SU1675664A1 - Method of inspection of geometrical parameters of rings - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  бесконтактного контрол  внешнего и внутреннего диаметров объектов кольцевой формы, их толщины, а также таких параметров, как несоосность , выпуклость или вогнутость торцовых поверхностей. Цель изобретени  - повышение точности контрол  за счет сокращени  количества определ ющих параметров . Пучок лазера 1 сужают коллиматором 2 и направл ют на дифракци13 онную решетку 4. Вращением решетки 4 с угловой скоростью Шь световой пучок преобразуют в набор конических световых поверхностей , из которых диафрагмой 5 выдел ют две поверхности Ф| и Фг, образующими которых  вл ютс  лучи первого In и второго 121 пор дков дифракции. Линзами 6 и 7 обеспечивают возможность линейного смещени  со скоростью V0 общей вершины Q в направлении к контролируемому объекту 16 Этим самым осуществл ют развертку изображени  объекта 16 в плоскости регистрации отраженных им световых потоков. Развертку изображени  торцовой поверхности объекта 16 формируют в плоскости фотоприемника 11, а развертку изображени  внутренней поверхности - в плоскости фотоприемника 12. Сигналы фотоприемников 11 и 12 обрабатываютс  в электронном блоке 15 и по его выходному сигналу суд т о геометрических параметрах объекта 16 3 ил 14сл с 15. о vj СЛ О ON J Фиг 1The invention relates to a measuring technique and is intended for contactless control of the external and internal diameters of objects of annular shape, their thickness, as well as parameters such as misalignment, convexity or concavity of the end surfaces. The purpose of the invention is to improve the accuracy of control by reducing the number of determining parameters. The laser beam 1 is narrowed by the collimator 2 and directed onto the diffraction grating 4. The grating 4 rotates at an angular velocity. The light beam is converted into a set of conical light surfaces, from which two surfaces Φ | and Fg, which form the rays of the first In and the second 121 diffraction patterns. The lenses 6 and 7 provide the possibility of a linear displacement with a speed V0 of the common vertex Q in the direction to the object to be monitored 16. Thus, the image of the object 16 is scanned in the plane of registration of the reflected light fluxes. The image scan of the end surface of the object 16 is formed in the plane of the photodetector 11, and the image scan of the inner surface is formed in the plane of the photodetector 12. The signals of the photoreceivers 11 and 12 are processed in the electronic unit 15 and the output signal is judged on the geometric parameters of the object 16 3 or 14 with 15 o vj SL O ON J Fig 1

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  бесконтактного контрол  внешнего и внутреннего диаметров объектов кольцевой формы, их толщины, а также таких параметров, как не- соосность, выпуклость или вогнутость торцовых поверхностей .The invention relates to a measurement technique and is intended for the non-contact control of the external and internal diameters of objects of annular shape, their thickness, as well as such parameters as misalignment, convexity or concavity of the end surfaces.

Цель изобретени  - повышение точности контрол  за счегг сокращени  количества определ ющих параметров.The purpose of the invention is to improve the accuracy of control over the reduction of the number of determining parameters.

На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего способ контрол  геометрических параметров колец; на фиг.2 - схема, по сн юща  принцип сканировани  объек- та: на фиг.З - объект с различными видами дефектов и соответствующие им результаты сканировани .Figure 1 shows a diagram of the device that implements the method of controlling the geometric parameters of the rings; Fig. 2 is a diagram illustrating the principle of scanning an object; in Fig. 3, an object with various types of defects and corresponding scan results.

Устройство, реализующее способ, содержит лазер 1, коллиматор 2, зеркала 3, дифракционную решетку 4, диафрагму 5, линзы 6-7, полупрозрачное зеркало 8, линзы 9-10, фотоприемники 11-12, усилители 13-14 фототока и электронный блок 15 формировани  и индикации выходного сигнала (фиг.1). Продольна  ось симметрии конгро лируемого объекта (кольца) 16 выставлена вдоль главной оптической оси линзы 7 (кольцо 16 расположено в измерительной позиции ). Возможные направлени  линейного Vo смещени  элементов схемы, объединен- ных на фиг.1 плоскостью R, и вращени  Шо решетки 4 показаны стрелками.A device that implements the method contains a laser 1, a collimator 2, mirrors 3, a diffraction grating 4, a diaphragm 5, lenses 6-7, a translucent mirror 8, lenses 9-10, photodetectors 11-12, amplifiers 13-14 photocurrent and electronic unit 15 forming and displaying the output signal (Fig. 1). The longitudinal axis of symmetry of the congruent object (ring) 16 is exposed along the main optical axis of the lens 7 (ring 16 is located in the measuring position). The possible directions of the linear displacement of the circuit elements Vo, united in figure 1 by the plane R, and the rotation Sho of the lattice 4 are shown by arrows.

Способ реализуют следующим образом. Световой пучок 0 от лазера 1 линейно сужают коллиматором 2 и зеркалами 3 на- правл ют на дифракционную решетку 4 (фиг.1). Вращением решетки 4 с угловой скоростью 0)о световой пучок 0 преобразуют в набор конических поверхностей, из которых диафрагмой 5 выдел ют две поверхности Ф Фг, образующими которых  вл ютс  лучи первого 1ц(12) и второго 121(22) пор дка дифракции При этом линзами 6 и 7 обеспечивают возможность линейного смещени  со скоростью Vo общей вершины Q поверхно- стей Ф|(2) в направлении к контролируемому объекту (кольцу) 16, предварительно устанавливаемому в измерительную позицию (плоскость G на фиг.1). Этим сочетанием углового ftfe и линейного V0 смещений элементов схемы контрол  осуществл ют развертку изображени  объекта 16 в плоскости регистрации отраженных им световых потоков, при этом развертку изображени  торцовой поверхности кольца 16 формируют в плоскости фотоприемника 11 через полупрозрачное зеркало 8 линзой 9, а развертку изображени  его внутренней поверхности - линзой 10 в плоскости фотоприемника 12The method is implemented as follows. The light beam 0 from the laser 1 is linearly narrowed by the collimator 2 and directed by mirrors 3 to the diffraction grating 4 (Fig. 1). The grating 4 rotates with an angular velocity 0) o light beam 0 is converted into a set of conical surfaces, of which diaphragm 5 distinguishes two surfaces Ф Фг, forming which are the rays of the first 1ts (12) and the second 121 (22) order of diffraction. lenses 6 and 7 provide the possibility of linear displacement with the speed Vo of the common vertex Q of the surfaces Φ | (2) in the direction of the object to be monitored (ring) 16, which is preset to the measuring position (plane G in FIG. 1). With this combination of angular ftfe and linear V0 displacements of the control circuit elements, the image of the object 16 is scanned in the registration plane of the reflected light fluxes, while the image of the end surface of the ring 16 is formed in the plane of the photodetector 11 through the translucent mirror 8 by the lens 9, and its image surfaces - lens 10 in the plane of the photodetector 12

Фотосигналы, регистрируемые приемниками 11-12 и усиленные усилител ми 13- 14. направл ют в электронный блок 15 формировани  и индикации выходного сигнала , по которому суд т о геометрических параметрах очередного кольца 16.Photo signals detected by receivers 11-12 and amplified by amplifiers 13-14 are sent to an electronic unit 15 to form and display an output signal, which is used to judge the geometrical parameters of the next ring 16.

В процессе контрол  коническими поверхност ми Ф1 и ф последовательно высвечивают участки са (Se) и ам (en) профил  объекта 16, выдел ют моменты времени прохождени  общей вершины Q п ти особых точек Со, Mo, So, Јo и No ее траектории смещени , соответствующих пересечени ми I, II, III, IV и У световых конусов Ф| и ф с границами между торцами контролируемого кольца 16 и его образующими (внешней и внутренней) (фиг.2). На фиг.2 показано начальное взаимное положение вершины Q и издели , предшествующее процессу сканировани : световой конус Фч описывает кольцо 16, не каса сь его торца cS.In the process of monitoring the conical surfaces Φ1 and φ, the areas Ca (Se) and am (en) of the object 16 are consecutively highlighted, the moments of time for the common vertex Q, five special points Co, Mo, So, Јo and No of its displacement trajectory are selected corresponding intersections I, II, III, IV and At the light cones Ф | and f with the boundaries between the ends of the controlled ring 16 and its forming (external and internal) (figure 2). Figure 2 shows the initial mutual position of the vertex Q and the product, preceding the scanning process: the light cone FCh describes the ring 16 without touching its end face cS.

В момент пересечени  луча ln(t) с точкой с начинает сканирование профил  сам (sen) издели  (кольца 16) первой конической поверхностью Ф1 (плоскость 1 сечени  данного конуса торцом cS), которое заканчиваетс  в момент касани  лучом ln(t) точки м дальней по отношению к световому пучку 0 торцовой поверхности контролируемого кольца 16 (плоскость 11). При этом вершина Q (линза 7 и элементы (8, 9 и 11) схемы контрол , объединенные на фиг.1, 2 плоскостью R) сместитс  на рассто ние С0М0, информаци  о положении особой точки АО сечени  У при формировании выходного сигнала не используетс .At the moment of intersection of the beam ln (t) with a point c, the profile itself (sen) of the product (ring 16) starts scanning the first conical surface F1 (plane 1 of the cross section of this cone with the end face cS), which ends when the beam ln (t) touches the point m far in relation to the light beam 0 of the end surface of the test ring 16 (plane 11). At the same time, the Q vertex (lens 7 and elements (8, 9, and 11) of the control circuit combined in Fig. 1, 2 by the plane R) is shifted to the distance C0M0, information about the position of the singular point of the AO section Y when generating the output signal is not used.

При дальнейшем смещении вершины Q (линзы 7) профиль sen (сам) издели  (16)сканируетс  световым конусом Фг (плоскости III, У. У и соответствующие им особые точки So, f o и No). Благодар  тому, что тангенсы углов yi и YI наклона лучей hi (112) и 122 (l2i)  вл ютс  образующими поверхностей Ф1 и Ф2 к направлению распространени  светового пучка 10 соотнос тс  как один к двум, соотношени  рассто ний между особыми точками траектории смещени  вершины Q и геометрическими параметрами издели  (16) будут следующими: Со(Ао) - , СоМо - ( + Lo), So Со- 1т°, SoNo -(1т° + Lo). CoSo - 0,5Д0, МоМо - 0,5do, t o No(AoMo) -Lo. где 1т° - толщина стенки, До - внешний диаметр, do - внутренний диаметр, L0 - толщина контролируемого кольца 16.With further displacement of the vertex Q (lenses 7), the profile sen (itself) of the article (16) is scanned by the light cone of Фг (planes III, У. У and the corresponding singular points So, f o and No). Due to the fact that the tangents of the angles yi and YI of the slope of the rays hi (112) and 122 (l2i) are forming surfaces F1 and F2 to the direction of propagation of the light beam 10 are correlated as one to two, the ratios of the distances between particular points of the trajectory of the vertex Q are shifted and geometrical parameters of the product (16) will be as follows: Co (Ao) -, CoMo - (+ Lo), So Co-1t °, SoNo - (1t ° + Lo). CoSo - 0.5D0, MoMo - 0.5do, t o No (AoMo) -Lo. where 1t ° is the wall thickness, Do is the outer diameter, do is the inner diameter, L0 is the thickness of the controlled ring 16.

В процессе сканировани  фотоприемниками 11-12 формируют по два пр мо угольных импульса И 12 и HL, l2L длительностью, пропорциональной рассто  нию между соответствующими особымиIn the process of scanning, photoreceivers 11-12 form two direct coal impulses of AND 12 and HL, l2L with duration proportional to the distance between the respective special

точками траектории z смещени  вершины Q (позиции а-щ на фиг.З). На позиции а показан объект без дефектов его профил  (внутренн   и внешн   образующие соосны, торцы перпендикул рны оси симметрии) и точно сьюстированное в измерительную позицию (биени  при сканировании отсутствуют ). Поэтому дл  данного объекта обозначени  его параметров Д0, d0,lT°, U, (позици  а), особых точек Со, А0, М0. N0, K0, So траектории z (позици  в) и временныхthe points of the trajectory z of the displacement of the vertex Q (position a-yi in FIG. 3). Position a shows an object without defects, its profile (internally and externally forming coaxially, the ends are perpendicular to the axis of symmetry) and accurately fitting to the measuring position (there is no beat during scanning). Therefore, for a given object, designation of its parameters is D0, d0, lT °, U, (position a), the singular points Co, A0, M0. N0, K0, So trajectories z (position in) and temporary

интервалов тВ , т§ . тҐ . if . пропорциональных значени м Д0. do, IT° и LO (позиции б и г) снабжены индексом о. Выпуклость ближней относительно сканирующего излучени  (относительно вершины Q) торцовой поверхности контролируемого объекта (позиции д-з) про вл етс  в изменении положени  особых точек С и S относительно точек Co-So позиции в При вогнутости (позиции и-м) индекс II имеют четыре особые точки:intervals tB, m§. tҐ. if. proportional values D0. do, IT ° and LO (positions b and d) are provided with the index o. The convexity of the near relative to the scanning radiation (relative to the top Q) of the end surface of the object to be monitored (position d-3) manifests itself in a change in the position of the singular points C and S relative to the Co-So points of the position At the concavity (position i-m) index II have four special points:

А11, М11. f11 и 11, рассто ни  между которыми при этом сохран ютс  (времена тЈ иA11, M11. f11 and 11, the distances between which are preserved (time m and

0,5тЗ). Смещение особых точек объ сн етс  сокращением при выпуклости и увеличением при вогнутости времени сканировани  стенки т° объекта 16 (участков са и eS его профил  на позици х д и ц) на врем  дгв, пропорциональное размеру соответствующего дефекта.0.5t3). The shift of the singular points is explained by the reduction in the convexity and the increase in the concavity of the scanning time of the wall ° of the object 16 (sections of the SA and its profile in positions d and c) by a time ∆gv proportional to the size of the corresponding defect.

Несоосность внутренней с внешней поверхностью контролируемого обьекта (позиции Н и р) и погрешности при юстировке издели  в измерительную позицию, вызывающие биени  при сканировании(позиции с-ф) характеризуютс  Наличием у сигналов lr(li , h ) и IL (hL, l2L) групп коротких импульсов . Это объ сн етс  тем, что при сканировании таких объектов особые точки формируютс  не в один определенный момент времени, а периодически воспроизвод тс  в течение некоторого интервала времени, пропорционального значению дефекта несоосность (врем  д гн) или амплитуде биений (врем  дт ). Отрезок С с траектории смещени  Z, на котором происходит периодическое воспроизведение особой точки Со, характеризуетс  тем, что при достижении лучом 1ц(г) точки С1 торцовой поверхности cS луч Ii2(t) все еще описывает внешнюю поверхность объекта 16, не каса сь торца cS. Полностью световой конус Ф1 перекрываетс  объектом на отрезке С1 М траектории г. За врем  прохождени  общей The misalignment of the internal with the external surface of the controlled object (position H and p) and errors during the adjustment of the product to the measuring position, causing beats when scanning (cf position) are characterized by the presence of the signals lr (li, h) and IL (hL, l2L) groups short pulses. This is due to the fact that when scanning such objects, special points are not formed at one particular point in time, but periodically reproduce during a certain time interval proportional to the defect value the misalignment (time d g) or the amplitude of the beats (time dt). Section C from the displacement trajectory Z, on which periodic reproduction of the singular point Co occurs, is characterized by the fact that when 1c (d) of the point C1 reaches the end surface cS, the ray Ii2 (t) still describes the external surface of the object 16, not touching the end of cS . The fully light cone F1 is overlapped by an object on the C1 M segment of the trajectory of the city.

5five

вершиной Q отрезка А1 А траектории z сканирующий луч периодически переходит с торцовой на внутреннюю поверхность и обратно, а за врем  прохождени  верши5 ной Q отрезка М1 М11 сканирующий световой луч то перекрываетс  внутренней поверхностью со стороны дальнего по отношению к сканирующему излучению торца объекта 16, то проходит его, не каса сьthe top Q of the segment A1 A of the trajectory z, the scanning beam periodically moves from the front to the inner surface and back, and during the passage of the top Q of the segment M1 M11 the scanning light beam then overlaps the inner surface from the far side of the object 16 relative to the scanning radiation, then passes don't touch him

0 внутренней поверхности. Отрезки S SN,0 internal surface. S slices SN

еЈ1 f11 и N N на позици х п-у аналогичны отрезкам с с, А А и м м, но с той лишь разницей, что в данном случае изделием Периодически перекрываетс  не . а кони 5 ческа  поверхность (.The e1 f11 and N N at the positions of the n-y are similar to the segments with c, A A, and m m, but with the only difference that in this case the product does not periodically overlap. and horses 5 chesky surface (.

На позици х х-щ (фиг.З) показан ре- зультат сканировани  несоосного объекта при наличии биений. У сигналов h и i дл  такого издели , как и при биени х соосногоThe x-yi positions (Fig. 3) show the result of scanning a non-coaxial object in the presence of beats. The signals h and i for such a product, as with beating coaxial

0 издели , формируетс  по две группы коротких импульсов: на участках С С . М М дл  И и на участках S S N N траектории z дл  сигнала h (позици  Шш), однако размеры этих участков в отличие от позиции у неоди5 наковы.0 products, two groups of short pulses are formed: in sections С С. M M for I and in the S S N N N trajectories of z for the signal h (position W), however, the sizes of these areas, in contrast to the position at the neodyna.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ контрол  геометрических параметров колец, заключающийс  в том, чтоClaim Method The method of controlling the geometric parameters of rings, namely, that 0 формируют два световых зондирующих пучка , направл ют их под углами ±а соответственно , симметрично оси контролируемого кольца, сканируют кольцо этими пучками, регистрируют световое излучение, прошед5 шее и отраженное от контролируемого кольца , преобразуют световое излучение, прошедшее и отраженное от контролируемого кольца, в последовательность электрических импульсов и по временным0 form two light probing beams, direct them at angles of ± a and, respectively, symmetrically to the axis of the test ring, scan the ring with these beams, record the light radiation passed through the neck and reflected from the test ring, convert the light radiation transmitted and reflected from the test ring into sequence of electrical impulses and on temporary 0 интервалам между импульсами суд т о геометрических параметрах контролируемого кольца, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол , дополнительно формируют два световых0 intervals between pulses are judged on the geometrical parameters of the monitored ring, characterized in that, in order to increase the accuracy of control, two light waves are additionally formed 5 зондирующих пучка, направл ют их под углами ±fi соответственно, симметрично оси контролируемого кольца, значени  которых удовлетвор ют соотношению tg( ±/)- 2 tg ( ±«), а сканирование кольца5 probing beams direct them at angles ± fi, respectively, symmetrically to the axis of the test ring, the values of which satisfy the relation tg (± /) - 2 tg (±)), and scanning the ring 0 осуществл ют путем вращени  зондирующих пучков вокруг оси контролируемого кольца и изменени  рассто ни  между плоскостью контролируемого кольца и точкой пересечени  зондирующих пучков.0 is performed by rotating the probe beams around the axis of the test ring and changing the distance between the plane of the test ring and the point of intersection of the probe beams.