Способ контроля диаметра микропроволоки и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01B11/08 

раженного от второй светоделктельной пластины луча по одну сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленным на пути прошедшего-через вторую светоделительнуго гшастинз луча по другую сторону сканирующего элемента, и точечной диафрагмой, Ус тановлен1 ой перед фотоэлементе;-; этой ветви, а выходы дополнительных фотоэлементов связаны с блоком обработки

1. Способ контроля диаметра микропроволоки, заключающийся в том, что получают световой пучок с круговой симметрией, размещают на его пути контролируемую микропроволоку, формируют увеличенное изображение участка микропроволоки, сканируют изображение в поперечном направлении, раздваивают его на два полуконтрастных, из которых одно - прямое, а другое - повернутое на 180, регисФрируют в моменты касания и разъединения движ щихся в противоположные стороны полуконтрастных изображений изменения светового потока, преобразуют его в импульсы фототока и определяют диаметр микропроволоки, о тличающийся тем, что, с целью повьшюния точности контроля, перед сканированием изображения в поперечном направлении трансформируют пучок лучей с круговой симметрией в пучок лучей протяженной формы, формируемое изображение располагают вдоль протяженного пучка, делят протяженный пучок и формируемое изображение в поперечном направлении на два идентичных оптических канала и определяют диаметр микропроволоки по полусумме длительностей импульсов фототоков, снимаемых с обоих каналов. 2. Устройство для контроля диаметра микропроволоки,содержащее лазер, светоделительную пластину, делящую световой поток на две ветви, последовательно расположенные в одной ветви коллгошрующую систему, оптический элемент, сканирующий элемент и све.торасщепляющ то призму, двухщелевую i диафрагму и два фотоэлемента, установленные по одну сторону сканирующего элемента, последовательно расположенные в другой ветви коллимируюС щую систему, призму и фотоэлемент и блок обработки, связанный с выходами фотоэлементов, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности контроля диаметра микропроволоки, оно снабжено последовательно со расположенными в первой ветви за опО5 тическим злe eнтoм цилиндрической и отражательной призмой, делящей световой пучок на два оптических канала, четырьмя зеркалами, установленными попарно в оптических каналах по разные,„стороны сканир пощего элемента, второй светорасщепляющей призмой, второй двухщелевой диафрагмой и двумя фотоэлементами, последовательно ЗстановлемныгШ по другую CTopoiiy сканирующего , второй светоделительной пластиной, установленной в другой ветви, за призмой, по другую сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленным на пути от

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптшсо-элзктронным способам и устройствам контроля геометрических размеров протяженных микрообъектов типа мнкропроволок, нитей, оптических волокон.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо соб контроля диаметра микропроволоки, заключающийся в том, что получают световой пучок с круговой CHisiметрией, размещают на его пути контролируемую микропроволоку, формируют з величенное изображение участка микропроволоки, сканиругот изображение в поперечном направлении, раздваивают его на два полуконтрастных из которьпс одно прямое, а другое повернутое на 180°s регистрируют в иоменты касания и разъединения движущихся в противоположные стороны полуконтрастных изобразкений изменения светового потока, преобразуют его в импульсы фототока и определяют диаметр микропроволоки

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля диаметра микропроволоки, содержащее лазер, светоделительную пластинУз делящую световой поток на две ветви, последовательно расположенные в одной ветви коллт-труютую систему, оптическъш элемент, сканирующий элемент и светорасщепляющую двухщелевую диафрахму и два фотоэлемента, у тановленпые по одну сторону сканирующего элемента, последовательно расположенные в другой ветви коллимирующую систему, призму и фотоэлемезгт, и блок обработки, связанный с , выходам - фотоэлементов .

Недостатком известных способа и устройства для его осуществления яв ляется низкая точность контроля.

Цель изобретения - повышение точности контроля диаметра микропроволоки.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу контроля диамера микропроволоки, заключающемуся в том, что получают световой пучок с круговой симметрией, размещают на его пути контролируемую микропроволоку, формируют увеличенное изображение участка микропроволоки, сканируют изображение в поперечном направлении, раздваивают его на два полуконтрастных, из которых одно прямое, а другое - повернутое на 180, регистрируют в моменты касания и разъединения движущихся в противоположные стороны полуконтрастных изображений изменения светового потока, преобразуют его в импульсы фототока и определяют диаметр микропроволоки, перед сканированием изображения в поперечном направлении трансформируют пучок лучей с круговой сгометрией в пучок лучей протяженной формы, формируемое изображение располагают вдоль протяженного , делят протяженный пучок и формирз емое изображение в поперчном направлении на два идентичных оптическШх канала и определяют диаметр микропроволоки по полусумме длительностей импульсов фототоков, снимаемых с обоих каналов,

Устройство для контроля диаметра мшсропроволоки, содержащее лазер, светоделительную пластину, делящзпо световой поток на две ветви, последовательно расположенные в одной ветви коллимирующую систему, оптический элемент, сканирующий элемент и сзеторасщепляющую призму, двухщелевую диафрагму и два фотоэлемента, установленные по одну сторону сканирующего элемента, последовательно расположенные в другой ветви ко.плиьшрующую систему, призму и фотоэлемент и блок обработки, связанный с выходами фотоэлементов, снабжено последовательно расположенными в пер вой ветви за оптическим элементом цилиндрической линзой и отражательной призмой, делящей световой пучок на два оптических канала, четырь мя зеркалами, установленными попарно в оптических каналах по разные стороны сканирующего элемента, второй светорасщепляющей призмой, второй двухщелевой диафрагмой и двумя фотоэлементами, последовательно уста новленными по другую сторону сканирующегЪ элемента, второй светоделительнЬй пластиной, установленной в другой ветви, за призмой, по другую сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленным на пути отраженного от второй светоделительной пластины луча по одну сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленным на пути прошедшего через вторую светоделительнуго пластину луча по другую сторону сканируюш;его элемента, и точечной диафрагмой, установленной перед фотоэлементом этой ветви, а выходы дополнительных фотоэлементов связаны с блоком обработки. На фиг, 1 изображена принципиальная схема устройства для контроля ди аметра микропроволоки; на фиг. 2 изображения участков микропроволоки в первом и втором каналах, сформированные в плоскостях первой и второй двухщелевых диафрагмJна фиг. 3 упрощенная временная диаграмма электрических импульсов блока обработки Устройство содержит лазер 1, первую светоделительную пластину 2, в ходе первого светового луча от кото рой расположены первая коллимирующая система 3, оптический элемент 4, цилиндрическая линза 5 и отражательная призма 6, от которой в ходе первого отраженного пучка расположены перво 7 и второе 8 зеркала, первая светорасщепляющая призма -9, первая дв гхщелевая диафрагма 10, первый 11 и третий 12 фотоэлементы, в ходе второго отраженного от отражательной призмы 6 пучка - третье 13 и четвер тое 14 зеркала,вторая светорасщепля ющая призма 15, вторая двухщелевая диафрагма 16, четвертый 17 и пятый 18 фотоэлементы,а в ходе другого св тового луча за светоделительной пла тиной 2 - вторая коллимирующая система 19, поворачивающая призма 20 и вторая светоделительная пластина 21, в отраженном луче которой находится пятое зеркало 22, а в прошедшем сквозь нее луче - шестое зеркало 23, точечная диафрагма 24 и второй фотоэлемент 25, выходы всех фотоэлементов связаны с входами блока 26 обработки, причем сканиру1ош;ий элемент 27 размещен в ходе световых лучей, параллельных между собой, проходящих через одни и те же грани сканирующего элемента и лeжaщIix в одной плоскости соответственно между вторым зеркалом 8 и первой светорасщепляющей призмой 9, четвертым зеркалом 14 и второй Светорасщепляющей призмой 15, второй светоделительной пластиной 21 и пятым зеркалом 22, Микропроволоку 28 размещают перед оптическим элементом 4, Устройство работает следующим образом. Свет от лазера 1 падает на светоделительну о пластину 2, разделяющую его на два луча равной интенсивности Отраженньй от светоделительной пластины 2 луч, пройдя первую коллимирующую систему 3, освещает контролируемую микропроволоку 28. Оптический элемент 4 формирует увеличенное изображение микропроволоки 28 в пучке лучей с круговой с 1мметрией, а цилиндрическая линза 5 преобразует этот пучок лучей в пучок протяженной формы. Посредством отражательной призмы 6 изображение микропроволоки в пучке лучей протяженной формы разделяется в поперечном направлении на два равных компонента. Первая часть изображения посредством первого 7 и второго 8 зеркал направляется на сканирующий элемент 27 со стороны грани А. Неподвижное изображение преобразуется на выходе ска.нир: тощего элемента 27 (грань Б) в движущееся параллельно самому себе. Величина смещения зависит от толщины материала сканирующего элемента 27, его показателя преломления и угла поворота. Далее изображение подается на светорасщепляющум призму 9 и последовательно проходит ее первую и вторзто оптические оси, проходящие через центры крыщ. На светоделительном покрытии падающее изображение раздваивается на два полуконтрастныхПрямое и повернутое на 180°, вследствие чего оба полуконтрастных изображения движутся со скоростью УС навстречу друг другу, и на оптической оси (первая крыша); происходит касание их одноименных кромок В момент касания происходит изменение ос вещенности на первой щели двухщелевой диафрагмы 10, которое регистрируется фотоэлементом 11. При дальней шем движении подуконтрастные изображения расходятся в противоположные стороны, а изменение светового потока в момент их разъединения также фиксируется .фотоэлементом 11. Далее изобралсение падает на второе светоделительное нокрытие призмы 9 -и 1Т етерпевает все перечисленные оптические преобразования. Изменение светового потока, прошедшего через вторую щель двухщелевой диафрап.да 10 в моменты касания и разъединения полуконтрастных изображений, регистрируется третьим фотоэлементом 12, импульсы фототоков собоих фотоэлементов поступают на входы блока 26 обработки. Вторая часть изображения от отражательной призмы 6 посредством третьего 13 и четвертого 14 зеркал направляется также на сканирующий элемент-27, но уже со.стороны грани Б (грани А и В противолежащие). Это изображение также преобразуется в движущееся, причем направление его движения противоположно направлениго движения первого изображения. Далее изображение падает на вторую светорасщепляющую призму 15, в которой претерпевает такие же преобразования, как и на светорасщепляющей призме 9, На щелях двухщелевой диафрагмы 1 б также последовательно происходит изменение световых потоков в моменты касания- и разъединения полуконтрастных изображенш, которые регистрируются соответственно четвертым 17 и пятым 18 фотоэлементами Импульсы фототоков с этих фотозлемен тон также поступают на соответствующие входы блока 26 обработки. Прошедший светоделительную пластину 2 луч падает на вторую коллшгарующую систему 19, разворачивается на 90 поворачивающей призмой 20 и направляется на вторую светоделительную пластину 21, которая вместе с пятьш зеркалом 22, шестым зеркалом 23f точечной диафрагмой 24 и вторьм фотоэлементом 25 образуют однолучевой интерферометр с фотоэлектричесхим считыванием. В измерительном плече интерферометра, которое образует вторая светоделительная призма 21 и пятое зеркало 22, вращается сканирующий элемент 27, что выз,шает изменение разности хода лучей и движение интерференционных полос, которое регистрируется фотоэлементом 25, связанным с соответствующим входом блока 26 обработки. Разность хода jx в плечах интерферометра зависит от параметров сканирующего элемента 27 и выражается следующей формулой - 2c(lfn -Sin i-co5i-n + -f} , где d толтщина материала сканир:,тощего . Фотоэлемент 25 в единицу времени регистрирует определенное число интерференционных полос N 24Х/Д, где Я- длина волны света,, Его выходные импульсы использ Тотся в качестве квантующих импульсов (фиг, 3). На выходе первого 11, третьего 12, четвертого 17 и пятого 18 фотоэлементов появляются импульсы с длительностью Т, пропорциональной размеру Z изображения микропроволоки 28 и обратно пропорциональной скорости сканирования -V{ Т Z /Vp. Из расчета параметров сканирзлощего элемента 27 размер изображения находится как / / f-7- 9- Z cJsir)i (-f-cosV S или через разность ходай х интерферометра..Г (лхП,|-Г-со5(лх) .-n2j-,j С учетом указанных формул блок 26 обработки -осуществляет вычисление действитедьного размера микропроволоки с исключением действия на объект вибрации .на измерительной позиции предлагаемого устройства. Полусум -1а длительностей им1гульсов фототоков вычисляется соответственно с первого 12 и четвертого 18 фотоэлементов. Упрощенную формулу для расчета диаметра микропроволоки можно записать следуюп1им образом где А - jQtHeftHoe увеличение оптичес кого элемента 4 и цилиндрической линзы 5. Б предлагаемом способе при скани ровании полуконтрастные изображения в каждом к;анале движутся в противоположные стороны. В моменты касания и разъединения похгуконтрастных изоб раженир на щелях Н и Н2 (фиг. 2) наблюдается резкое изменение освещенности, причем, если на щели Н-, регистрирзпот световой поток в момен касания одноименных кромок изображений SiS , то на щели 2 (если отсутствует вибрация) в то же время регистрируют световой поток в момент разъединения полуконтрастных изображений по кромкам сн о(. При дальнейшем движении изображений в первом канале на щели Н регистриру ют световой поток в момент разъединения полуконтрастных изображений по кромками- а , а на щели Н„ - в мо мент касания по кромкам 5 S. Световые потоки преобразуют в импульсы фототока, длительности которых пропорциональны размеру изображения микропроволоки 28. Таким образом, получают два независимых измерения Соседних участков микропроволоки.. Действие вибрации или поперечного смещения объекта на измерительной позиции аналогично смещению изобра жений друг относительно друга, выз ванного их сканированием, т.е. по- луконтрастные изображения смещаютс в плоскости щелевых диафрагм синхронно в разные стороны. В каждом канале действие вибрации на движение полуконтрастных изображений ок зывает противоположное действие: если в первом канале скорости смещения изображений от действия вибраи сканирования складываются (фиг. 2) то во втором - вычитаются, т.е. з2 вЧПервому случают соответствует длительность Т импульса фототока (фиг. 3), которьЕй короче, чем импульс , полученный при отсутствии вибрации, а второму случаю длительность т, который длинее Т, В общем случае можно записать т т Т - т ном -L i J- нолл . А действие вибрации на результат измерения исключается путем нахождения полусуммы длительностей Т и Т т )/2. Т (Т Таким образом, предлагаемый способ контроля диаметра микропроволоки и устройство для его реализации обеспечивают контроль в процессе движения II при наличии поперечных смещений на измерительной позиции (вибращ1й). Так как вибрация может искажать длительности импульсов фототоков на 50% и более, то повышение точности контроля при ее исключении достигает несколькггх десятков раз. Способ и устройство для его реализации могут найти широкое применение в точном машиностроении, в электронной, радиотехнической, электротехнической промьщ1ленности и других отраслях для контроля размеров различных протяженных микрообъектов - диаметров микропроволок, нитей, оптических волокон непосредственно в процессе изготовления (волочение, вытяжка, травление, нанесение покрытий и т,п.) и в присутствии вибраций.

j { 1 s

f

ю

Illllilllllllimilllllll

т нон

Кав

f .

ср.

фиг.З