Приборы автоматического контроля дефектов поверхностей

Принцип определения поверхностных дефектов за­ключается в следующем. Если неровности поверхности намного меньше, чем длина волны излучения, то па­дающий лучистый поток отражается только в одном на­правлении, т.е. поверхность выступает в качестве зерка­ла. Если размеры неровностей того же порядка, что и длина волны излучения, то в рассеянии его главную роль играют дифракционные эффекты, если же неровности поверхности намного больше, чем длина волны излуче­ния, то оно зеркально рассеивается на неровностях.

Поверхности, свободной от дефектов, свойственна определенная плотность распределения рассеяния, при­чем вид этого распределения примерно одинаков для всех точек поверхности. Дефекты поверхности изменяют вид распределения рассеяния излучения. Причем можно выделить два вида дефектов: рассеивающие излучение и поглощающие его.

Рассеивающие дефекты, например царапины, вызы­вают зеркальное отражение излучения в различных на­правлениях, индивидуальных для каждого дефекта. Обычно при этом наблюдается значительное дифракци­онное рассеяние из-за острых концов царапин, размеры которых намного превышают длину волны излучения. Если дефект представляет собой включение чужеродного материала, то увеличивается поглощение падающего пучка, т.е. уменьшается интенсивность отраженного света.

Таким образом, задачу определения различных ви­дов дефектов можно свести к определению соответст­вующих изменений плотности распределения пучка рас­сеянного излучения путем так называемой пространст­венной фильтрации. Рассеянное излучение пропускается через фильтр с различной по сечению пропускающей способностью. Он задерживает или ослабляет большую часть лучистого потока, отраженного от нормальной по­верхности, а лучи, отраженные от поверхности дефектов, пропускает на приемник излучения. Фильтр может также использоваться для определения вида дефектов, так как позволяет подавлять лучи, отраженные от дефектов, дающих одну плотность распределения рассеянного из­лучения, и усиливать лучи, идущие от дефектов, дающих другую плотность распределения. Можно также подав­лять лучи от дефектов, поглощающих излучение, и уси­ливать лучи от дефектов, рассеивающих излучение, или наоборот.

Если известно, какие дефекты могут появиться на определенной поверхности и каковы изменения плотно­сти распределения, вызываемые обычной шероховато­стью поверхности, можно спроектировать систему, чув­ствительную к изменениям плотности пучка рассеянного излучения, связанным с дефектами, и нечувствительную к изменениям, обусловленным обычными нарушениями структуры поверхности.

Отличительной особенностью систем автоматиче­ского обнаружения дефектов поверхности является ис­пользование протяженного (полосового) источника све­та, излучение от которого освещает поверхность, подле­жащую исследованию. Свет, отраженный поверхностью, вновь отражается поверхностями вращающейся призмы и фокусируется на щели, затем фотоумножителем пре­образуется в электрический сигнал. При вращении приз­мы положение мгновенного поля зрения сдвигается от одного края контролируемого листа к другому, так что его поверхность оказывается оптически развернутой в пределах поля зрения, равного 560 мм по направлению, перпендикулярному движению контролируемого мате­риала. Размер мгновенного поля зрения выбирается близким к минимально обнаруживаемому поверхност­ному дефекту. Когда размеры мгновенного поля зрения уменьшаются, отношение сигнал/шум для дефекта того же размера увеличивается. Минимально обнаруживае­мый дефект ОД мм в диаметре. Применение металличе­ского вращающегося зеркала увеличивает скорость ска­нирования в четыре раза по сравнению со стеклянным. Можно контролировать поверхность материала, дви­гающегося со скоростью свыше 15 м/с.

Разработан вариант системы, который может быть применен для опознавания дефекта. С этой целью ис­пользуется система многонаправленного отражения с несколькими приемниками излучения. Обычно применя­ется зеркально отраженный от контролируемого мате­риала свет и свет диффузно отраженный, направляемый на грань вращающейся призмы дополнительным зерка­лом. Такая схема позволяет повысить отношение сигнал/ шум.

Система устанавливается на линиях прокатки, ли­ниях обработки стальных или цветных металлов, линиях производства стекла, бумаги, пластика.

Для повышения надежности контроля используют сканирование поверхности объекта двумя лучами, сдви­нутыми в пространстве на некоторое расстояние и пере­мещаемыми по одной и той же траектории. Воспринятые отраженные световые потоки преобразуются в электри­ческие сигналы, сдвинутые относительно друг друга по времени согласно пространственному сдвигу лучей. По­сле соответствующей временной задержки одного из сигналов они подаются на схему совпадения, срабатыва­ние которой свидетельствует с высокой степенью досто­верности о наличии дефекта поверхности.

Для повышения степени выявления дефектов и ис­ключения ошибки при равномерном покрытии поверх­ности объекта (рулонного листа) смазкой, например, ан­тикоррозионной, свет источника выбирается с таким расчетом, чтобы он достаточно хорошо проходил через смазку (например, свет, лежащий в дальнем ИК-диапа- зоне спектра 4... 6 мкм для антикоррозионной смазки).

Для контроля качества таких перемещающихся предметов, как металлические прутки, ленты и листы, искусственные волокна, ткани и т.д., применяют метод, который основан на освещении поверхности испытывае­мого объекта импульсами света, частота и продолжи­тельность которых подбирается в зависимости от скоро­сти перемещающегося предмета, вида поверхности и индивидуальных особенностей зрения наблюдающего. Установлено, что при наблюдении в условиях непрерыв­ного освещения невооруженным глазом или с помощью увеличивающих оптических устройств предметов, по­верхность которых характеризуется нерегулярностью фрагментов фактуры, эти нерегулярности смазываются и становятся невидимыми, а освещение световыми им­пульсами создает впечатление неподвижности, благодаря чему можно отчетливо наблюдать эти нерегулярности. В результате исследований установлено, что для нормаль­ного зрения наиболее благоприятны импульсы света часто­той 20... 50 Гц и продолжительностью менее 1 мс.

Дата добавления: 2015-09-06