Система для контроля качества внутренних поверхностей

(51)4 С О 1 В 2 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11онный технолоК.Э.Циолковско Гребенюк,ан ельство СССР 11/30, 1 Ъ 76.Ъ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский авиацигический институт им.го(54) СИСТЕИА ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВАВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, Цельюизобретения является повьппение чувствительности и производительности контроля за счет использования сфокусированного пучка зондирующего излучения, а также совмещения операцийконтроля наличия дефектов и отклонения геометрических параметров контро 129 лируемой детали. Поставленная цель достигается за счет того, что система содержит источник 1 излучения, световой поток от которого коллимируется коллиматором 2, фокусируется линзой 3, положение которой устанавливается в зависимости от контролируемой детали 28 блоком 24 управления фокусирующей линзы. Сфокусированный световой поток поступает на зеркально-от" ражающую поверхность полого и тонкостенного конуса 4, которая формирует его в сфокусированное световое кольцо на контролируемой поверхности детали 28, причем положение фокуса неоднозначно относительно отдельных участков поверхности по диаметру, что достигается за счет пьезокерамических пластин 7, установленных на оси 6 внутри конуса 4 так, что своими растягивающимися гранями они соприкасаются с обратной поверхностью конуса 4, на которые от блока 15 управления пьезоэлементами подается соответствующее управляющее напряжение, причем величина этого напряжения в каждый момент времени определяется кодом с запоминающего устройства 16, куда заложена программа управления 8546каждым пьезоэлементом, блоком 24 управления фокусирующей линзы и блоком 19 управления пороговым уровнем. Отраженный от поверхности контролируемой детали 28 световой поток воспринимается входными торцами секций во" локонно-оптических световодов 8 и 9,которые расположены навстречу друг другу и ограничены кольцевыми диафрагмами 13 и 14 выполненными много- секционными из пьезокерамических пластин, которые также управляются от блока 15. Переданные световодами 8и 9 световые потоки воспринимаются приемниками 11 и 12 излучения, сигналы с которых усиливаются усилителями 17 и поступают на входы блоков 18 сравнения, на другие входы которых поступает пороговое напряжение от блока 19, Выходы блоков 18 сравнения, соответствующие двум противолежащим секциям световодов 8 и 9 объединены на элементах 20 РСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, поимпульсу на выходе которого можно судить о наличии дефекта поверхности, и на элементах 21 И, по импульсу на выходе которого можно судить об изменении радиуса кривизны поверхности, 1 ил.Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного. контуракачества внутренних поверхностей. 5Целью изобретения является повьппение чувствительности и производительности контроля за счет использования сфокусированного пучка зондирующего излучения, а также совмещения операЮ ций контроля наличия дефектов и отклонения геометрических параметров контролируемой детали.На чертеже изображена принципиаль 15 ная схема системы для контроля качества внутренних поверхностей.Система состоит из расположенных последовательно на одной оптической оси источника 1 излучения, коллиматора 2, фокусирующей линзы 3 и конусаго 4 с зеркальной наружной поверхностью,густановленного вершиной к источнику 1 излучения, причем конус 4 выполнен полым и тонкостенным, опирающимся на корпус 5, в котором на оси 6 жестко установлены пьезокерамические пластины 7, выполненные в виде отдельных секторов и установленные так, что своими растягивающимися гранями они соприкасаются с обратной поверхностью конуса 4. Концентрично оптической оси по обе стороны в осевом направлении от конуса 4 уатановлены многосекционные волоконно-оптические световоды 8 и 9, первый из которых концентрично охватывает линзу 3 и коллиматор 2, а второй - конус 4,. с которым жестко связан, причем волоконно-оптические световоды 8 и 9 выполнены с возможностью осевого перемещения с помощью устройства 1 О возвратно-поступательного перемещения. При этом на3 12985 выходном торце каждой секции установлены соответствующие приемники 11 и 12 излучения, а входные торцы волоконно-оптических световодов 8 и 9 расположены один навстречу другому и ог раничены кольцевыми диафрагмами 13 и 14, выполненными многосекционными из пьезокерамических пластин, растягивающие грани которых установлены концентрично оптической оси. На чертеже О представлены шестисекционные волоконно-оптические световоды 8 и 9, Соответственно в системе используется шесть пьезокерамических пластин 7, а каждая из кольцевых диафрагм 13 и 5 14 состоит также из шести секций.Таким образом, в системе независимо может выполняться контроль поверхности по шести секторам, т,е. всегда количество секций волоконно-оптических 20 световодов 8 и 9 соответствует количеству пьезокерамических пластин 7 и количеству секций кольцевых диафрагм 3 и 14.Каждый из секторов пьезокерамических пластин 7, 13 и 14 связан с выходом блока 15 управления пьезоэлементами, вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 16, Выход каждого из приемников 11 и 12 30 излучения соединен с входом соответствующего ему усилителя 17, выход усилителя связан с входом соответствующего блока 18 сравнения, установленного после каждого усилителя 17, 35 второй вход каждого блока 18 сравнения соединен с блоком 19 управления пороговым уровнем, вход которого связан с запоминающим устройством 16. Система. имеет шестисекционные воло конно-оптические световоды 8 и 9, два усилителя 17 и два блока 18 сравнения, соответствующие двум протиролежащим секциям световодов 8 и 9. Выходы блоков 18 сравнения попарно 45 объединены на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 и элементах И 21. Выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 объединены на элементе ИЛИ 22, выходы элементов И 21 объединены на элементе ИЛИ 23, 50 Один из выходов запоминающего устройства 16 соединен с блоком 24 управления фокусирующей линзой, на выходе которОго установлен шаговый механизм 25, жестко связанный с фокусирующей 55 линзой 3. На входе запоминающего устройства 16 установлен датчик 26 положения, соединенный с механизмом 27 46возвратно-поступательного перемещения контролируемой детали 28.Система работает следующим образом.Световой поток источника 1 излучения, например лазера, расширяется и коллимируется коллиматором 2, фокусируется длиннофокусной линзой 3, положение которой устанавливается так, чтобы при отсутствии напряжения питания на пьезокерамических пластинах 7, т,е, когда конус 4 не изгибается, фокус линзы 3 располагался бы на максимальном для данной детали 28 радиусе кривизны, Перемещение линзы 3 осуществляется с помощью шагового механизма 25, управление которым осуществляется от блока 24 управления фокусирующей линзой, на вход которого поступает код от запоминающего устройства 16. Сфокусированный световой поток поступает на отражающую поверхность конуса 4, которая формирует его в сфокусированное световое кольцо на контролируемой поверхности детали 28, причем положение фокуса неоднозначно относительно отдельных участков поверхности по диаметру. Для того, чтобы сфокусировать кольцевой световой пучок на каждом из участков поверхности на пьезокерамические пластины 7, установленные на оси 6 в корпусе 5, от блока 5 управления пьезоэлементами подается соответствующее управляющее напряжение, причем величина этого напряжения в каждый момент времени определяется кодом с запоминающего устройства 16, куда заложена программа управления каждым пьезоэлементом для каждого положения контролируемой детали 28, Управление запоминающим устройством 16 осуществляется от датчика 26 положения детали, жестко связанного с механизмом 27 перемещення детали.Под действием управляющего напряжения, приложенного к двум граням, пьезокерамические пластины 7 увеличиваются в размерах в направлении двух других растягивающихся граней, которые в этот момент начинают прикладывать усилие изнутри к соответствующему участку тонкостенного конуса 4 с зеркальным покрытием, который начинает деформироваться, изменяя радиус кривизны соответствующего участка зеркальной поверхности, В результате происходит, вследствие дополниклонении геометрических параметров контролируемой детали хотя бы в одном из шести каналов вызовет срабатывание устройства индикации.Ес."и радиус кривизны меняется, то зеркальная составляющая смещается в угловом направлении и данное изменение, в случае симметричного расположения диафрагмы 13 относительно оптической оси секции волоконно-оптического световода 8, будет восприниматься как наличие на поверхности дефекта микрогеометрического профиля. Поэтому размеры диафрагмы, выполненной в виде кольцевых пьезокерамических секторов, корректируются от запоминающего устройства 16 посредством выдачи соответствующего кода в блок 15 управления пьезоэлементами, который подает соответствующее управляющее напряжение на каждый из пьеэокерамических секторов. Задача, решаемая при этом управлении - выделить в отраженном световом потоке диффузную зону, всегда одинаковую в угловом положении по отношению к направлению зеркального отражения вне зависимости от изменения радиуса кривизны контролируемой детали 28. Программа для управления пьезокерамическими кольцевыми диафрагмами заносится в запоминающее устройство 16 для каждого типа детали и для каждого участка ее поверхности.Устройство 1 О возвратно"поступательного движения служит для относительного перемещения волоконно-оптических световодов 8 и 9 при установке и съеме контролируемой детали с механизма 27 ее перемещения. ф о р м у л а Система для контроля качества внутренних поверхностей, содержащая последовательно расположенные и оптически связанные источник излучения, коллиматор, устройство преобразования диаметра потока излучения, зеркало в виде конуса с зеркальной наружной поверхностью, установленного вершиной навстречу потоку излучения, а также приемник излучения, кольцевую диафрагму, установленную между конусом и приемником излучения, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения чувствительности и производительности контроля, она снабжена многосекционными волоконно-оптически 5 1298546 тельной фокусировки, изменение положения фокуса так, что он всегда находится на контролируемой детали 28, если ее радиус соответствует номинальному. 5Отраженный от поверхности контролируемой детали 28 сфокусированный световой поток, а именно его диффузная часть, воспринимаются входными торцами волоконно-оптических свето водов 9 и 8. Переданные световодами 8 и 9 световые потоки воспринимаются приемниками 12 и 11 излучения, Выходные сигналы приемников 11 и 12 излучения усиливаются усилителями 17 и 15 поступают на входы блоков 18 сравнения, Если поверх;ость контролируемой детали 28 имеет постоянный радиус кривизны, то кольцевые диафрагмы 13 и 14 установлены симметрично относи тельно оптической оси каждого сектора световода и выделяют диффузную часть отраженного светового потока, Наличие на поверхности дефекта приведет к перераспределению энергии 25 между зеркальной и диффузной составляющими, превышению порогового уровня в одном блоке 18 сравнения и по единичному импульсу с элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20. Если радиус кривизны 30 детали отличается от номинального в ту или иную сторону, то на этом участке поверхности освещение будет выполняться несфокусированным пучком (поскольку в программе запоминающего у устройства 16 заложен номинальный радиус кривизны в каждом участке поверхности, как условие изменения кривизны конуса 4), В этом случае уровень диффузной составляющей увеличит ся, сигналы с приемников 11 и 12 излучения, подключенных к соответствующим секциям многосекционного волоконно-оптического световода 8 и 9, также одновременно увеличатся, и превысят 45 соответствующие пороговые уровни блоков 18 сравнения, на выходе элемента И 21 появится соответствующий сигнал, который будет свидетельствовать об изменении радиуса кривизны поверхнос ти, т.е. об изменении геометрических параметров детали 28.Поскольку выходы всех элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 объединены на входах элемента ИЛИ 22, а выходы всех 55 элементов И 21 объединены на входах элемента ИЛИ 23, то при появлении сигнала о наличии дефекта или об отизобретенияСоставитель Е.ГлазковаТехред М.Ходанич Корректор М.Демчик Редактор С.Патрушева Заказ 876/41 Тираж 678 Подписное ВКИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 129854 ми световодами, расположенными между диафрагмой и приемником излучения, первый иэ световодов концентрично охватывает коллиматор и линзу, а второй - конус, с которым жестко связан, причем волоконно-оптические световоды выполнены с возможностью осевого перемещения относительно друг друга, (и-) приемником излучения и (и) диафрагмой, где и - число секций све О товодов, при этом на выходном торце каждой секции установлен соответствующий приемник излучения, входные же торцы волоконно-оптических световодов расположены навстречу друг дру гу, а ограничивающие их кольцевые диафрагмы изготовлены многосекционными из пьезокерамических пластин, растягивающиеся грани которых расположены концентрично.оптической оси, бло О ком управления пьезоэлементами, блоком управления пороговым уровнем, запоминающим устройством, и усилителями, п устройствами сравнения,"Ь элементами ИСКЛЮЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ, элемента ми И, двумя элементами ИЛИ и устройством индикации, каждый из секторов пьеэокерамических пластин электрически связан с выходом блока управления пьезоэлементами, вход которого со единен с выходом запоминающего уст 6 8ройства, выход каждого из приемниковизлучения соединен с входом усилителя, на выходе которого установленоустройство сравнения, второй вход которого связан с выходом блока управления пороговым уровнем, вход которого соединен с запоминающим устройством, а к выходам каждых двух устройствсравнения, установленных на выходныхторцах противолежащих друг к другусекций двух волоконно-оптических световодов, подключен элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемент И, причем выходывсех элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объединены на элементе ИЛИ, выход которого связан с входом устройства индикации, а выходы элементов И также объединены на элементе ИЛИ, выход которого связан с входом устройства индикации, устройство преобразованиядиаметра потока излучения выполненов виде фокусирующей линзы, с возможностью перемещения ее вдоль оптической оси потока излучения, а конус -полым и тонкостенным, причем в полойчасти конуса установлены пьезокерамические пластинки, выполненные ввиде отдельных секторов так, что своими растягивающимися гранями они соприкасаются с конической поверхностью,