Измерение глубины профиля дефекта на поверхности контролируемого изделия основано на использовании явления интерференции частично когерентных по времени световых волн, излучаемых хроматическим источником света.

Для формирования интерференции света в оптико-механическом блоке системы реализован интерферометр, построенный по схеме «интерферометра Линника». Оптическая схема интерферометра представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Оптическая схема интерферометра

Измерение осуществляется бесконтактно. Поверхность контролируемого изделия с дефектом помещается в измерительное плечо интерферометра. Коллимированный пучок частично когерентного света, выходящий из осветителя, с помощью светоделителя делится на две части. Одна часть пучка света попадает в опорное плечо интерферометра и освещает эталонный объект (опорное зеркало). Профиль фазы световой волны, отраженной этим объектом, определяется профилем его поверхности. Поверхность контролируемого дефекта освещается другой частью пучка света. В этом случае, профиль фазы световой волны, отраженной от поверхности измеряемого дефекта, также обусловлен формой этой поверхности.

Волны света, отраженные от эталонного объекта и контролируемой поверхности, интерферируют в плоскости видеокамеры. Интерференция частично когерентных (по времени) волн наблюдается при разности их фаз, не превышающей длины когерентности. Таким образом, условию существования когерентности удовлетворяет слой в зоне измерения, толщина которого приблизительно равна длине когерентности lc. Средняя часть этого слоя совпадает с проекцией эталонной поверхности в зоне измерения и показана на рисунке 2 штрихпунктирной линией. Её положение в зоне измерения определяется равенством длин оптических путей опорного и измерительного плеч интерферометра. Для непрозрачных, например, металлических объектов положение и поперечная конфигурация зоны интерференции на матрице видеокамеры будет определяться пересечением проекции поверхности эталонного объекта (в зоне измерения) с поверхностью измеряемого дефекта в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - Пересечение в зоне измерения проекции эталонной поверхности с поверхностью измеряемого дефекта

Это пересечение и определяет изолинию дефекта, соответствующую данной глубине вдоль оси Z, т. е. в направлении падающего на дефект светового пучка. Регистрация зоны интерференции видеокамерой позволяет восстановить соответствующую изолинию.

Для восстановления профиля всей поверхности, находящейся в зоне контроля, необходимо с определенным шагом изменять взаимное расположение измеряемой поверхности дефекта и блока интерферометра, выделяя при этом изолинию глубины для каждого шага. Имея набор изолиний (по одной для каждого шага), можно программно восстановить объёмное изображение измеряемой поверхности и отобразить его на экране монитора. Последняя, «самая глубокая», изолиния определяет максимальную глубину рельефа поверхности, находящейся в зоне измерения.

Применяемый в системе метод измерения является прямым методом, при котором регистрируются непосредственно координаты точек поверхности, находящейся в зоне измерения. Малая длина когерентности, используемого в системе источника света, позволяет получить высокую точность и достоверность результатов измерений.

Лист № 3 Всего листов 6 Полученные результаты измерения представляются оператору на экране монитора в виде объемного изображения участка поверхности изделия и записываются в базу данных для последующего просмотра. Кроме трехмерной модели дефекта, на экран монитора выводится карта изолиний глубины дефекта, а также профиль выбранного сечения поверхности дефекта, по которому можно определить его геометрические размеры. Результаты измерения могут быть выведены на принтер.

Конструктивно система состоит из оптико-механического и электронного блоков (включая контроллер стола), управление которыми осуществляется с помощью компьютера с установленным на нём программным обеспечением.

Общий вид системы представлен на рисунке 3.

1

2

3

4

1 - оптико-механический блок, 2 - системный блок управляющего компьютера,

3 - электронный блок, 4 - контроллер стола.

Рисунок 3 - Общий вид системы

Оптико-механический блок (ОМБ) является основным устройством системы, с помощью которого выполняются измерения глубины и профиля дефекта на поверхности контролируемого изделия. Внутри блока размещены однокоординатный моторизованный стол, на котором смонтированы оптические элементы интерферометра (объектив, осветитель, цифровая видеокамера) и преобразователь линейных перемещений, обеспечивающий контроль перемещения стола относительно поверхности контролируемого изделия.

Электронный блок (ЭБ) и контроллер стола выполняют функции обеспечения всех узлов ОМБ электропитанием и управления его компонентами в соответствии с командами оператора.

Управляющий компьютер (КУ), с загруженным на нём программным обеспечением, используется оператором для управления всеми устройствами системы, а также для отображения результатов измерений на экране монитора, хранения необходимых для работы системы программ и данных результатов контроля.

Для настройки системы и проверки правильности её функционирования применяется комплект калибров, входящий в её состав. Комплект состоит из трёх изделий (калибров), каждый из которых представляет собой тело вращения, состоящее из двух цилиндрических поверхностей различных диаметров, образующих ступеньки.

Маркировка наносится методом лазерной гравировки на таблички, постоянно закрепленные на задней панели ОМБ и на передней панели ЭБ, и на этикетку типографским способом, закрепленную на крышке органайзера комплекта калибров.

Маркировка содержит следующую информацию:

• - наименование предприятия-изготовителя;

• - наименование системы;

• - обозначение системы, заводской номер (1, числовой) и дату выпуска;

• - наименование и обозначение блока/комплекта.

Пломбирование оборудования системы не предусмотрено.

Таблица 4 - Комплектность

Таблица 2 - Метрологические характеристики

Таблица 3 - Основные технические характеристики

Продолжение таблицы 3