устройство для контроля шероховатости поверхности изделия

Формула изобретения

1. Устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащее оптическую систему, включающую осветитель и ответвитель части излучения, и электронный блок, включающий фотопреобразователи части падающего и отраженного излучения, коммутатор, регистратор и источник питания, отличающееся тем, что ответвитель выполнен монохроматическим, а электронный блок дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, контроллер интерфейса и энергонезависимое запоминающее устройство, причем выходы фотопреобразователей части падающего и отраженного излучения соединены с информационными входами коммутатора, выход которого подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, выходная цифровая шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной и первой выходной шинами микроконтроллера, вторая выходная шина которого соединена с управляющим входом коммутатора, третья выходная шина микроконтроллера соединена с внутренней шиной контроллера интерфейса, четвертая шина - с шиной энергонезависимого запоминающего устройства, пятая выходная шина микроконтроллера соединена с входной шиной регистратора, а выходная шина источника питания соединена с входами питания указанных узлов электронного блока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходная шина контроллера интерфейса соединена с одним из внешних портов персонального компьютера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, именно к устройствам для контроля шероховатости поверхности изделия, и может найти применение в машиностроении, энергетике, авиации и других областях техники.

Известно устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащее осветитель, часть отраженного от изделия излучения которого поступает на фотопреобразователь, соединенный с электронным блоком, и регистратор (авторское свидетельство СССР N 1796897, кл. G 01 B 11/30, 1991).

Недостатком известного устройства является сравнительно высокая погрешность измерения шероховатости поверхности изделия, составляющая более 5% и зависящая от флуктуации мощности излучения осветителя.

Наиболее близким техническим решением является устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащее оптическую систему, включающую осветитель и ответвитель части излучения и электронный блок, включающий фотопреобразователи падающего и отраженного излучения, коммутатор, регистратор и источник питания (патент N 2011163, кл. G 01 В 11/30, 1994, БИ N7 - прототип).

К недостаткам известного устройства следует отнести необходимость формирования неполяризованного и/или поляризованного по кругу излучения амплитудно-модулированного излучателя, использование в схеме электронного блока, включающего источники опорного напряжения, блоки сравнения опорного сигнала с сигналом фотоприемников и соответствующую вычислительную схему. Указанные особенности известного устройства усложняют его реализацию, уменьшают быстродействие, затрудняют оперативную перенастройку на измерение шероховатости поверхности изделий, изготовленных из материалов, имеющих различные светоотражательные характеристики.

Решаемой технической задачей является расширение функциональных возможностей и упрощение устройства для бесконтактного измерения шероховатости поверхности в диапазоне до 14 класса точности, имеющих плоскую, цилиндрическую или иную форму и выполненных из материалов, на которые на момент измерений отсутствуют образцовые меры, с отображением результатов измерений в удобной форме в реальном масштабе времени.

Указанная техническая задача решается тем, что в устройстве для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащем оптическую систему, включающую осветитель и ответвитель части излучения, и электронный блок, включающий фотопреобразователи части падающего и отраженного излучения, коммутатор, регистратор и источник питания, согласно изобретению излучатель осветителя выполнен монохроматическим, а электронный блок дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, контроллер интерфейса и энергонезависимое запоминающее устройство, причем выходы фотопреобразователей части падающего и отраженного излучения соединены с информационными входами коммутатора, выход которого подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, выходная цифровая шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой входной и первой выходной шинами микроконтроллера, вторая выходная шина которого соединена с управляющим входом коммутатора, третья выходная шина микроконтроллера соединена с внутренней входной шиной контроллера интерфейса, четвертая шина - с шиной энергонезависимого запоминающего устройства, пятая выходная шина микроконтроллера соединена с входной шиной регистратора, а выходная шина источника питания соединена со входами питания указанных узлов электронного блока.

Кроме того, внешняя выходная шина контроллера интерфейса может быть соединена с одним из внешних портов персонального компьютера.

Такое выполнение устройства позволяет решить поставленную задачу создания многофункционального компактного и удобного в эксплуатации устройства для бесконтактного измерения шероховатости поверхности изделий различной формы из материалов с различными отражательными характеристиками в реальном масштабе времени в диапазоне шероховатостей до 14 класса точности по калибровочным кривым, хранящимся в энергонезависимом запоминающем устройстве за счет вычисления коэффициента отражения вне зависимости от нестабильности интенсивности излучения осветителя.

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит оптическую систему, включающую монохроматический осветитель 1, ответвитель 2 части падающего излучения и ответвитель 3 отраженного от поверхности изделия 4 излучения. Электронный блок 5 содержит фотопреобразователи 6, 7 падающего и отраженного излучения, коммутатор 8, аналого-цифровой преобразователь 9, микроконтроллер 10, контроллер интерфейса 11, энергонезависимое запоминающее устройство 12, регистратор 13 и источник питания 14. При этом выходы фотопреобразователей 6 и 7 соединены с информационными входами коммутатора 8, выход которого подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя 9, информационная шина которого и входная шина управления соединены соответственно с первой 16 входной и первой 17 выходной шинами микроконтроллера 10, вторая выходная шина 18 которого соединена с управляющим входом коммутатора 8, третья выходная шина 19 микроконтроллера 10 соединена с внутренней шиной контроллера интерфейса 11, четвертая шина 20 - с шиной энергонезависимого запоминающего устройства 12, пятая выходная шина 21 микроконтроллера 10 соединена с входной шиной регистратора 13, а выходная шина источника питания 14 соединена со входами питания указанных узлов электронного блока 5. В случае необходимости внешняя шина контроллера интерфейса 11 может быть соединена со входом одного из внешних портов персонального компьютера 15.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Осветитель 1 формирует пучок излучения для освещения исследуемой поверхности изделия 4. Ответвитель 2 направляет часть излучения в фотоприемник фотопреобразователя 6, что дает возможность контролировать величину интенсивности падающего излучения.

Основная часть излучения осветителя 1, проходя через полупрозрачное зеркало ответвителя 3, падает нормально на исследуемую поверхность изделия 4. Зеркальная составляющая отраженного от поверхности излучения возвращается в направлении осветителя 1, но отражается полупрозрачным зеркалом ответвителя 3 и попадает в фотоприемник фотопреобразователя 7.

Сигналы фотопреобразователей 6 и 7 после усиления поступают на аналоговые входы коммутатора 8. Микроконтроллер 11, управляющий коммутатором 8, с помощью соединенного с выходом коммутатора аналого-цифрового преобразователя 9 осуществляет измерение сигналов фотопреобразователей 6 и 7, пропорциональных интенсивности падающего и отраженного излучения соответственно.

Микроконтроллер 10 вычисляет величину коэффициента отражения как отношение величины интенсивности отраженного излучения к величине падающего излучения, что обеспечивает независимость результатов измерений от нестабильности интенсивности излучения осветителя 1. Полученное таким образом значение коэффициента отражения позволяет с помощью калибровочной кривой, хранящейся в виде таблицы в энергонезависимом запоминающем устройстве 12, определить величину шероховатости поверхности изделия 4 и отобразить ее с помощью регистратора 13. В качестве регистратора возможно использование различных устройств индикации: алфавитно-цифровые модули, табло, устройства для создания твердых копий: принтеры, маркеры или их сочетания.

В зависимости от информационной емкости энергонезависимое запоминающее устройство 12 позволяет хранить от одной до нескольких калибровочных кривых для различных видов, форм и материалов исследуемых поверхностей изделий, а программное обеспечение микроконтроллера 10 позволяет оперативно выбирать необходимую в конкретный момент калибровочную кривую.

С помощью контроллера интерфейса 11 микроконтроллер 10 имеет возможность соединения с внешним портом 15 персонального компьютера для обмена с ним данными, что дополнительно расширяет функциональные возможности устройства.