автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Повышение точности многоканальных оптоэлектронных измерительных систем для контроля линейных и угловых размеров деталей в автоматизированном машиностроении

государственный комитет по высшему образованию российской

федерации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "С Т А Н X И Н"

?г8 од

На правах рукописи

L;J kc-j

удк 531. 715. 2:681. 2(043. 3)

ВАСИЛЬЕВ ВАДИМ ВАЛЕРЬЕВИЧ

повышение точности многоканальных оптоэлектронных измерительных систем для контроля линейных и угловых размеров деталей в автоматизированном машиностроении

Специальность 05.11.16 - Информационно-измерительные системы

(по отраслям)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1996

Работа выполнена в Носковском Государственном Технологичеш Университете "СТАНКИН"

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент Метрологической Академии Телешевский В. И,

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор,

заседании специализированного совета Д. 063.42.03 в Московском Государственном Технологическом Университете "СТАНКИН" по адресу: 1011-72, Иосква, Вадковский пер., д. За.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просьба выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета

академик Петрологической Академии

Фирстов В. Г. - кандидат технических наук,ведущий научный сотрудник Чудов В. А.

Ведущее предприятие - ВНИИизмерения

Защита состоится

Автореферат разослан

1996 г.

Ученый секретарь специализированного

ученого совета к. т. н., додент

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Задачей современного машиностроения является комплексное обеспечение качества выпускаемой продукции. Выбор оптимального уровня автоматизации средств измерения должен обеспечивать требуемое качество продукции при экономически обоснованных трудовых и материальных затратах. Высокое качество продукции в сочетании с низкой себестоимостью способствует повышению конкурентноспособности продукции на мировом рынке.

В автоматизированном производстве измерения линейных и угловых размеров деталей занимают наибольший обьем. По этой причине перспективным направлением является создание информационно-измерительных систем, осуществляющих выработку достоверной измерительной информации о состоянии технологического процесса, необходимой для управления автоматизированным производством.

Основой таких информационно-измерительных систем должны стать измерительные преобразователи, обеспечивающие высокую разрешающую способность, точность измерений и возможность применения при измерении линейных и угловых величин. Измерительные преобразователи должны сочетать бесконтактность измерения с высокими массогабаритными показателями, малым энергопотреблением и обеспечивать устойчивость работы в условиях воздействия внешних дестабилизирующих Факторов: перепадов температуры и давления, вибрации и др.

Таким образом, разработка измерительных преобразователей, основанных на этом принципе и отвечающих указанным требованиям, является актуальной научно-технической задачей.

Актуальность данной работы определяется тем, что она осуществлялась в рамках выполнения гранта ГР - 89 по фундаментальным исследованиям в области приборостроения в 1994 - 95 гг., утвержденным Государственным Комитетом по высшему образованию Российской Федерации.

Цель работы. Повышение точности многоканальных оптоэлект-ронных измерительных систем для контроля линейных и угловых размеров деталей в условиях автоматизированного производства.

Нетоды исследовании. В работе при теоретических исследованиях используются аппарат Фурье-оптики, спектрофотометрии, метрологии измерений линейных и угловых величин, теория опто-

электронных измерительных преобразований. При экспериментальных исследованиях применены методы оптоэлектронных измерений, Фотометрии и спектроскопии, методы математической статистики и вычислительной техники.

Научная новизна

1. Определена Функция измерительного преобразования отражательного оптрона при измерении расстояния между оптроном и поверхностью детали в зоне Френеля. На основе исследования методами фурье-оптики Физической модели отражательного оптрона выявлена взаимосвязь Функции измерительного преобразования с принципиальной конструкцией и характеристиками элементов отражательного оптрона.

2. Установлена связь между пространственным расположением отражательных оптронов в миниатюризованной многоканальной измерительной системе и влиянием перекрестных помех на информативные сигналы оптронов.

3. Выявлена взаимосвязь между параметрами спектральных светофильтров и эффективностью подавления перекрестных помех в многоканальной оптоэлектронной измерительной системе.

4. Определена общая для различных масляных смазочно-охлаждаюших жидкостей область спектра, характеризующаяся интенсивным поглощением оптического излучения и пригодная для обнаружения следов смазочно-охлаждаюших жидкостей на поверхности измеряемой детали.

5. Выявлена взаимосвязь между термоокислительной деструкцией масляных сказочно-охлаждающих жидкостей в процессе эксплуатации и изменением их спектральных характеристик. Установлено, что в ходе термоокислительной деструкции качественных изменений в характерной области интенсивного светопоглошения в спектре смазочно-охлаждаюших жидкостей не происходит.

Практическая ценность

1. Разработаны принципы построения многоканальных оптоэлектронных измерительных систем, адаптированных к уловиям автоматизированного производства.

2. Разработан способ подавления перекрестных помех в многоканальной оптоэлектронной измерительной головке путем спектрального разделения измерительных каналов. Экспериментальные исследования способа показали, что при спектральном разделении

измерительных каналов с помошью светофильтров различных видов уровень перекрестных помех пренебрежимо мал,

3. Разработан способ обнаружения следов смазочно-охлажда-юшей жидкости на поверхности измеряемой детали и выявления вносимой ими погрешности измерения. Экспериментальные исследования способа показали возможность аппаратного обнаружения на поверхности измеряемой детали пленки смазочно-охлаждашей жидкости толщиной от 1 мкм.

4. Реализован экспериментальный образец измерительного преобразователя на основе отражательного оптрона, работавшего в режиме нулевой измерительной головки с погрешностью срабатывания, не превышающей +3 мкм.

Внедрение подученных результатов. По заключению АО ЭНИНС разработанные оптоэлектронные измерительные системы предполагается использовать в новых перспективных разработках, в частности, в специализированных координатно-измерительных машинах в качестве устройства бесконтактного ощупывания измеряемых деталей и в высокопроизводительных контрольных автоматах для оденки качества промышленных изделий как датчики обнаружения деталей, что позволит повысить производительность и точность операций измерения и контроля.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Второй научно-технической конференция "Состояние и проблемы технических измерений", г. Москва, 1995 г.; на семинаре "Метрологическое обеспечение и взаимозаменяемость в машиностроении", общество "Знание", г. Москва, 1996 г.; на заседаниях каФедры "Информационно-измерительная техника" , НГТУ "СТАНКИН", 1995. 1996 гг.

Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок имеется 4- публикации, подано 2 заявки на изобретение.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения» 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Обший обьем работы 193 страниц, в том числе IУ7страниц основного текста, 32 страницы таблиц и рисунков, список литературы из /ГЦ наименований на 1А страницах и приложения на £ страницах.

- б -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы задачи научно-технического исследования, приведены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются контактные и бесконтактные методы и средства измерений линейных и угловых размеров в автоматизированном машиностроении. Рассмотрены основные типы контактных и бесконтактных измерительных головок.

Показано, что контактные измерительные головки, разработанные к настоящему времени, имеют ряд недостатков. К этим недостаткам относятся пространственная анизотропия чувствительности и усилия измерения, возможность измерения только в режиме останова станка, инерционность, наличие сил трения в систе-*

мах пространственного перемещения наконечника, быстрый износ контактной пары. Можно отметить также сложность конструкции, низкие массогабаритные показатели и высокую стоимость этих измерительных головок.

В целом, область координатных измерений с помошью контактных измерительных головок достаточно полно и глубоко изучена. Значительно меньше изучена перспективная область координатных измерений посредством бесконтактных измерительных головок, обладавших большими потенциальными возможностями.

Переход к использованию бесконтактных измерительных головок вместо контактных позволяет полностью устранить составляющую погрешности измерения, обусловленную механическим контактом наконечника измерительной головки и детали. Бесконтактные измерительные головки позволяют проводить измерение детали не только в режиме останова станка, но и в процессе обработки детали, поскольку механического контакта наконечника измерительной головки с деталью не требуется, и, следовательно, нет опасности повредить наконечник измерительной головки о врашаюшую-ся деталь. Это позволяет существенно уменьшить затраты времени на изготовление детали, так как проведение измерения при использовании бесконтактных измерительных головок осуществляется в основное время обработки детали.

Бесконтактные измерительные головки на основе отражательных оптронов сочетают надежность, простоту эксплуатации и стабильность характеристик под влиянием внешних дестабилизирующих

Факторов.

В настоящее время наиболее распространенным типом измерительного преобразователя на основе отражательного оптрона является позиционно-чувствительный преобразователь. Для других целей отражательные оптроны практически не применяются, что связано со слабой детализацией зависимости режима работы отражательного оптрона от различных Факторов и отсутствием теоретического исследования Функции измерительного преобразования отражательного оптрона как отдельного измерительного преобразователя, так и элемента в составе многоканальной оптоэлектрон-ной измерительной системы. Помимо этого, такая важная проблема, как работа оптоэлектронных средств измерения в условиях загрязненности поверхностей контролируемых деталей следами смазочно--охлаждаюших жидкостей (СОХ) ранее детально не рассматривалась и требует всестороннего исследования. Таким образом, потенциальные возможности отражательных оптронов как средств измерения раскрыты не в полной мере.

Проведенный анализ состояния автоматизированных измерений в машиностроении позволяет сформулировать задачу научного исследования. в работе должны быть проведены следующие теоретические исследования:

- исследование Физической модели отражательного оптрона и взаимосвязи функции измерительного преобразования с принципом построения оптрона,

- исследование влияния перекрестных помех на работу многоканальной измерительной системы с использованием отражательных оптронов в качестве первичных преобразователей,

- теоретическое обоснование способа подавления перекрестных помех в многоканальной оптоэлектронной измерительной системе,

- исследование возможности выявления погрешности измерения при наличии следов смазочно-охлаждаюшей жидкости на поверхности контролируемой детали с использованием метода спектрального анализа.

В работе должны быть проведены следующие экспериментальные исследования:

- разработка принципиальной схемы модели многоканальной измерительной системы, изготовление фрагмента линейки отражательных оптронов и исследование экспериментальных Функций из-

- 8 -

мерительного преобразования оптронов,

- исследование отражательного оптрона как первичного преобразователя нулевой измерительной головки,

- исследование способа подавления перекрестных помех на модели многоканальной оптоэлектронной измерительной системы,

- исследование спектральных свойств смазочно-охлаждаших жидкостей и способа выявления погрешности от их наличия на поверхности контролируемой детали.

Во второй главе проводится теоретическое исследование функции измерительного преобразования отражательного оптрона и принципов построения многоканальных измерительных систем на их основе.

Отражательный оптрон рассматривается как френелевский преобразователь светового потока излучателя: измерение расстояния между поверхностью контролируемой детали и оптроном проводится во Френелевской зоне. Входной Функцией Физической модели отражательного оптрона является распределение освещенности поверхности излучателя, выходной Функцией является распределение освещенности на поверхности Фотоприекника оптрона.

функция измерительного преобразования отражательного оптрона представляет собой зависимость выходного тока I Фотоприемника от расстояния Н между оптроном и поверхностью контролируемой детали. Формирование изображения в оптоэлектронной измерительной системе заключается в том, что после прохождения оптического излучения через элементы системы и отражения от контролируемой детали распределение освещенности в пространстве изображений пропорционально осве ценности сопряженных элементарных плошадок в пространстве предметов.

При многократном прохождении излучения в отражательном оптроне через свободное пространство, светофильтры и пленку СОХ оно испытывает поглощение, рассеяние, Френелевские потери и дифракцию. В отражательном оптроне размеры излучателя и фотоприемника сопоставимы с расстоянием между оптроном и поверхностью контролируемой детали, составляя несколько миллиметров и распространение оптического излучения происходит в пространстве, где выполняются условия приближения Френеля. Справедливость Френелевского дифракционного приближения для оптической системы с такими геометрическими соотношениями рассмотрена в ряде работ

по теории фурье-оптики.

Исследование иетодани фурье-оптики Физической модели отражательного оптрона позволяет выявить взаимосвязь Функции измерительного преобразования с принципиальной конструкцией и характеристиками элементов отражательного оптрона.

На рис. 1 показана конструкция и Физическая модель отражательного оптрона. Плошадки излучателя 1 (радиусом г) и Фотоприемника (радиусом ч) 2 оптрона расположены на несушей конструкции 3 на технологическом расстоянии г друг от друга, световой поток от излучателя 1 проходит через пленку СОХ 4 и падает на поверхность контролируемой детали 5 с углом расхождения 2а. Часть отраженного от детали (с коэффициентом Ев) светового потока проходит через светофильтр б и попадает на Фоточувствительный слой Фотоприемника 2.

Основной характеристикой, рассматриваемой аппаратом Фурье-оптики, является освещенность, а также ее преобразования, совершаемые элементами оптоэлектронной измерительной системы, функция освещенности и ее пространственно-частотный спектр связаны прямым и обратным преобразованиями фурье. в работе проводится исследование пространственно-частотного спектра освещенности, создаваемой отражательным оптроном как френелевским преобразователем в плоскости Фотоприемника, функция освещенности и ее пространственно-частотный спектр рассматриваются для излучателя с круглым выходным окном в полярной системе координат.

Пространственно-частотный спектр освещенности в полярных координатах можно найти, используя прямое преобразование Ханке-ля нулевого порядка, а саму функцию освещенности по известному пространственно-частотному спектру - с использованием обратного преобразования Ханкеля нулевого порядка, Известно, что для изо-планарных систем спектр выходной функции освещенности может быть представлен как произведение спектра входной Функции освещенности и оптических передаточных Функций элементов системы

где/7 - число элементов системы.

В настояшей работе применена экспоненциальная аппроксимация (по гауссоиде вращения) функции освещенности поверхности

Рис. 1. Конструкция отражательного оптрона излучателя и Функций рассеяния пленки СОХ и светофильтров, являющаяся универсальным средством математического описания пространственно-частотных спектров различных оптических полей и функций рассеяния элементов оптоэлектронных систем. При исследовании оптрона как Френелевского преобразователя излучения функция освещенности поверхности излучателя представляется в виде гауссоид разной Формы. Задавая различную Форму гауссоид можно найти зависимость изменения освещенности поверхности Фотоприемника от вида распределения освещенности поверхности излучателя. Значения -коэффициента определяют форму гауссоиды для разного типа излучателей. Для некогерентных излучателей с распределением освещенности поверхности, близким к равномерному, значения коэффициента близки к нулю, функция освещенности поверхности излучателя, являющаяся входной Функцией Физической модели отражательного оптрона имеет вид

Евх(р)» ЕГо ехр [- ¿яр2]

(2)

где р - радиус-вектор.

В работе исследуется последовательное прохождение светового потока от излучателя по зленентан оптрона с помощью преобразования Ханкеля. Оптическая передаточная функция элемента системы является пространственно-частотным спектром его Функции рассеяния и определяется в соответствии с прямым преобразованием Ханкеля нулевого порядка.

Применимость аппроксимации гауссоидой вращения Функций рассеяния пленки СОХ и абсорбционных светофильтров связана с тем, что поглощение оптического излучения в СОХ и абсорбционных светофильтрах происходит по экспоненциальному закону в зависимости от длины оптического пути, то есть подчиняется закону Бу-гера-Ламберта-Бера. Лучи, проходящие через пленку СОХ вблизи оси симметрии круглой плошадки излучателя (оптической оси) испытают меньшее погдошение в пленке по сравнению с лучами, идущими от краев излучателя и проходяшими через пленку СОХ под угом а (см. рис. 2). Рассеивание оптического излучения на неод-нородностях в пленке СОХ (пузырьках воздуха, механических примесях и др.) также возрастет по мере увеличения оптического пути. Таким образом, учитывая экспоненциальный закон поглошения оптического излучения функцию рассеяния пленки СОХ и абсорбционных светофильтров можно аппроксимировать гауссоидой вращения

Пространственно-частотный спектр освещенности на поверхности Фотоприемника после прохождения световым потоком от излучателя свободного пространства, пленки сох, после отражения от поверхности контролируемой детали и повторного прохождения пленки сох, свободного пространства и далее светофильтра запишется в виде

Ее/^) С Ьсо*(сор* Ь ш

где Ъ - расстояние между соответствующими точками пространства предметов и пространства изображений.

Применяя прямое преобразование Ханкеля нулевого порядка к выражениям (2) и (3)найдем спектр Функции освещенности поверх-

Рис. г. Физическая модель отражательного оптрона

ности излучателя и оптические передаточные Функции пленки сох и светофильтра. Подставляя их в (Ч-) и применяя обратное преобразование Ханкеля нулевого порядка получим искомую Функцию распределения освещенности на поверхности Фотоприемника оптрона

ейщ (у) - Еог^ШЛ (т е^вс^Ъ & ¿р +2.вщ+

+ЩТАехрС~ &у2} (5)

Таким образом, оптическое излучение в отраженном от детали световом пятне распределяется по гауссоиде вращения с новым коэффициентом

В2 = ё? Ц ё! . .-ЙЧ., . . -¿Д.;

.#' *: = «4/СЦ

В связи с тем. что аппроксимирующая Функция является гаус-соидой вращения, при определении освещенности поверхности Фотоприемника удобно вести расчет по "кольцам освещенности" (центр колец совпадает с центром излучателя). Для того, чтобы найти суммарную освещенность поверхности Фотоприемника в работе вычисляются интегралы по плошади всего отраженного светового пятна и круга радиусом г + г с помошью приведенных интегралов вероятностей Ф„. После нормировок и преобразований функция измерительного преобразования отражательного оптрона записывается в виде

1с » О ер^саНЦсО/(г +-))]>

+ЦН2^** Ъг. ~ г-2! (6)

Выражение (б) дает связь между выходным Фототоком (в относительных единицах), распределением освещенности на поверхности Фотоприенника, расстоянием Н и характеристиками оптрона в целом

(радиусами излучателя и Фотоприемника, углом расхождения светового потока от излучателя 2а, расстоянием г). Выражение (б) позволяет рассчитать вид Функции измерительного преобразования оптрона исходя из заданной характеристики оптрона.

Создание многоканальных измерительных систем предусматривает использование совокупности первичных преобразователей, например, линейки отражательных оптронов, состоящей из большого числа плотно расположенных миниатюрных источников излучения и Фотоприемников. Близость их расположения вызывает появление так называемых перекрестных помех, которые являются следствием паразитной засветки соседних Фотоприемников. Этот эффект является специфическим и присущ только многоканальным оптоэлектронным измерительным системам.

Возникновение паразитной засветки Фотоприемника излучением происходит за счет световых пятен на поверхности контролируемой детали, образуемых излучателями соседних оптронов. При номинальном равенстве световых потоков от смежных излучателей в линейке оптронов. степень влияния перекрестных помех на информативный сигнал данного измерительного канала запишется в виде

Р-21П/1с, (7)

где Р - коэффициент влияния перекрестных помех на информативный сигнал данного отражательного оптрона, 1П- выраженный в относительных единицах выходной Фототок перекрестной помехи, 1с - выраженный в относительных единицах выходной фототок информативного сигнала,

Выражение для расчета Фототка перекрестной помехи 2П для заданного расстояния Н находится аналогично выражению (6) с использованием метода расчета освещенности "по кольцам"

1п с в^т^у)2-^^)0'5)/

/Гг:

- 15 -

Коэффициент р показывает уровень перекрестных помех в данном измерительном канале для заданного расстояния Н, создаваемых двумя смежными излучателями оптронов.

Для решения задачи подавления перекрестных понех в многоканальной оптоэлектронной измерительной системе в настоящей работе предлагается способ, заключающийся в спектральном разделении измерительных каналов системы. Этот способ является дальнейшим развитием известного способа борьбы с помехами путем спектральной селекции оптического излучения. Предлагаемый в настоящей работе способ спектрального разделения измерительных каналов и реализующие его технические устройства предназначаются не только для подавления перекрестных помех, но также и для обнаружения следов СОХ на поверхности контролируемой детали (спектральным методом). Таким образом, применение методов и средств оптического спектрального анализа позволит подавлять перекрестные помехи в многоканальных оптоэлектронннх измерительных системах и обнаруживать следы СОХ на деталях.

Спектральное разделение измерительных каналов системы заключается в том, что изнерение параметров детали по каждому измерительному каналу ведется с использованием оптического излучения с выбранной только для этого канала длиной волны. При зтон влияние перекрестных помех в многоканальной системе подавляется введением перед излучателем и Фотоприемником каждого оптрона спектральных светофильтров, избирательно пропускающих оптическое излучение длины волны, соответствующей данному измерительному каналу, и не пропускающих оптическое излучение длин волн, соответствующих другим измерительным каналам. В работе исследована эффективность подавление перекрестных помех при использовании различных видов светофильтров.

В третьей главе проводится исследование влияния следов СОХ на работу многоканальной оптоэлектронной измерительной системы.

В главе исследуются особенности образования тонкослойной пленки СОХ на поверхности контролируемой детали и ее влияние на погрешность измерения отражательным оптроном, исследуются спектральные характеристики СОХ и определяется область спектра, пригодная для детектирования пленки СОХ на поверхности контролируемой детали. В главе предложен способ выявления погрешности измерения отражательным оптроном при наличии следов СОХ на по-

верхности детали.

В производственных условиях наличие остатков COI на поверхности контролируемой детали после ее обработки случайным образом изменяет величину коэффициента пропускания открытого воздушного оптического канала, внося тем самым случайную составляющую погрешности измерения. К настоящему времени не разработаны методы и средства измерения, позволяющие проводить быстрое детектирование пленки СОХ на поверхности контролируемой детали, то есть изменения коэффициента пропускания оптического канала. Поэтому в настоящей работе предлагается спектральное обнаружение следов СОХ. Обнаружение осуществляется путем сравнения значений Фототоков, соо тветствшшх отраженным световым потокам в разных спектральных диапазонах.

Для реализации предлагаемого способа в оптоэлектронной измерительной головке организуются два оптических канала - опорный и сравнительный. Для опорного канала выбирается такой спектральный диапазон, в котором поглощение оптического излучения пленкой СОХ минимально. Сравнительный канал работает в спектральном диапазоне, обеспечивающем максимальное поглощение светового потока следами СОХ. Выбор рабочих участков спектрального диапазона основываеться на экспериментально полученных спектрах поглощения применяемых СОХ. Установлено, что для разработки способа может использоваться интенсивное поглощение оптического излучения следами СОХ в ультрафиолетовой области спектра, носящее обший для различных СОХ характер. Таким образом, для обнаружения следов СОХ на поверхности контролируемой детали также используются методы и средства оптического спектрального анализа.

В четвертой главе представлены материалы экспериментальных исследований Функции измерительного преобразования отражательного оптрона. В главе изложена оценка возможности применения предлагаемого способа подавления перекрестных помех путем использования спектрального разделения измерительных каналов.

При создании экспериментальной установки выбран метод компенсации нестабильности световых потоков от излучателей введением параллельных компенсационных каналов. Это позволило снизить влияние помех, связанных с нестабильностью параметров схе-ны излучателя.

- 17 -

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что характер функций измерительного преобразования исследованных отражательных оптронов соответствует виду теоретической функции преобразования для оптрона с заданными параметрами. Наименьшие значения относительных отклонений (3 - ЮХ) соответствуют квазилинейным участкам экспериментальных функций измерительного преобразования.

Таким образом, теоретическая функция измерительного преобразования наилучшим образом описывает поведение реальных функций измерительного преобразования на квазилинейном участке, который обычно используется как рабочий участок для оптозлект-ронных измерительных преобразователей.

В целом, полученные экспериментальные данные подтвердили адекватность рассмотренной в главе 2 Физической модели отражательного оптрона характеристикам реальных модулей и подтвердили применимость аппроксимации гауссоидой вращения Функции освещенности поверхности излучателя и Функций рассеяния оптических элементов отражательного оптрона.

Экспериментальное исследование работа фрагмента линейки отражательных оптронов с реализацией способа подавления перекрестных помех путем спектрального разделения измерительных каналов проведено с использованием диэлектрических узкополосных интерференционных светофильтров производства завода "Арсенал" и стеклянных абсорбционных светофильтров из комплекта колориметра-неФелометра ФЭК-56Н.

В ходе экспериментального исследования работы отражательного оптрона в режиме нулевой измерительной головки (оптоэлект-ронного датчика контакта) в производственных условиях достигнута погрешность срабатывания, не превышающая ±3мкм.

Принципиальное совпадение спектров поглощения оптического излучения пленками COI со спектрами поглощения растворов СОХ в петролейном зФире подтверждает правомерность переноса закономерностей, найденных для разбавленных растворов, на рассчитываемые оптические характеристики тонкослойных пленок СОХ. В частности, возможно использование закона Бугера-Ламберта-Бера для расчета толшины пленки на поверхности контролируемой детали и учета вносимой ею составляющей погрешности.

Таким образом, показана возможность аппаратного обнаруже-

ния пленки СОХ толщиной от одного икн и более при поглощении оптического излучения с характерной длиной волны на 95 '/.. Установлено, что СОХ может быть представлена как жидкость со спектром поглощения, характерный участок которого не претерпевает качественных изменений в ходе эксплуатации.

В приложении представлены результаты экспериментальных исследований Функций измерительного преобразования отражательных оптронов модели многоканальной оптоэлектронной измерительной системы, результаты исследований влияния перекрестных помех на информативный сигнал в многоканальной системе и экспериментальные значения точек срабатывания модели нулевой измерительной головки. В приложении приведены экспериментальные спектры поглощения индустриального масла И-8А и базового масла АУ до термообработки и после термообработки, экспериментальные данные по растекаемости индустриального масла И-8А и базового масла АУ на горизонтальной металлической поверхности при температуре 21° С, а также программы для расчетов на ЭВМ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. функция измерительного преобразования отражательного оптрона при измерении расстояния между оптроном и контролируемой деталью в зоне Френеля представляет собой квазилинейную зависимость выходного тока Фотоприемника от расстояния от плоскости излучателя и Фотоприемника оптрона до поверхности детали.

2. Исследование методами фурье-оптики Физической модели отражательного оптрона позволяет выявить взаимосвязь функции измерительного преобразования с принципиальной конструкцией и характеристиками элементов отражательного оптрона.

3. Миниатюризация многоканальной оптоэлектронной измерительной системы приводит к необходимости разработки способа подавления специфичных для многоканальной измерительной системы перекрестных помех, которые могут достигать уровня информативного сигнала.

4. Проведенные исследования многоканальной оптоэлектронной измерительной системы показывают, что изменение соотношений между размерами элементов отражательных оптронов не дает существенного снижения уровня перекрестных помех в системе.

5. Разработанный способ подавления перекрестных помех за счет разделения измерительных каналов с применением спектральных светофильтров различных типов позволяет обеспечить значение отношения сигнал - шум, необходимое для проведения амплитудных измерений при дальнейшей миниатюризации многоканальных оптоэлектронннх измерительных систем.

6. Следы СОХ на поверхности детали являются источником погрешности измерения, выражающейся в уменьшении амплитуды отраженного от детали оптического излучения. В результате попадания мельчайшей капли сох на поверхность детали возможно образование пленки, по плошади сравнимой с контролируемым участ-кон поверхности детали. Для выявления вызываемой ею погрешности измерения необходимо детектирование следов СОХ на поверхности измеряемой детали.

7. Масляные СОХ обладают характерной областью спектра с интенсивным поглощением оптического излучения. Предложенный способ детектирования тонкослойных пленок СОХ, основанный на использовании этой особенности, позволяет выявить составляющую погрешности измерения, вызванную наличием следов СОХ на поверхности измеряемой детали.

8. Характерная область спектра поглощения СОХ не претерпевает качественных изменений при моделировании процесса термоокислительной деструкции СОХ в ходе эксплуатации.

9. Погрешности измерения, вызываемые собственным излучением нагретой измеряемой детали и других объектов, могут быть исключены путем оптимизации параметров излучателей и фотоприемников оптронов многоканальной измерительной системы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Повышение точности измерения оптоэлектронными многоканальными системами деталей с загрязненной поверхностью. ( В соавторстве ) // Измерительная техника, 1995, N 9, с. 25 - 27.

2. Оптоэлектронные многоканальные измерительные системы. ( В соавторстве ) // Вестник машиностроения, 1995, НИ, с. 51 - 53.

3. Оптоэлектронные многоканальные измерительные системы.

( В соавторстве ) // Приборы и системы управления, 1995, N 12, с. 27 - 28.

4. Повышение точности измерения оптоэлектронными многоканальными системами деталей с загрязненной поверхностью. Тезисы доклада. Вторая научно-техническая конференция. Состояние и проблемы технических измерений. 29 - 30 ноября 1995 г. - Н.: Издательство НГТУ им. Н.Э. Баумана, 1995. - 157 с.

5. Заявка К 94022857 РФ, НКИ 5 С01В 21/20. Приоритет от 14.Об. 94. ( В соавторстве ) Оптоэлектронный способ контроля Формы объекта.

6. Заявка Н 95110100 РФ, НКИ 5 С01В 21/20. Приоритет от 14.Об. 95. ( В соавторстве ) Оптоэлектронный способ повышения точности контроля Формы объекта.