УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СТЕКЛА Российский патент 2013 года по МПК G01N21/88 G01M11/02 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и, в частности, к методам дефектоскопии оптических материалов по таким показателям, как пузырность, бессвильность, посечки.

Известен способ оптической томографии прозрачных материалов, основанный на зондировании оптическим излучением материала встречными пучками с одинаковыми апертурными углами, кроме того, использующий перемещение точки схождения встречных пучков по объему материала, при постоянной регистрации приемной системой проходящего, рассеянного и отраженного от дефектов в материале излучения, корреляционной обработке части зондирующего излучения, не проходящего в материал, при этом регистрирующий положение точки схождения встречных зондирующих пучков совместно с проходящим, рассеянным и отраженным от пузырей и свилей излучением (см. патент на изобретение №2088904, МПК G01N 21/85, опубл. 27.08.1997 г.).

Недостатком известного способа является существенная сложность его реализации, как электронным исполнением, так и оптическими коллимирующими устройствами.

Известно устройство и способ контроля стекла, взятые в качестве прототипа (см. патент на изобретение FR 2681429, EP 0603311, WO 9306467, МПК G01N 21/88, опубл. 19.03.1993 г.). Известное устройство источником плоского лазерного излучения формирует световой поток, которым освещает последовательно расположенные плоскости поперечного сечения контролируемого куска стекла. Светочувствительная камера устройства запоминает отраженное излучение, выходящее из контролируемого куска стекла в направлении наблюдения, таким образом, чтобы сформированное светочувствительной камерой изображение содержало две линии, соответствующие верхней и нижней поверхности контролируемого куска стекла. В случае наличия в толще стекла посторонних включений ярко светящиеся точки, расположенные между этими двумя линиями, соответствуют посторонним включениям.

Недостатком прототипа является сложность настройки устройства для контроля качества стекла прозрачных изделий сложной формы, например стеклотары.

Задачей заявляемого изобретения является расширение области использования устройств для контроля качества стекла.

Поставленная задача решена тем, что устройство наряду с источником лазерного излучения и приемником этого излучения содержит зеркало, которым сфокусированное лазерное излучение направляется на контролируемый объект, и конденсор, собирающий диффузно-отраженный сигнал от контролируемого объекта на чувствительную площадку фотоприемника, выход фотоприемника через две схемы совпадения соединяется со входами первого генератора, вторые входы схем совпадения соединены с выходами блока управления, выход первого генератора соединен со входом источника лазерного излучения и через третью схему совпадения - со счетным входом счетчика, второй вход третьей схемы совпадения и вход сброса счетчика соединяются с выходами блока управления, выход переполнения счетчика соединяется со входом сброса триггера, а его установочный вход соединен с выходом блока управления, выход триггера через четвертую схему совпадения соединен со счетным входом счетчика результата, второй вход четвертой схемы совпадения соединен с выходом генератора стабильной частоты, входы сброса и реверса счетчика результата соединены с выходами схемы управления, выход счетчика результата через пятый и шестой схемы совпадения соединяется со входами блоков выделения разрывов передней и задней поверхностей объекта, выходы которых являются выходами всего устройства, а вторые входы пятой и шестой схемы совпадения соединяются с выходами блока управления.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных признаков, состоит в том, что дефекты стекла, такие как свиль, пузырность, посечки, определяются сканированием объекта лазерным лучом, фиксацией отраженного сигнала, расчетом линейных координат обоих поверхностей объекта путем измерения задержки отраженного излучения по отношению формируемому сигналу. Анализ непрерывности и «гладкости» функций линейных координат обоих поверхностей объекта является основанием для формирования сигнала о наличии указанных выше дефектов.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где:

фиг.1 - электрическая функциональная схема устройства и схематическое изображение прохождения лазерного сигнала и диффузного отраженного излучения;

фиг.2 - временная диаграмма работы устройства;

фиг.3 - дефект стекла в виде посечки;

фиг.4 - результат измерения устройством дефекта стекла в виде посечки;

фиг.5 - дефект стекла - пузырь;

фиг.6 - результат измерения устройством дефекта стекла - пузырь.

Упомянутое выше устройство содержит полупроводниковый лазер 1 (фиг.1), излучение которого, отразившись от зеркала 2, попадает на объект измерения - стеклянную пластину 3. Диффузное отраженное излучения от этой пластины 3 «собирается» конденсором 4 и фокусируется на чувствительную площадку фотодиода 5. Сигнал с фотодиода через схемы совпадения 6 и 7 соединяется с генератором 8, на другие входы схем совпадения заведены выходы блока управления 9. Выход генератора 8 заведен на вход лазера 1 и через схему совпадения 10 - на счетный вход счетчика 11, на второй вход схемы совпадения и вход установки в «0» счетчика 11 заведены соответствующие выходы блока управления 9. Выход переполнения счетчика 11 соединен с входом «сброса» триггера 12, а его установочный вход соединен с выходом блока управления 9. Единичный выход триггера 12 через схему совпадения 13 управляет подключением к счетному входу счетчика результата 14 выхода генератора стабильной частоты 15. Вход установки в «0» и вход Reverse счетчика результата 14 соединены с выходами блока управления 9. Выходной код счетчика результата 14 через схемы совпадения 16 и 17 соединяется соответственно со входами блока выделения разрывов передней поверхности объекта 18 и блока выделения разрывов задней поверхности объекта 19, выходы этих двух блоков являются выходами устройства, вторые входы схем совпадения 16 и 17 соединяются с выходами блока управления 9.

Устройство работает следующим образом.

Примененный в этой схеме генератор 8 (фиг.1) обладает способностью увеличивать свой период на величину задержки только одного фронта (нарастания или спада) системы: лазер 1 - излучение - фотодиод 5 - схема совпадения 6 или 7 - и снова генератор 8. Выбор измеряемого фронта производится командой блока управления, включая в работу схему совпадения 6 или 7. Если включается схема совпадения 6, то к периоду генератора 8 добавляется время задержки фронта нарастания сигнала с фотодиода, отсчитанное от фронта нарастания сигнала запуска лазера. Если включается схема совпадения 7, то период генератора 8 увеличивается на время задержки фронта спада фотодиода, отсчитанное от фронта спада сигнала запуска лазера. Собственный период генератора выбран 10 МГц, выходной сигнал близок к меандру.

В начале работы производится подключение к генератору 8 задержки одного из измеряемых фронтов, т.е. подается разрешающий потенциал только на одну из двух схем совпадения 6 или 7. Устанавливается устойчивый режим генерации в системе: генератор 8 - лазер 1 - излучение - фотодиод 5 - схема совпадения 6 или 7 - генератор 8. Дальнейшая работа всей схемы связана с формированием временного интервала и заполнением его импульсами стабильной частоты с генератора 15. Блок управления обнуляет счетчики 11 и 14, затем устанавливает в «1» триггер и разрешает заполнение счетчика периодов запуска лазера 11. Триггер 12 через схему совпадения 13 разрешает заполнение счетчика результата 14 импульсами с генератора стабильной частоты 15. В этом случае счет производится в прямом направлении. Арифметически это выглядит так:

Т - период собственных колебаний генератора 8;

tz - задержка выбранного фронта колебательной системы;

n - количество периодов колебательной системы;

F - частота генератора стабильной частоты 15 (применяется - 100 МГц).

Так как после просчета n периодов счетчик 11 сбрасывает триггер 12 в «0» и прекращает поступление импульсов генератора 15 стандартной частоты на счетчик результата 14, то его состояние равно:

N1=(Т+tz)*n*F

В следующем цикле работы устройства от генератора 8 отключается выход фотодиода 5, следовательно, устанавливается собственный период генератора 8, равный Т. Счетчик результата 14 устанавливается на обратный счет (reverse) и снова формируется временной интервал из n периодов генератора 8. Так как счетчик результата 14 включен на обратный счет, то в конце второго цикла работы устройства его состояние будет:

N2=(Т+tz)*n*F-T*n*F=tz*n*F.

В нашем устройстве F=10^∧8 Гц, n=10^∧7, тогда n*F=10^∧15, поэтому число на счетчике результата 14 равно задержке фронта, выраженное в фемтосекундах.

Таким же методом измеряется время задержки оптической системы второго фронта. Как показано на фиг.2, задержка фронта нарастания пропорциональна линейной координате передней стенке объекта, задержка фронта спада - линейной координате задней стенки объекта, а разность во времени задержки фронтов нарастания и спада пропорциональна толщине измеряемого объекта. Последовательность значений линейных координат передней и задней стенок объекта запоминаются соответственно в блоках выделения разрывов передней и задней поверхностей объекта 18 (фиг.1) и 19. Указанные последовательности считываются с выхода счетчика результата 14 и распределяются на указанные блоки 18 и 19 через схемы совпадения 16 и 17 по командам с блока управления 9. Распознавание дефектов стекла производится следующим образом. Если передняя стенка объекта содержит посечку (фиг.3), тогда в процессе сканирования передней поверхности объекта лазерным лучом происходит резкое увеличение рассеивания лазерного излучения в области посечки, вследствие чего ослабляется мощность принятого сигнала фотодиодом 5 (фиг.1), что вызывает «удаление» линейной координаты передней поверхности объекта (фиг.4). Таким образом, фиксация блоком выделения разрывов передней поверхности объекта 18 (фиг.1) факта резкого изменения линейной координаты передней поверхности (фиг.4) означает наличие дефекта стекла в виде посечки. В случае наличия пузыря внутри стекла (фиг.5) отражение лазерного излучения в этом месте происходит не от задней стенки объекта, а от поверхности пузыря, поэтому устройство фиксирует резкое «приближение» задней стенки объекта (фиг.6). Блок выделения разрывов задней поверхности объекта 19 (фиг.1) определяет факт резкого «приближения» задней стенки объекта (фиг.6), что интерпретируется устройством как наличие дефекта стекла в виде пузыря или инородного включения.

Устройство может быть использовано в дефектоскопии оптических материалов по таким показателям, как пузырность, бессвильность, посечки. Устройство содержит источник лазерного излучения, зеркало, которым сфокусированное лазерное излучение направляется на контролируемый объект, и конденсор, собирающий диффузно-отраженный сигнал на фотоприемник. Выход фотоприемника через две схемы совпадения соединен со входами первого генератора. Вторые входы схем совпадения соединены с выходами блока управления. Выход первого генератора соединен со входом источника лазерного излучения и через третью схему совпадения - со счетным входом счетчика. Второй вход третьей схемы совпадения и вход сброса счетчика соединяются с выходами блока управления, выход переполнения счетчика соединяется со входом сброса триггера, а его установочный вход соединен с выходом блока управления. Выход триггера через четвертую схему совпадения соединен со счетным входом счетчика результата, второй вход четвертой схемы совпадения соединен с выходом генератора стабильной частоты, входы сброса и реверса счетчика результата соединены с выходами схемы управления. Выход счетчика результата через пятую и шестую схемы совпадения соединяется со входами блоков выделения разрывов передней и задней поверхностей объекта, выходы которых являются выходами всего устройства, а вторые входы пятой и шестой схем совпадения соединяются с выходами блока управления. Технический результат - расширение области использования устройств для контроля качества стекла. 6 ил.

Устройство контроля качества стекла, содержащее источник лазерного излучения и приемник этого излучения, отличающееся тем, что содержит зеркало, которым сфокусированное лазерное излучение направляется на контролируемый объект, и конденсор, собирающий диффузно-отраженный сигнал от контролируемого объекта на чувствительную площадку фотоприемника, выход фотоприемника через две схемы совпадения соединяется со входами первого генератора, вторые входы схем совпадения соединены с выходами блока управления, выход первого генератора соединен со входом источника лазерного излучения и через третью схему совпадения со счетным входом счетчика, второй вход третьей схемы совпадения и вход сброса счетчика соединяются с выходами блока управления, выход переполнения счетчика соединяется со входом сброса триггера, а его установочный вход соединен с выходом блока управления, выход триггера через четвертую схему совпадения соединен со счетным входом счетчика результата, второй вход четвертой схемы совпадения соединен с выходом генератора стабильной частоты, входы сброса и реверса счетчика результата соединены с выходами схемы управления, выход счетчика результата через пятую и шестую схемы совпадения соединяется со входами блоков выделения разрывов передней и задней поверхностей объекта, выходы которых являются выходами всего устройства, а вторые входы пятой и шестой схем совпадения соединяются с выходами блока управления.