UA59549A - Device for monitoring shape of a surface - Google Patents

Abstract

The proposed device for monitoring shape of a surface contains an optical radiation source, a scanner, an optical system, and a photodetector that is sensitive to the position of the optical beam. The photodetector is designed as a linear photocell array. In the optical system, a raster lens is provided. To the scanner, an optical beam displacement transducer is connected. The proposed device provides for improving accuracy in measuring surface profiles and monitoring deviations of the surface profile from a specified one.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний для визначення форми поверхні тіла 2 або для контролю відхилень профілю поверхні від заданого. Такий контроль важливий як для визначення якості продукції, так і для контролю положення деталі або її деформації під час технологічних процесів. Оптимізація системи вимірювання і, як наслідок, підвищення її швидкості, дуже важливі при застосуванні у процесах де треба контролювати динамічні зміни форми поверхні під час її виготовлення або деталей, що рухаються на конвеєрі та у виробництві з використанням рулонних технологій. 70 Найбільш близькім за технічною суттю до винаходу є пристрої (1 - 3), призначені для автоматичного контролю форми поверхонь. Вони що складаються з джерела зондуючого випромінювання, об'єктива, позиційно чутливого фотоприймача і аналізатора зображення. Пучки світла з джерела зондуючого випромінювання утворюють на контрольованій поверхні лінії, які в разі відсутності дефектів є прямими, а при наявності дефектів скривлюються. Об'єктив формує зображення ліній на фоточутливій ділянці позиційно чутливого 19 фотоприймача. Фотоприймач перетворює зображення в електричний сигнал. Аналізатор проводить кількісний аналіз форми зображення і видає рішення про наявність чи відсутність дефекту поверхні.The invention relates to measuring technology and can be used to determine the shape of the surface of the body 2 or to control deviations of the surface profile from the given one. Such control is important both for determining product quality and for controlling the position of the part or its deformation during technological processes. Optimizing the measurement system and, as a result, increasing its speed are very important when applied in processes where it is necessary to control dynamic changes in the shape of the surface during its manufacture or parts moving on the conveyor and in production using roll technologies. 70 The closest in terms of technical essence to the invention are devices (1 - 3) designed for automatic control of the shape of surfaces. They consist of a source of probing radiation, a lens, a positionally sensitive photoreceiver and an image analyzer. Beams of light from the probing radiation source form lines on the controlled surface, which are straight in the absence of defects, and curved in the presence of defects. The lens forms an image of lines on the photosensitive area of the positionally sensitive 19 photoreceptor. The photoreceptor converts the image into an electrical signal. The analyzer performs a quantitative analysis of the shape of the image and issues a decision on the presence or absence of a surface defect.

Розроблені прилади мають обмежену точність та швидкість роботи і складні за своїм алгоритмом роботи, оскільки вміщують просторові фотоприймачі і повинні проводити аналіз великооб'ємних зображень. На точність впливає недостатня кількість елементів по кожній координаті матричних фотоприймачів та обмежена роздільна здатність об'єктива. Крім того, об'єктив ще й вносить геометричні спотворення в зображенні на фотоприймачі.The developed devices have limited accuracy and speed of operation and are complex in terms of their operation algorithm, since they contain spatial photoreceptors and must carry out analysis of large-volume images. The accuracy is affected by the insufficient number of elements for each coordinate of the matrix photo receivers and the limited resolution of the lens. In addition, the lens also introduces geometric distortions in the image on the camera.

В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення пристрою для автоматичного визначення профілю поверхні, який при збереженні всіх інших властивостей прототипів мав би підвищену точність вимірювання.The invention is based on the task of improving the device for automatic determination of the surface profile, which, while preserving all other properties of the prototypes, would have increased measurement accuracy.

Поставлена задача вирішується тим, що використовують одномірну лінійку фотоелементів та оптичну систему з растровою лінзою, що утворює квазиодновимірне зображення поверхні, що контролюється. Для 22 визначення координати точки контролю на траєкторії сканування використовують датчик положення променя. «The task is solved by using a one-dimensional line of photocells and an optical system with a raster lens that forms a quasi-one-dimensional image of the monitored surface. To determine the coordinates of the control point on the scanning path, a beam position sensor is used. "

Запропонована конструкція забезпечує підвищення точності визначення по координаті відхилень профілю поверхні за рахунок значно більшої кількості фотоелементів у лінійному приймачі в порівнянні з матричним, а по координаті вздовж траєкторії сканування - за рахунок використання додаткового датчика.The proposed design provides an increase in the accuracy of determining surface profile deviations in the coordinate due to a significantly greater number of photocells in the linear receiver compared to the matrix one, and in the coordinate along the scanning path - due to the use of an additional sensor.

Роздільна здатність та кількість відліків вздовж траєкторії сканування не пов'язана зі структурою, чи о просторовими характеристиками фотоприймача, а також не обмежена параметрами оптичної системи. Вони /-«ф можуть автоматично регулюватися, змінюватися по заданому закону або в певних зонах контролю. Також можлива автоматична зміна розміру та положення зони контролю. Це забезпечує можливість більш ретельного о аналізу найбільш важливих зон поверхні або деталізації структури дефектних ділянок. Регулювання Ге») здійснюється електронним шляхом тільки зміною положення зондуючого променя без механічних переміщень оптичної системи, зміни структури та режимів приймального каналу. При зменшенні зони сканування можливе о автоматичне підвищення роздільної здатності або зменшення часу аналізу профілю поверхні.The resolution and the number of readings along the scanning path are not related to the structure or spatial characteristics of the photoreceptor, nor are they limited by the parameters of the optical system. They /-«f can be automatically regulated, change according to a given law or in certain control zones. It is also possible to automatically change the size and position of the control zone. This provides the possibility of more thorough analysis of the most important surface areas or detailing of the structure of defective areas. The adjustment of Ge") is carried out electronically only by changing the position of the probing beam without mechanical movements of the optical system, changing the structure and modes of the receiving channel. When reducing the scanning area, it is possible to automatically increase the resolution or reduce the time of surface profile analysis.

Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням (фіг.), на якому зображена блок-схема пристрою для визначення профілю поверхні. «The essence of the proposed invention is explained by the drawing (fig.), which shows the block diagram of the device for determining the surface profile. "

Пристрій включає лазер 1, лінійний сканер 2, датчик положення променя 3, оптичну систему 5, лінійку З 50 фотоприймачів 6 та монітор 7. с Пристрій працює таким чином. Лазер і сканер формують на поверхні, що контролюється, прямолінійнуThe device includes a laser 1, a linear scanner 2, a beam position sensor 3, an optical system 5, a line of Z 50 photoreceptors 6 and a monitor 7. The device works as follows. The laser and the scanner form a straight line on the controlled surface

Із» траєкторію руху світлового зонда. Оптична система спрямована під кутом до цієї поверхні і перетворює зображення поверхні таким чином, що його більший розмір відповідає координаті поверхні перпендикулярній до траєкторії сканування зондуючого променя и розташований вздовж елементів лінійки фотоприймача. Менший розмір або ширина зображення формується таким чином, щоб при скануванні променя вздовж заданої траєкторії і-й зображення весь час було на фотоприймачі. (се) Для кожної точки траєкторії сканування променя сигнал з фотоприймача відповідає відхиленню профілю поверхні від прямої лінії. і-й Положення точки на траєкторії визначається за допомогою датчика 3. Сигнали з фотоприймача 6 та датчика «їз» 20 3 формують на моніторі 7 зображення профілю поверхні 4, що контролюється. 3е)From" the trajectory of the light probe. The optical system is directed at an angle to this surface and transforms the image of the surface in such a way that its larger size corresponds to the coordinate of the surface perpendicular to the scanning trajectory of the probing beam and is located along the elements of the photoreceptor line. The smaller size or width of the image is formed in such a way that when scanning the beam along the given trajectory, the i-th image is always on the photoreceptor. (se) For each point of the beam scanning trajectory, the signal from the photodetector corresponds to the deviation of the surface profile from a straight line. The position of the point on the trajectory is determined using the sensor 3. Signals from the photo receiver 6 and the "travel" sensor 20 3 form an image of the monitored surface profile 4 on the monitor 7. 3e)

Claims (1)

Формула винаходу 59 Пристрій для контролю форми поверхні, що включає джерело випромінювання, сканер, оптичну систему і в позиційно чутливий фотоприймач, який відрізняється тим, що включає датчик положення променя, замість двокоординатного фотоприймача використаний лінійний фотоприймач, а в складі оптичної системи використана растрова лінза. 60 б5Formula of the invention 59 Device for monitoring the shape of the surface, which includes a radiation source, a scanner, an optical system and a positionally sensitive photoreceiver, which differs in that it includes a beam position sensor, instead of a two-coordinate photoreceiver, a linear photoreceiver is used, and a raster lens is used as part of the optical system. 60 b5