SU1176169A1 - Устройство обработки сканируемых оптических сигналов дл контрол поверхности - Google Patents

Description

2,Устройство по n.ljo т л И чающеес  тем, что в качестве .элемента поглощени  имеемс  плата клинообразна  в поперечном сечении

с посто нным коэффициентом поглоще НИЛ при одной и той же толщине ./материала ,

3,Устройство по п,1,. о, т л и чающеес  тем,- что в качестве поглощающего элемента, имеетс  двойной клин в форме тела с параллельными боковыми сторонами, причем пер вый клин имеет посто нный коэффициент поглощени , и второй клин .не .имеет дополнительного коэффициента поглощени ,

4,Устройство по П.1, о т л и чающеес  тем, что в качестве поглощающего элемента имеетс  плоскопараллельна  плата- с возрастающим коэффициентом поглощени , .

5,Устройство по пп,1-4 отличающеес  тем, что в ;качестве поглощающего элемента с возрастающим коэффициентом поглощени  имеетс  поглощающий элемент со ступенчатым изменением коэффициента поглощени ,

6,Устройство по пп,1-5 о т л и чающеес  тем, что в качестве оптоэлектронного приемного устройства примен етс  компенсирую1(ий элемент в плоскости изображени  разделенного луча с последующей фокусирующей оптиной и фотоэлектронным принимающим устройством.

11

9

7,Устройство по п,б, о т л и чающ-еёс  тем, что в качестве компенсирующего элемента имеетс  эквивалент поглощающего элемента, размеры, качество материала и положение которого идентичны поглощающему элементу, но при этом не имеющего дополнительного коэффициента поглощени .

8,Устройство по пп,1-7, отличающеес  тем, что в качестве оптической системь примен ютс  собирательна  линза, последующа  рассеивающа  линза и втора  собирательна  линза. причем задний мнимый фокус. : рассеивающей линзы находитс  в плоскости изображени  первой собирательной линзы в переднем , мнимом фокусе рассеивающей линзы ., и в плоскости изображени  первой собирательной линзы, передний фокус второй собирательной линзы в переднем мнимом фокусе рассеивающей линзы и в плоскости изображени  второй собирательной линзы поглощаю-щего элемента,

9,Устройство по пп,1-8, отличающеес  тем,, что дл  выравнивани  колебаний интенсивности

в оценивающей электронике имеетс  делительное звено, причем первый вход соединен с принимающим элементом , а второй вход - с приемным устройством

Изобретение относитс  к обработке оптических сканируемых сигналов, дискретно считываемых вдоль строки при непрерывном измерении перемещени  фотопринимающими элементами , расположенной в плоскости изображени  оптических контрольноизмерительных установок, в особенности при применении способа сечени  светового луча в режиме самых различных модификаций, дл  определени  геометрических образцов, измерени  глубин и высоты дефектных мест,  п  определени  профил  поверхностей и допуска отклонений.

Устройство примен етс  преимущественно дл  дешифрации оптических дискретно считываемых сигналов в контрольно-измерительных прибо5 pax, работающих автоматически и при высокой продуктивности и надежности измерени  с преимущественно аналоговыми выходными сигналами,

10 Известен способ -обработки оптических сканируемых сигналов с помощью ;. соответствующего измерительного оку; л ра, с помощью телевизионной каме; , ры, ПЗС- или других детекторных мат15I риц или с помощью щелевой системы 3 совместно с фотоэлектронными приемн ками. Известно устройство дл  -оптичес кого измерени  профил  поверхности (Акцептованна  за вка № 2607800, кл.Н 01 Н 35/20, 1977Ь-Световое п тно создаетс  на поверхности пров р емого объекта и через светоделитель направл етс  на два светочувствительных детектора. Между одним из детекторов и линзой объекта находитс  экран с щелью дл  экранировани  той части света, котора  вследствие неровности повер ности отражаетс  косо. Оценка осуществл етс  с помощью частотного от суммы и разности сигналов, поступаю fOffx. с детекторов. Известно устройство дл  оценки :сканируемых оптических сигналов (Ак цептованна  за вка ФРГ № 260369, кл.С 01 В П/30, 1977;. Световоеп тно , которое проектируетс  на предмет, посто нно передвигающийс  вперед, отображаетс  на фотоплен ку. В зависимости от профил  поверх ности предмета световое п тно откло н етс  и оставл ет на фотопленке след, по которому можно сделать зак лючение о поверхности. В патенте США (№ 4013367, кл. 356-200, 1977) описано устройст во, в котором с помощью лазерного луча, многогранного зеркала, --различных зеркал и детекторов сканируютс  полосками с последующей оценкой поверхности предметов, посто нн передвигающихс  вперед. Детекторы при этом регистрируют только ту интенсивность света отраженного лазер ного луча, котора  поступает с дан ной полосы. Однако устройства не приспособлены с высокой точностью и скоростью измерени  дать оценку провер емой поверхности. При всех этих способах затраты на техническое исполнение и настрой ку относительно высоки. Цель изобретени  состоит в том, чтобы с наименьшими затратами и высокой скоростью контролировать изменени  положени  или структуры поверхностей , независимо от их рефлексионных и рассеивающих способнос тей, а также дл  надежного распознавани  рода и величины отклонени . При этом возможно применение авт матически работающих измерительных. 694 испытательных и контрольных устройств с преимущественно аналоговой вьщачей сигналов. В основу изобретени  положена задача создать устройство дл  обработки оптических сканируемых сигналов, причем обработка осуществл етс  с большой надежностью измерени . В устройстве дл  обработки оптических сигналов, дискретно считьшаемлх при проверке поверхностей вдоль строки при наличии оптической системы дп --чэтображени  сканируемых сигналов поверхности в строку плоскости изображени , в плоскости изображени  оптической системы расположены погло05акиций элемент с поглощением, возрастающим вертикально к строке, последующа  фокусирующа  оптика и фотоэлектронный принимающий элемент, при этом предусмотрено, что на пути луча перед поглощающим элементом находитс  светоделитель, в плоскости изображени  разделенного луча фотоэлектронное приемное устройство, а дл  св зи приниманмцего элемента и сигналов, выработанных приемным устройством, и дл  выравнивани  интенсивности в плокости изображени  имеетс  оценивающа  электроники. В качестве элемента поглощени  примен етс  плата, клинообразна  в поперечном сечении с посто нным коэффициентом поглощени  при одной и той же толщине материала, или двойной клин, имеющий форму тела с параллельными боковыми сторонами, первый клин которого имеет посто нный коэффициент поглощени , а второй клин не имеет дополнительного коэффициента поглощени , или плоскопараллельна  плата с возрастающим коэффициентом поглощени . Поглощаии ий элемент с возрастающим коэффициентом поглощени  может быть выполнен как поглощающий элемент со ступенчатым изменением кО эффициеита поглощени . В плоскости изображени  разделен- ного луча с последующей фокусирующей оптикой, а также фотоэлектронном приемном устройстве в качестве фотоэлектронного приемного устройства примен ют элемент компенсации. Элемент компенсации - это эквивалент поглощающего элемента, размеры , качество материала и положение которого идентичны элементу поглощени , но не имеет дополнительного коэффициента поглощени  В качестве оптической системы пр мен ютс  перва  собирательна  линза последующа  рассеивающа  линза и втора  собирательна  линза, причем задний мнимый фокус линзы рассеивани  находитс  в плоскости изображени  первой собирательной линзы в переднем мнимом фокусе рассеиваивцей линзы, и в плоскости изображени  пе вой собирательной линзы, передний фокус второй собирательиой линзы переднем мнимом 4юкусе рассеивающей линзы и в плоскости изображени  вто рой собирательной линзы поглощак цего элемента. Дл  вьфавнивани  колебаний интен сивности в электронике оценки имеет с  звено делени , причем первый вхо соединен с принимающим элементом, а второй вход - с приемным устройс вом. Имеетс  также возможность, что строка обеспечивает пространственно и временное нанизывание световых точек. Преимущество изобретени  в том, что с помощью простьк средств с бол шой точностью измерени  и скоростью проверки производитс  измерительнр технический сбор и обработка сканируемых оптических сигналов, которые несут информацию о изменении положени  отображени  строки в плоскост изображени . Применение устройства особенно целесообразно в автоматически работающих измерительно-испытательно-контрольных комплексах дл  обработки измерений геометрии, дефектов и поверхностных профилей. Затраты дл  настройки и профилактических работ невысокиj На фиг, 1 изображено устройство обработки.оптических сканируемых си налов в соответствии с изображением; на фиг, 2 - пример вьтолнени  одной отображающей оптической систе мы. Предлагаемое устройство состоит из оптической системы 1, светоделител  2, элемента поглощени  3, фоку сирующей оптики 4, фотоэлектронного принимакице го элемента 5, фото электр ного приемного устройства 6 с элементом компенсации 7, фокусирук цей оптики 8 и фотоэлектронного принима щего элемента 9, а также оценивающей электроники 10. Последн   нмеет усилитель 1I, один регулируемый усилитель 12 и звено делени  13, Элемент поглощени  3 расположен так, что его передн   поверхность лежит в плоскости изображени  оптической системы 1. На него построчно отображаетс  сканируемый сигнал 14, Этот сигнал 14 может быть представлен, в виде световой точки или световой строки, Вследст- вне изменени  положени  или профил  исследуемой поверхности провер емого тела измен етс  положение сигнала 14 и вместе с тем положение отображени  15 этого сигнала 14 на поглощающем элементе 3 вертикально к строке. В зависимости от величины и направлени  изменени  положени  отображени  15 сигнала 14 из-за возрастающего элемента вертикально к строке примен етс  интенсивность света, котора  проходит через поглощающий элемент 3 и с помощью фокусирующей оптики 4 регистрируетс  через фотоэлектронный принимающий элемент 5, Величина выходного сигнала этого фотоэлектронного принимающего элемента 5 находитс  в пропорциональной зависимости от изменени  положени  сигнала 14, т,е, находитс  в функциональной св зи с поглощением поглощающего элемента3 и изменением положени  сигнала 14. Если в качестве сигнала 14 примен етс  светова  строка, то ;в .таком случае регистрируетс  изменение положени  всей световой строки, что означает регистрацию изменени  геометрии провер емого тела. При пространственном и временном нанизывании световых точек в качестве сигнала 14 возможно , что будут опознаны отклонени  от идеальной поверхностной структуры на величину, равную диаметру световой точки. Дл  вырабатывани  световых точек выгодно примен ть лазерный свет, В принципе это устройство примен етс  дл  оценки интенсивности света в форме строки или точки , информаци  о которой содержитс  в изменении положени , В качестве элемента поглощени  3 может примен тьс  клиновидна  плата с постЬ| нным коэффициентом поглощени  при одной и той же толщине материала , двойной клин, имеющий форму тела с плоскопараллельными боковыми сторонами, причем только один клин имеет посто нный коэффициент поглощени , или плоскопараллельна  плата с возрастающим коэффициентом поглощени . Изменение коэффициента поглощени  может осуществл тьс  линейно , ступенчато или по другому свободно выбранному функциональному закону. Чтобы выравнить искажение ,выходного сигнала из-за колебаний интенсивности сигнала 14 и получить сигнал сравнени  дл  св зи с выходным сигналом оценивающей электррники 10, между оптической системой 1 и поглощающим элементом 3 расположен светоделитель 2, Он рефлектирует часть света на фотоэлектронное приемное устройство 6, которое находитс  В плоскости -изображени  разделенного луча, а также поставл ет сигнал сравнени ; Чтобы иметь одинаковые оптические и электронные соотнощени  в разделенном и неразделенном луче, элементы выгодно ско струировать одинаково. Исключение при этом представл ет собой поглощающий элемент 3, эквивалент которо го - компенсационный элемент 7, име щий те же размеры, качество материала и положение, в том же врем  не имеет дополнительного коэффициента поглощени . Представл етс  возможным в качес ве оптической системы 1 примен ть комбинацию линз (фиг.2). Комбинаци  линз состоит из первой собирательной линзы 16, рассеиваюв(ей линзы 17 и второй собирательной линзы 18, причем задний мнимый фокус рассеива щей линзы 17 находитс  в плоскости изображени  первой собирательной ; линзы 16, передний фокус второй собирательной линзы 18 - в переднем мнимом фокусе рассеивающей линзы 17 и в плоскости изображени - второй со бирательной линзы находитс  поглощающий элемент 3. Это устройство имеет то преимущество, что изменение положени  отображени  15 сигнала 14 больше, чем в первом варианте фиг.1 . При этом возрастает разрешающа  способность устройства. Другое преимущество в том, что оптическа  ось одного отклоненного луча лежит всегда вертикально к площади поглощающего элемента 3. Обработка сигналов осуществл етс  оценивающей электроникой 10, котора  содержит усилитель 11, регулируемый усилитель 12 и делительное ., звено 13. Усилители II и 12 соединены с выходами фотоэлектронных элементов 5 и 9 и с входом делительного звена 13. Усиленный выходной сигнал фотоэлектронного принимающего элемента 5 в делительном, звене делитс  на усиленный выходной сигнал фотоэлектронного принимающего элемента 9. Вследствие делени  ком-, ;пенсируютс  колебани  интенсивности сигнала, которые вызываютс  колебани ми интенсивности источника света или различными рефпексионными или рассеивающими отнощеии ми исследуемой поверхности объекта. В принципе возможен также способ разности выходных сигналов. Но при этом, предполагаетс , что интенсивность света остаетс  посто нной. Выходной сигнал делительного звена 13, который вьщаетс  дл  дальнейшей обработки и регистрации, пропорцио- ,. нален поглощению поглощающего элемента 3 в том месте, где представлено отображение 15 сканируемого сигнала 14, и вместе с тем пропорциона- лен величине изменени  положени . Имеетс  также возможность выходной сигнал регулируемого усилител  12 через сравнение с определенным посто нным сигналом привлечь пр мо к регулировке коэффициента усилени  усилител  11, в результате чего производитс  (Компенсаци  колебаний интенсиЬности , а последующим делением пренебрегают. Дл  проверки и выравнивани  колебани  параметров сигнальных ответвлений и ответвлений сигналов сравнени  служит регулируемый усилитель 12..

/4.

46

г. 2

Claims (9)

1. : · 1. УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СКАНИРУЕМЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТИ, в котором имеется оптическая система для отображения сканируемых сигналов от поверхности в строку плоскости изображения , отличающееся- тем, что в плоскости изображения оптического сигнала находится поглощающий элемент с поглощением, возрастающим вертикально к строке,, фокусирующая оптика и фотоэлектронный принимающий элемент, на пути луча перед элементом поглощения предусмотрен светоделитель, в плоскости изображения разделенного луча предусмотрено фотоэлектронное приемное устройство, а для соединения принимающего элемента и сигнала, выработанного приемным устройством, и для выравнивания колебания интенсивности в плоскости изоб-> ражения имеется оценивающая электроника;
2. 2. Устройство по π.Ι ,’ο т л и чающееся тем, что в качестве?элемента поглощения имеется плата., клинообразная в поперечном сечении с постоянным коэффициентом поглощения при одной и той же толщине ..материала.
3. 3. Устройство по п.1,. о, т л и чающееся тем,- что в качестве поглощающего элемента, имеется двойной клин в форме тела с параллельными боковыми сторонами^ причем первый клин имеет постоянный коэффициент поглощения, и второй клин не имеет дополнительного коэффициента поглощения.
4. 4. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что в качестве поглощающего элемента имеется плоскопараллельная плата· с возрастающим коэффициентом поглощения,
5. 5. Устройство по пп.1-4 отличающееся тем, что в ;качестве ’поглощающего элемента с возрастающим коэффициентом поглощения име— ется поглощающий элемент· со ступен- ^: чатым изменением коэффициента поглощения,
6. 6. Устройство по пп.1-5 отличающее ся тем, что в качестве оптоэлектронного приемного устройства применяется компенсирующий элемент в плоскости изображения разделенного луча с последующей фокусирующей оптикой и фотоэлектронным принимающим устройством.
7. 7, Устройство по п.'б, о т л и чающееся тем, что в качестве компенсирующего элемента имеется эквивалент поглощающего элемента, размеры, качество материала и положе· ние которого идентичны поглощающему элементу, но при этом не имеющего дополнительного коэффициента поглощения .
8. 8» Устройство по пп.1-7, отличающееся тем, что в качестве оптической системы применяются собирательная линза, последующая рассеивающая линза и вторая собирательная линза,- причем задний мнимый фокус. ¹ рассеивающей линзы находится в плоскости изображения первой собирательной линзы в переднем, мнимом фокусе рассеивающей линзы., и в плоскости изображения первой собирательной линзы, передний фокус второй собирательной линзы в переднем мнимом фокусе рассеивающей линзы и в плоскости изображения второй собирательной линзы поглощающего элемента.
9. 9. Устройство по пп.1-8, отличающееся тем,· что для выравнивания колебаний интенсивности в оценивающей электронике имеется делительное звено, причем первый вход соединен с принимающим элементом, а второй вход - с приемным устройством.'-