Спосіб та пристрій безконтактного вимірювання параметрів шорсткої поверхні

Реферат: Винахід належить до способів безконтактного контролю параметрів шорсткої поверхні. Спосіб безконтактного вимірювання параметрів шорсткої поверхні полягає в тому, що досліджувану поверхню освітлюють трьома сформованими та суміщеними когерентними променями з різними довжинами хвиль, реєструють повноколірні спекл-зображення, в моделі дрібномасштабної поверхні використовують енергетичний спектр, отриманий з експериментальних даних шляхом Фур'є-перетворення фотознімка реальної поверхні з UA 109574 C2 (12) UA 109574 C2 конкретним видом обробки. Пристрій, що реалізує запропонований спосіб, включає в себе три лазерних випромінювачі з різними довжинами хвиль, три формувачі променя, блок суміщення променів два повноколірні матричні оптичні приймачі та ЕОМ. Електронна обчислювальна машина реєструє спекл-зображення, прийняті кожним з повноколірних матричних оптичних приймачів, та розраховує вимірювані параметри. Спосіб та пристрій дозволяє підвищити точність вимірювання параметрів шорсткої та розширити діапазон класів обробки поверхонь, що оцінюються. UA 109574 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід належить до способів та пристроїв безконтактного вимірювання параметрів шорсткої поверхні. Відомий "Способ бесконтактного измерения параметров шероховатости поверхности" (патент RU 2380655 С1, Бюл. № 3 от 27.01.2010), який полягає в тому, що аналізують дзеркальний та дифузний промені, відбиті шорсткою поверхнею. Недоліками даного способу є значні похибки та невелика кількість оцінюваних параметрів, притаманні амплітудним методам вимірювання. Також, близьким за технічною думкою та результатом, що досягається, є "Измеритель шероховатости" (патент RU 2375677 С1, Бюл. № 34 от 10.12.2009), в якому використовується залежність амплітуди відбитого світлового потоку від параметра шорсткості поверхні, який містить випромінювач світла і фотоприймач відбитого променя. Як випромінювач світла застосовано лазер. Як фотоприймач відбитого світлового потоку застосовано фотодіод. Недоліками пристрою вимірювання шорсткості є неконтрольовані похибки, обумовлені: а) змінами у відстанях між контрольованою поверхнею та фотоприймачем; б) залежністю амплітуди відбитого променя від амплітуди освітлюючого променя та кутів падіння/відбиття цих променів; в) залежністю амплітуди відбитого променя від коефіцієнта відбиття поверхні. Як прототип взято спосіб вимірювання параметрів шорсткої поверхні, запропонований у статті (Шматко, А.А. Синтез алгоритмов оптимальных оценок параметров шероховатых поверхностей многоэлементными оптическими приемниками [Текст] / А.А. Шматко. - РЭКС. 2013. - № 2 (61). - С. 106-112.), де когерентним випромінюванням утворюють на досліджуваній поверхні засвічену область, реєструють спекл-зображення з двох кутів матричними оптичними приймачами. Як прототип пристрою взято пристрій безконтактного вимірювання параметрів шорсткої поверхні, запропонований у статті (Шматко, А.А. Синтез алгоритмов оптимальных оценок параметров шероховатых поверхностей многоэлементными оптическими приемниками [Текст] / А.А. Шматко. - РЭКС. - 2013. - № 2 (61). - С. 106-112), де використано одне джерело когерентного випромінювання, два матричних оптичних приймача та ЕОМ. Недоліками способу та пристрою прототипу є вузький діапазон класів обробки поверхонь, які можна оцінювати, що обмежується моделями поверхонь які застосовуються при розрахунках, так, як моделі описують тільки окремі види обробки поверхонь, та не повністю реалізований потенціал матричних оптичних приймачів, з метою здобуття максимальної точності вимірювань. Задача створення винаходу - підвищення точності вимірювань параметрів шорсткої поверхні та розширення діапазону класів обробки поверхонь, що оцінюються. Технічний результат способу досягається тим, що досліджувану поверхню освітлюють трьома сформованими, суміщеними когерентними променями з різними довжинами хвиль, відповідними до спектральної чутливості колірних каналів повноколірних матричних оптичних приймачів, реєструють повноколірні спекл-зображення, в дрібномасштабній моделі  використовують енергетичний спектр W q  , отриманий з експериментальних даних шляхом Фур'є-перетворення фотознімка реальної поверхні з конкретним видом обробки, що дозволяє калібрувати алгоритм для вимірювань параметрів шорсткої поверхні з конкретним видом обробки, та аналізувати результат в ЕОМ,  4k 4  2 Mn cos 2 i cos 2 S W q  ,    де W q  - енергетичний спектр, Mn - коефіцієнти, залежні від кутів i , S та діелектричної проникності  . Кути встановлення лазерів та оптичних приймачів вибираються за умови досягнення максимальної чутливості вимірювання, для цього розраховуються граничні похибки вимірювань по діагональних елементах матриці, зворотної до матриці Фішера. На головній діагоналі цієї матриці знаходяться допустимі граничні дисперсії похибок, згідно з тією границею, нижче якої величини середньоквадратичних похибок отримати неможливо. Технічний результат пристрою вимірювання параметрів шорсткої поверхні досягається тим, що він містить три лазерних випромінювачі з різними довжинами хвиль, три формувачі променя, блок суміщення променів, повноколірні матричні оптичні приймачі, ЕОМ. На кресленні приведена схема пристрою безконтактного вимірювання параметрів шорсткої поверхні. Пристрій безконтактного вимірювання параметрів шорсткої поверхні містить три лазерних випромінювачі 1-3 з різними довжинами хвиль, відповідними до колірних каналів матричних оптичних приймачів 9, 10, що реєструють спекл-картини, сформовані відбитим лазерним 0 n  45 50 55 1 UA 109574 C2 5 10 15 випромінюванням від шорсткої поверхні 8, формувачі променів 4-6, блок суміщення променів 7, ЕОМ 11 та пристрій індикації 12. Пристрій безконтактного вимірювання параметрів шорсткої поверхні призначений для використання як в складі обладнання для обробки поверхонь, так і як портативного вимірювача параметрів шорсткої поверхні. Спосіб вимірювання параметрів шорсткої поверхні здійснюють наступним чином. Когерентним випромінюванням лазерних випромінювачів 1-3 з різними довжинами хвиль за допомогою формувачів 4-6 та блока суміщення 7, утворюють на досліджуваній поверхні 8 засвічену область. Спекл-зображення реєструють з двох кутів повноколірними матричними оптичними приймачами 9, 10. Відбите світло одночасно утворює на фотоприймачах 9, 10 по три спекл-картини відповідно до кількості лазерів з різними довжинами хвиль. Лазери вибирають так, щоб довжини хвиль відповідали колірним каналам матричних оптичних приймачів, які фіксують по одному кадру кольорового зображення, в кожному із кадрів в різних колірних каналах містяться спекл-картини, утворені кожним з лазерів. Кольорові спекл-картини подають в ЕОМ 11, на індикаторі 12 відображають значення параметрів шорсткої поверхні. Використання винаходу дозволить підвищити точність вимірювань параметрів шорсткої поверхні та розширити діапазон класів обробки поверхонь. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 1. Спосіб вимірювання параметрів шорсткої поверхні, який полягає в тому, що когерентним випромінюванням утворюють на досліджуваній поверхні засвічену область, реєструють спеклзображення з двох кутів матричними оптичними приймачами, з подальшою обробкою в ЕОМ, який відрізняється тим, що досліджувану поверхню освітлюють трьома сформованими та суміщеними когерентними променями з різними довжинами хвиль, реєструють повноколірні спекл-зображення, в моделі дрібномасштабної поверхні використовують енергетичний спектр, отриманий з експериментальних даних шляхом Фур'є-перетворення фотознімка реальної поверхні з конкретним видом обробки. 2. Пристрій вимірювання параметрів шорсткої поверхні, що включає в себе лазерний випромінювач, два матричні оптичні приймачі, ЕОМ, кути встановлення лазерів та оптичних приймачів вибираються за умови досягнення максимальної чутливості вимірювання, який відрізняється тим, що містить додатково два лазерних випромінювачі з різними довжинами хвиль, три формувачі променя, блок суміщення променів, матричні оптичні приймачі повноколірні. 2 UA 109574 C2 Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3