Способ обнаружения дефектов поверхности тел вращения

 

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ ВРУ«ЦЕНИЯ, включаюпдай освещение поверхности наклонным пучком света, ширина которого в плоскости падения соизмерима с развт мером минимального дефекта, предварительный анализ контролируемой поверхности, регистрацию рассеянного излучения под фиксированным углом по отношению к максимуму индикатрисы рассеяния от бездефектной поверхности и оценку качества поверхности по величине отношения сигнал/шум при вращении поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и чувствительности контроля доминирующих дефектов, при проведении предварительного анализа измеряют угол раскрытия о доминирующих дефектов, а регистрацию рассеянного излучения проводят под углом в к нормали к поверхности, (Л определяе в м из соотношения QtVf) где 9 - угол падения пучка.;

сбюЗ СОВетСних

ССЩИАЛИСТИЧННИХ

РЕСПУ БЛИН (l9) (I!1

4IsI) G 01 Н 21/88

-". fAЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫ 1 КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А@ТОРСЯОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ

ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ, включаю щий освещение поверхности наклонным пучком света, ширина которого в плоскости падения соизмерима с раз3. (21) 3506083/.18-25 (22) 19.08.82 (46) 30.05.85. Бюл. В 20 (72) В.М.Суминов, А.А.Гребнев, А.Д.Витман, Е.И.Гребенюк, .В.Н.Фигурин, Г.P.Êðå÷ìàí и 1О.Н.Наумов (7l) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского (53) 535.24(088.8) (56) 1 ° Reich F. Coleman M.Х . Highspeed surface flow inspection."0pt, Eng",. 1976 ч. 1 15,ð. 118- 51.

2, Авторское свидетельство СССР

В 798566, кл. G OI N 21/83, 1978.. мером минимального дефекта, пред варительный анализ контролируемой поверхности, регистрацию рассеянного излучения под фиксированным углом по отношению к максимуму индикатрисы рассеяния от бездефектной поверхности и оценку качества поверхности по величине отношения сигнал/шум при вращении поверхности, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности и чувствительности контроля доминирующих дефектов, при проведении предварительного анализа измеряют угол раскрытия М доминирующих дефектов,. а регистрацию рассеянного излучения проводят под углом 8 к нормали к поверхности, определяемым из соотношения

Я сЯ

b(1 1,р) где B — угол падения пучка.

ЕЕ58908

Изобретение относится к контроль—

>" ( но-иэмерительттой технике и может найти применение при неразрушающем, бесконтактном контроле дефектов по верхности де алей, преимущественно 5 при автоматизированном контроле дефектов поверхности деталей после механической обработки, поверхность которых обладает ярко выраженными следами режущего инструмента. 1О

Известен способ выявления дефектов поверхности, состоящий в том, что сфокусироваиный пучок зондирующего излучения направляют по нормали к контролируемой поверхности, 15 исследуют распределение энергии, рассеянной дефектами, присущими данной поверхности в области диффузионного рассеяния, и определяют.наличие дефекта при анализе изменения 20 спектра частот сигнала приемника излучения, установленного в область диффузного рассеяния, характеризующуюся максимальной интенсивностью от всех дефектов данной поверхности. g5

При этом данную область определяют опытным путем при.анализе распределения. энергии отраженного излучения от деталей с различными типами дефектов )E).

Однако.при реализации данного способа необходимо выполнить большой объем исследований индикатрис рассеяния от дефектов контролируемой детали что обусловливает трудоемкость

35 настройки приборов, реализующих способ. Наряду с этим .способ предусматривает проведение анализа указанных индикатрис в. статике. Контроль всей поверхности необходимо производить при вращении детали относительно луча. Неидентичность условий настройки и работы устройств, реализующих данный способ, прйведет к снижению надежности выявления дефектов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ обнаружения дефектов поверхности тел вращения, включающий освещение поверхности наклонным пучком 50 снета, ширина которого в плоскости падения соизмерима с размерами мини.мального дефекта, предварительный анализ контролйруемой поверхности, регистрацию рассеянного излучения под .фи,сиронанным углом по отношению к максимуму индикатрисы рассеяния от бездефектной поверхности и оценку качества поверхности по величине от; ношения сигнал/шум при вращении поверхности. Предварительный анализ кочтролируемой детали состоит в том, что перед обнаружением поверхностных дефектов наклонный пучок света с напранляют под углом 30-40 к непод- вижной поверхности годного изделия и измеряют интенсивность света, отраженного под различными углами к плоскости падения, определяют угловые размеры индикатрисы рассеяния на уровне точек перегиба ее ветвей, а фотоприемник устанавливают так, чтобы он регистрировал свет, отраженный от изделия под углом, равным ширине индикатрисы рассеяния на уровне точек перегиба ее нетней (2), Недостатками известного способа являются невысокая надежность обнаружения и малая чувствительность доминирующих дефектов.

Указанные недостатки связаны с тем, что при определении угла установки приемника иэлучения,по отношению сигнал/шум которого судят о качестве контролируемой поверхности, ориентируются на минимум шумового сигнала, т.е. минимум интенсивности от бездефектной поверхности контролируемой детали. Такой подход и обусловливает недостатки способа .

Минимум интенсивности индикатрисы рассеяния от бездефектной поверхности, имеющий место на уровне точек перегиба ее ветвей, не однозначно обусловливает получение максимального отношения сигнал/шум н этой области при контроле всей совокупности дефектных деталей, так как каждой конкретной детали присущи свои дефекты с определенными геометрическими характеристиками. При взаимодействии светового пучка с этими дефектами по разному перераспределяется интенсивность индикатрисы рас-. сеяния по сравнению со случаем без дефектной поверхности, Поэтому положение приемника излучения с максимальным отношением сигнал/шум зависит от геометрических характеристик и типов дефектов, присущих данной конкретной контролируемой детали..

В связи с этим дефекты, интенсивность индикатрисы рассеяния которых на уровне точек перегиба ветвей индикатрисы беэдефектной детали не

1l 58908

0=В. —Ы

2 1 2

1ТГ

24A6(c0sS icos8 а

45 где pp"—

߄ 9—

Т

55 изменяется, могут быть не выявлены.

Поэтому высокая чувствительность не обеспечивается. Напротив, е пи при автоматизированном контроле имеет место биение годной детали на контрольной позиции, связанное с по.Т грешностью установки, то такая деталь, согласно рассматриваемому способу,. забраковывается, что значительно снижает. надежность контроля, Построение индикатрисы рассеяния от бездефектной поверхности непод-: вижной детали не позволяет определить минимум шумового сигнала объективно, так как распределение высот микронеровностей любой реальной поверхности носит. статистический ха" рактер, размеры контролируемого пучка света не намного превышают размер микронеровностей и индикатрисы рассеяния от двух соседних участков поверхности могут значительно отличаться между собой. Особенно это касается поверхности со значительными высотами микронеровностей и ярко выраженными следами режущего,инстру. мента.

Кроме того, предварительный анализ контролируемой детали, заключакяцийся в построении индикатрисы рассеяния от бездефектного ее участка, значительно затрудняет переход от одной партии к другой, усложняет конструкцию устройств, реализующих данный спо"об и, следовательно, снижает экономический эффект от его внедрения.

Целью изобретения является повышение надежности и чувствительности контроля доминирующих дефектов.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу обнаружения дефектов поверхности тел вращения, г включающему освещение поверхности наклонным пучком света, ширина кото-! рого в плоскости .падения соизмерима с размерами минимального дефекта, предварительный анализ контролируемой поверхности, регистрацию рассеянного излучения под фиксированным углом по отношению к максимуму индикатрисы рассеяния от беэдефектиой поверхности и оценку качества поверхности по величине отношения сигнал/

/шум при вращении поверхности, при проведении предварительного анализа измеряют угол раскрытия М. доминирующих дефектов, а регистрацию рассеянного иэлучени:i проводят пЬд углом .

8 к нормали к поверхности, определяемым иэ соотношения где g, — угол падения пучка. l0 На чертеже показана схема, реализующая йредлагаемый способ.

Способ. осуществляется следующим образом.

Иа поверхность контролируемой, f5 детали I направляют под углом 8, луч света 2, размер которого в плоскости чертежа соизмерим с размерами минимального дефекта. Затем производят предварительный анализ дефектов контролируемой детали, заключающийся в том, что измеряют углы раскрытия дефектов поверхности 3, .типичных для данной .детали, с помощью известных контактных или оптид ческих методов. Определяют угол установки приемника излучения 4 Я, а . пользуясь формулой (!1 и устанавливают в эту область приемник излучения. На позицию контроля последовательно устанавливают контролируе-. мые изделия, придают им вращатель» ное движение и по отношению сигнал/ 1пум судят о качестве поверхности.

Относительное распределение энер35 гни по индикатрисе рассеяния от meроховатой поверхности со значительной высотой микронеровностей описывается выражением средний квадрат коэффици1

1 ° еита отражения, . углы падения и регистрациФ интенсивности соответственно; длина волны света; интервал корреляции микрогеояетрического профиля поверхности", длина реализации микрогеометрического профиля . поверхности, 1158908

pTF

Z L4f 6(0068 +Co@(Q + Ц

Т (япe„ а(e +Р1) (cos8„ i co5(& i в1 р (3) 30

В = 2 огсСу (— р (к1 со (4) Составитель С. Бочинский

Редактор Т.Митейко Техред Т Маточка КоРРектоР С,Шекмар

Заказ 3578/43 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 6-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП ".Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

6 — среднее квадратическое отклонение высот микронеровностей мнкрогеометрического профиля.

Если форму профиля дефекта, pacrro- 5 ложенного на данной поверхности, представить в полярных координатах функцией угла раскрытйя дефекта К- г2(4 и предположить, что Т, и внутри дефекта соответствуют параметрам микропрофиля, а ширина пучка света в плоскости падения соизмерима с гранями профиля дефекта, то при взаимодействии пучка с дефектом индикатриса может быть описана функцией 15 где Р— угол отклонения иидикатрисы от дефекта по отношению к случаю бездефектной поверхности

Таким образом, очевидно наличие функциональной связи между энергией индикатрисы в различных сечениях 9 и углом раскрытия дефекта 9. Очевидно, что и величина сигнал/шум, представляющая собой отношение выраже. ний (31 и (2), зависит от угля ðàñкрытия дефекта.

Чтобы определить эту взаимосвязь в динамике,т,е, в реальных условиях контроля, рассмотрим основные этапы взаимодействия луча Р„, падающего по .нормали к контролируемой поверхности с дефектами, характеризующимися различными углами раскрытия и формой профиля. Если отдельные этапы взаимодействия рассматривать с позиций геометрической теории дифракции, то можно предположить, что прохождение луча через зону дефекта сопровождается дифракцией на кромках граней, зеркальным отражением от граней, а также взаимным их затемнением. Огибающая индикатриса, построенная по максимальным значениям мгновенных индикатрис, в каждый Момент времени характеризует изменение полеэнога сигнала, Анализ таких индикатрис позволяет сделать следующие выводы: форма огибающей индикатрисы существенно меняется в зависимости от геометрии профиля дефекта; для каждого угла раскрытия дефекта существует такое .сечение индикатрисы Я-, где отношение сигнал/ шум будет максийальным.

Данные теоретические положения хорошо подтверждаются экспериментальными результатами, которые показывают, что при установке приемника излучения под углом 8„ - имеет

2 место максимальная чувствительность контроля, Предлагаемый способ позволяет повысить чувствительность, надежность контроля доминирующих дефектов поверхности и снижает трудоемкость настройки устройств, реализующих предлагаемый способ.