Устройство для контроля диаметра прозрачных волокон Советский патент 1983 года по МПК G01B11/08 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА

1

Изобретение относится к измерительной технике, рассматривающей вопросы неразрушающего, бесконтактного контроля диаметра прозрачных волоконных изделий, и может быть использовано для измерения диаметра стеклянных и химических волокон.

Известно устройство для неразрушакицего контроля диаметра прозрачных волокон, принцип действия которого основан на регистрации интерференционной картины поля рассеяния лазерного излучения в области обратного рассеяния и измерении ее пространственных характеристик. Устройство состоит из лазера и последовательно расположенных по ходу луча лазера оптической системы, формирующей ножевой луч, и экрана для регист рации интерференционной картины .

Недостатком этого устройства является влияние перекоса волокна на результаты измерений. ПРОЗРАЧНЫХ ВОЛОКОН

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля диаметра прозрачных волокон, содержащее лазер и последовательно расположенные по ходу луча лазера объектив и блок сканирования и преобразования.

О диаметре волокна судят по длительности выходного импульса, величина которого пропорциональна разме10ру одного или нескольких интерференционных максимумов. Устройство позволяет измерять диаметр волокон в динамике, т.е. в процессе их вытяжки 2 .

15

Однако при этом предъявляются жесткие требования к допустимому наклону волокна относительно светового пучка. Это связано с тем, что при

20 перекосе волокна плоскость рассеяния изменяет положение в пространстве и оптический сигнал выходит за пределы чувствительного элемента регистрирующего приемника, входящего в блок сканирования и преобразования .- Показания устройства при эт срываются. Целью изобретения является повыш низ надежности контроля измерений диаметра прозрачных волокон за счет устранения влияния перекоса волокна в процессе его производства. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено цилинд рической оптической системой, распо лагаемой между объективом и блоко сканирования и преобразования так, что эквивалентное фокусное расстояние цилиндрической оптической сис,темы и объектива в четыре раза мень ше отрезка от волокна до фокальной плоскости объектива, а их главная плоскость расположена посредине указанного отрезка. Кроме того, цилиндрическая оптиче ская система выполнена в виде одиночной цилиндрической линзы. На чертеже представлена принципи альная оптическая схема предлагаемо устройства. Устройство содержит лазер 1 и пос ледовательно расположенные по ходу л ча лазера объектив 2, формирующий изображение волокна 3 цилиндрическую оптическую систему.4 и блок 5 ск нирования и преобразования пространственного оптического сигнала во временной электрический, установленный в фокальной плоскости объектива Цилиндрическая оптическая система в частном случае может быть све дена к одиночной цилиндрической линзе. Между объективом 2| формирующем изображение, и блоком 5 сканирования и преобразования сигнала устанавливается цилиндрическая оптическая система k из цилиндрических линз, В частном случае это может быть одиночная цилиндрическая линза. Линзы устанавливаются так, что вся оптическая система центрирована, а радиусы кривизны преломляющих поверхносте лежат в плоскости, параллельной, оси измеряемого волркиа 3. Тогда фокусное расстояние объектива 2 и цилиндрической оптической системы 4 в плоскости поля рассеяния практически не изменяется, а в перпендикулярной плоскости, параллельной оси волокна, происходит изменение фокусного расстояния. Оптические параметры цилиндрической оптической системы выбраны такими, что фокусное расстояние в плоскости, параллельной оси волокна 3| в четыре раза меньше отрезка от измеряемого волокна 3 до фокальной плоскости волокна 3 до фокальной плоскости объектива 3, а главная плоскость всей оптической системы, т.е. цилиндрической оптической системы k и объектива 2, находится посредине указанного отрезка. При этом в параксиальном приближении отклонение плоскости рассеяния от оптической оси в пространстве -предметов не приводит к смещению регистрируемой .картины в фокальной плоскости объектива, что позволяет повысить надежность контроля. Способ осуществляется следующим образом. Пучок света от лазера 1 падает на волокно 3 пенпендикулярно его оптической оси. Полученная в результате рассеяния лазерного излучения на волокне 2 интерференционная картина формируется объективом 2. В фокальной плоскости объектива 2 установлен блок 5 сканирования и преобразования, который преобразовывает пространст- . венный оптический сигнал во временной электрический. Между объективом 3 и блоком 5 установлена цили-ндрическая оптическая система , которая компенсирует влияние перекоса волокна 3 на смещение плоскости поля рассеяния в фокальной плоскости объектива 2. Оптические параметры цилиндрической оптической системы k определяются длиной отрезка Е от волокна 3 до фокальной плоскости объектива 2 и фокусным расстоянием объектива 2. В качестве конкретного примера исполнения устройства может служить макет прибора, в котором использован объектив 2 в виде одиночной линзы с фокусным расстоянием f, 50 мм. Отрезок от волокна 3 до фокальной плоскости объектива 2 мм. Тогда, исходя из формулы для оптических систем ../.fl fj-bf.- d эквивалентное фокусное расстояние всей оптической системы, т.е. цилиндрической оптической системы и объектива 2; f2- фокусное расстояние цилиндрической оптической системы 4; d - расстояние от задней главной плоскости объектива 2 до передней главной плоскости цилиндрической оптической системы 4, и учитывая, что f должно быть равно РА , имеем |:,f4--f- t -г f Параметр d находится из условия, что главная плоскость всей оптической системы должна быть расположена посредине отрезка f, т.е. (1-|r) Y 5 мм, (3) Отсюда ,1 мм. Из формулы (2) нахо дим ,5 мм. Таким образом, определены оптичес кие характеристики цилиндрической оп тической системы + и ее расположение Если взять в качестве цилиндричес кой системы k одиночную плосковыпук- лую цилиндрическую линзу, по известному соотношению можно определить ра диус г кривизны преломляющей поверхностиI - -I l/f2(n-1) 1/г; (n-1), гдеп- показатель преломления материала цилиндрической линзы. Полагаяп 1,5, получим ,7 мм В ряде случаев необходим большой световой диаметр линзы. Кроме того, из технологических и аберрационных соображений нецелесообразно использовать линзы с малым радиусом кривиз ны преломляющей поверхности. Поэтому используется несколько линз, т.е. ци линдрическая оптическая система. Нап ример, в рассматриваемом случае може быть использована система, состоящая из двух одинаковых плосковыпуклых цилиндрических линз, а также из 3,4 и более линз. Использование предлагаемого устройства для контроля диаметра волокон непосредственно в процессе их производства позволяет не только повысить надежность измерений, но и исключить дополнительные механизмы для фиксации волокна, т.е. исключить лишний контакт с волокном, что в свою очередь приводит к повышению их качества. Формула изобретения 1.Устройство для контроля диаметра прозрачных волокон , содержащее лазер и последовательно расположенные по ходу луча лазера объектив и блок сканирования и преобразования, о т л ич аю ще ее я тем,что,с целью повышения надежности контроля,оно снабжено цилиндрической оптической системой, располагаемой между объективом и блоком сканирования и преобразования так, что эквивалентное фокусное расстояние цилиндрической оптической системы и объектива в четыре раза меньше отрезка от волокна до фокальной плоскости объектива, а их главная плоскость расположена посредине указанного отрезка. 2.Устройство по п. 1, о т л и Г чающееся тем, что цилиндрическая оптическая система выполнена в виде одиночной цилиндрической линзы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 532000, кл. G 01 В 11/08. 1976. 2.Митрофанов А. С.,Тарлынов В. А. Лазерные дифракционные измерители и их применение в промышленности, М., 1977, с. (прототип).