилиндрической поверхностью пучке формируют ее иэображение иопределяют его продольную ширину. Иэширины изображения определяют расположение цилиндрической поверхности и еедиаметр.Однако этому способу прйсущи следующие недостатки. Точность измерения диаметра не высока из-за зависимостипродольной ширины формируемого изображения от качества обработки поверхности,а также из-за критичности способа к непараллельности осей фокусирующего элемента и продольной оси отверстия, Дляизмерений в широком диапазоне диаметров способ требует изменений геометрических характеристик фокусирующегоэлемента, что сопряжено со значительнымитехнологическими трудностями.Цель изобретения - повышение точности определения геометрических параметров и обеспечение возможности контроляотверстий с низким качеством обработкиповерхности за счет устранения влиянияуказанного параметра на точность измерения, а такжеза счет устранения зависимости точности от неперпендикулярностисечения, в котором производится измерение, оси отверстия, что дает возможностьопределения геометрических параметровотверстия в любом произвольно заданномсечении отверстия.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу, обеспечивающему бесконтактное определение геометрическихпараметров отверстий осуществляют формирование светового пучка, направляют егона внутреннюю поверхность контролируемого отверстия, сканируют им в заданномизмерительном сечении из точки на нем,после регистрации отраженного излученияопределяют модуль Чп линейной скоростиперемещения облучающего светового пятна на поверхности отверстия по контуру сечения в пяти несовпадающих точках этогоконтура; а геометрические параметры отверстия в заданном сечении определяют из" -уравненияОХ, т; Х 1 Х 2 Хб; У 1, Уу.;,.Уя 1 О,где Хп и Уп; е -15, - рассчитанные декартовы координаты точек, в которых определяется модуль Ч линейной скорости,На фиг. 1 приведена оптическая схемаустройства, реализующего предлагаемыйспособ; на фиг. 2 - схема, поясняющая определение положения пяти измерительныхточек на контуре сечения отверстия.Устройство (фиг. 1) содержит последо- .вательно установленные источник 1 излучения (ИИ), формирующий узкий коллимированный пучок, светоделительный элемент (СДЭ) 2, сканирующий элемент (СЭ) 3, установленный с возможностью вращения по средством привода 4 вокруг оси,содержащей пучок. На одной оси с приводом 4 установлен измеритель 5 угла поворота и скорости вращения (ИУПС) СЭ 3.Отражающая грань СЭ 3 расположена под 10 углом 45 к оси его вращения. На оси, перпендикулярной направлению распространения пучка и проходящей через центр СДЗ 2, на некотором удалении от него установлены обьектив (ОБ) 6, создающий изображе ние облученного пучком участкаповерхностиконтролируемого отверстия на чувствительном элементе блока 7 определения модуля скорости перемещения поверхности (БОМС), диафрагма 8, служащая для 20 обеспечения необходимой глубины резкости изображенного ОБ 6 пространства. Выходы БОМС 7 и ИУПС 5 подключены к входуЭВМ 9, подключенной к индикатору 10, .Способ осуществляют следующим об разом.Узкий коллимированный пучок излучения фиг. 2 поступает на СЭ 3, который вращается с угловой скоростью ( в + Лщ ), где Ло- погрешность, вносимая приводом СЗ 30 3, Последний отклоняет пучок на 90 О, приводя его к плоскости сканирования, и направляет на диффузно отражающую поверхность отверстия.Часть диффузно отраженного поверх ностью излучения, вновь отразившись отСЭ, будучи затем отклоненной СДЗ 2 на 90 О, фокусируется ОБ 6, содержащим диафрагму, на чувствительную площадку БОМС так, что на ней создается изображение облучен ного участка поверхности отверстия, которое перемещается по этой чувствительной площадке в процессе вращения СЭ,8 заданные пять несовпадающих моментов времени в течение одного оборота 45 СЗ производится замермодуля Чп линейной скорости перемещения облучающего светового потока по поверхности отверстия.В эти же.моменты времени измеряется скорость вращения оъ СЭ и угол ъ отклоне 50. ния пучка относительно фиксированнойоси, введенной в плоскости сканирования декартовой системы координат. При этом в - 1,2,;.5.Параметры Ч, оЬ и ъ вводятся в55 ЭВМ, где реализован алгоритм вычислениякоординат пяти точек А как ЧП 1 Чп Хп = - соз Ъ; Р = з 1 п р,ОЪ Фва затем геометрических параметров контура сечения отверстия как параметров кривой второго порядка, какой являетсясечение большинства отверстий, получаемых в машиностроении, приборостроении 5из матричного уравнения//Х, У,Х 1, Х 2 Х 5; У 1, У 2,.У 5//= О,Предлагаемый способ позволяет определять такие геометрические параметры отверстия, как диаметр, локальный диаметр 10(когда точки Ап сгруппированы на дуге контура сечения отверстия) цилиндрических отверстий,Диаметр в этом случае равен длинеменьшей оси (ВВ), который получается в 15сечении цилиндрического отверстия измерительной плоскостью (фиг. 2),При заданном положении измерительной плоскости по отношению к оси отвер-стия, когда угол О между. последней и 20заданной плоскостями известен, возможноопределение геометрических параметровэллиптических отверстий аналитическимпроецированием полученного контура сечения отверстия на перпендикулярную оси 25отверстия плоскость,.Аналогично могут быть измерены гео. метрические параметры многогранных отверстий, для чего необходимо произвести замеры в двух несовпадающих точках нз каждой грани многоугольника в сечении,Формула изобретения Способ бесконтактного определения геометрических параметров отверстий, заключающийся в том, что формируют световой пучок, найравляют его на внутреннюю поверхность контролируемого отверстия, регистрируют отраженное излучение и определяют геометрические параметры отверстий, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения геометрических параметров и обеспечения возможности контроля отверстий с низким качеством обработки поверхности, после направления пучка сканируют им в заданном измерительном сечении из точки на нем, после регистрации отраженного излучения определяют модуль Чы линейной скорости перемещения облучаемого участка на поверхности отверстия по контуру сечения в пяти несовпадающих точках этого контура, а геометрические параметры отверстия в заданном сечении определяют иэ уравнения//Х, У, Х 1, Х 2 Х 5; У 1, У 2 У 5//= О, где Х и Уп, в = 15, - рассчитанные декартовы координаты точек, в которых определялся модуль Ч линейной скорости,1747878 Составитель М,МининТехред М.Моргентал Корректор Н,Ревская Редактор М.Петрова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 2492 Тйраж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5