Оптические системы контроля
Оптические системы контроля в сравнении с электромеханическими обладают более высоким быстродействием. Данные системы, как правило, реализуют два метода — теневой и контроль в отраженном свете. В первом случае измеряются размеры тени от предмета, во втором — измеряются амплитудно—фазовые характеристики отраженного света, по которым определяются параметры контролируемой поверхности.
Для контроля изделий с точностью, соизмеримой с длинной волны света, прибегают к использованию эффекта интерференции и дифракции света или к применению методов голографии. Однако реализация данных методов требует сложных технических устройств.
Поэтому в настоящее время предпочтение все чаще отдается оптическим приборам бесконтактного контроля. Они во многом лишены перечисленных недостатков, просты в реализации, обладают большой универсальностью и быстродействием. Роль оптических методов контроля резко возросла с появлением персональных компьютеров и малогабаритных компьютерных телекамер — TV. Они позволили полностью автоматизировать все необходимые расчеты, исключив при этом подготовительные операции. Применение компьютеров и TV дало возможность с помощью одного и того же прибора измерять различные характеристики поверхности путем выбора соответствующего программного обеспечения.
Рассмотрим метод оптического контроля, который в наибольшей степени подходит для высокоточного бесконтактного измерения геометрических размеров поверхностей деталей. При этом речь идет только о тех элементах поверхности детали, до которых доходит световая волна. Принципиальная схема оптического контроля геометрии поверхности (рис. 12.2) включает 1 — источник монохроматического света, 2 — зеркала, 3 — линзы, 4 — дифракционная решетка, 5 — корректирующие зеркала, 6 — деталь, 7 — телевизионная камера (TV), 8 — плата сопряжения, 9 — компьютер. Устройство закрыто от стороннего света и пыли и не чувствительно к вибрации. Свободный доступ обеспечен только к месту установки детали. Компьютер по результатам обработки поверхности выдает в виде таблиц на экран и на печать отклонения во всех сечениях поверхности.
Система оптического контроля, разработанная в НПО "Луч" г.Подольск, имеет следующие характеристики: время контроля и расчета одной детали — 20 с (данный параметр в основном определяется быстродействием компьютера); точность контроля — 6 мкм; минимальный радиус контролируемой поверхности — 50 мкм; размер контролируемой поверхности в плане — не более 300 x 200 мм.
Рис. 12.2. Оптическаая система контроля
Данные, полученные от измерительной системы, позволяют корректировать траекторию перемещения инструмента относительно детали. Телекамера фиксирует изображение в виде массива чисел, элементы которого характеризуют интенсивность светового потока, попадающего на каждый элемент фотоматрицы. Телекамера соединена с компьютером, в котором осуществляется обработка полученной информации.
Масштабирование изображений, фиксируемых на телекамере, выполняется с использованием эталонной фигуры, в качестве которой может быть принята, например, высокоточная фасонная поверхность на захватном устройстве робота. Изображение эталонной фигуры фиксируется в условных единицах. Зная размеры эталонной фигуры в миллиметрах, можно определить масштаб для базы крепления. При работе с объектами выпуклой формы необходимо учитывать свойство трехмерной аберрации объектива1).
Изображение в телекамере фиксируется за (0,01 ? 0,001 сек.). Это сводит к минимуму влияние механических вибраций и позволяет получить нужное быстродействие. Кроме телекамеры, система контроля (рис. 12.2) включает:
- Источник освещения, который крепится на жесткой базе таким образом, чтобы свет от него попадал на контролируемый объект.
- Измеряемое изделие, которое может крепиться в захватном устройстве. В этом случае эталонная фигура также размещается на захватном устройстве.
Для контроля качества обработки поверхности (шероховатости поверхности) применяется только способ контроля в отраженном свете.
