Устройство для измерения толщины покрытий Советский патент 1986 года по МПК G01B11/06 

1

Изобретение относится к контроль- но-измерительной технике и предназначено для измерения толщины наружных полимерных покрытий на трубах в технологическом потоке.

Цель изобретения - повышение точности измерения покрытия.

На фиг. 1 приведена блок-схема усройства; на фиг. 2 - конструкция оптической системы.

Устройство для измерения толщины покрытия содержит монохроматический источник 1 излучения, две оптические системы 2 и 3, установленные соответственно до и после участка нанесения покрытия 4 на трубу 5, светоделитель 6, модуляторы 7 и 8 набор зеркал 9-13, служащих для ввода излучения в оптические- системы 2 и 3 и блок 14 обработки сигналов.

В свою очередь каждая из систем 2 и 3 содержит цилиндрический: корпус 15 (фиг. 2) с установленными внутри него вдоль оптической оси зеркалом 16, экраном .17, диффузным отражателем 18, сферическим зеркалом 19 с отверстием в его центре, коническим световодом 20 и приемнико - -21 излучения. Для ввода излучения корпус 15 имеет отверстия 22 и 23. :

В качестве источника 1 служит ИК-лазер, излучение которого частично пропускается материалом покры- ;: тия 4.

Модуляторы 7 и 8 представляют собой вращающиеся диски с чередующимися отверстиями и отражательными поверхностями в виде секторов (не пока ,-заны) и служат для получения двух пуков импульсного излучения.

Экран 17 в оптической системе служит для подавления излучения, зеркално отраженного поверхностью покрытия 4, благодаря чему на приемник 21 попадает только свет, несупщй информацию о толщине покрытия.Экран 17 имеет форму круга диаметром, который рассчитьшается из геометрии оптичес- -кой схемы.

Поверхности экрана 17 зачернены для устранения многократных отражений света..

Сферическое зеркало 10, диффузньй отражатель 18 и конический световод 20 образуют собирающую систему, которая мало чувствительна к изменению параметров входного пучка света (рассеянного поверхностью трубы 5 и по

павшего в поле визирования системы), вызванного изменением положение трубы 5 относительно системы.

Диффузный отражатель 18 представ5 ляет собой шероховатую металлическую пластину. Высота h выступов (шероховатостей) определена из известного критерия Релея для получения диффузного отражения со сферической индикат10 риссой рассеяния.

Конический световод 20 служит для сбора и передачи света с большой площади отверстия в сферическом зеркале 19 на приемник 21 с малой площадью

15 фоточувствительного элемента. Макси- мальньй Диаметр отверстия сферического зеркала 19 и соответственно вход-,, ного торца световода 20 ограничены пределами телесного угла, образуемо20 го экраном 17. Наиболее оптимален выбор диаметра входного (большего) торца близким к максимальному. В этом случае на приемник 21 попадает больший световой поток.

Геометрические параметры световода 20 выбраны также из условия обеспечения полного внутреннего отражения.

Световод 20 изготовлен из материала, прозрачного в области длин волн излучения источника 1.

В отверстие 22 помещена линза 24, которая служит для направления пучка света на диффузный отражатель 18. Отверстие 23 и нижняя часть корпуса . 15 закрыты стеклами или пластинами (не показаны), прозрачными для данной длины волны излучения. Отверстия 22 и 23 и нижняя часть корпуса 15 обдуваются потоком воздуха или азота при работе датчика непосредственно в камере нанесения покрытий.

Зеркало 13, направляющее часть излучения непосредственно на диффузный отражатель 18, служит для учета колебаний мощности источника 1 и чувствительности приемника 21.

В данном устройстве реализуется амплитудньм метод измерения, основанный на зависимости интенсивности света, прошедшего через слой покрытия 4, от толщины покрытия.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника 1 разделяется светоделителем 6 на два пучка, один из которых зеркалом 9 направляется

3

на модулятор 7 оптической системы 2, другой - на модулятор 8 системь 3.

Модулятор 8 также создает два ,пучка излучения, промодулированных в противофазе относительного друг друга. Первьй пучок с помощью зеркал 12 и 16 через отверстие 23 направляется на трубу 5 с покрытием 4.

Часть света зеркально отражается от внешней поверхности покрытия 4, другая проходит его, отражается с рассеянием шероховатой поверхностью трубы 5, а затем вновь проходит слой покрытия и выходит наружу.

Световой пучок, отраженный покрытием 4, перекрывается экраном 17. Рассеянньй свет минует экран 17 и попадает на сферическое зеркало 19, которое направляет его на диффузный отражатель 18. От отражателя 18 свет попадает в конический световод 20 и

на приемник 21. I

При возможном смещении трубы 5 (например из-за волнистости ее поверхности) по оси X относительно нейтрального положения распределение интенсивности света, падающего от зеркала 19 на поверхность отражателя 18, меняется: световое кольцо на поверхности отражателя расширяется, не меняя своего положения. При смещении трубы 5 по оси Ч и при провороте ее на угол происходит также и перераспределение интенсивности внутри светового кольца: кольцо становится несимметричным по интенсивности. Но благодаря тому, что отражатель 18 является диффузным со сферической индикатрисой рассеяния, то в плоскости большего торца световода 20 распределение интенсивности дополнительно рассеянного излучения не изменит- ся. Соответственно этому не изменится и интенсивность света, падающего на приемник 21. Таким образом, для заданной погрешности измерения толщины покрытия 4 производится отстройка от влияния различных смещений трубы 5, .ее криволинейности и волнистости в определенных пределах.

Во второй пучок от модулятора 8 направляется на зеркало 13, а-с помощью его через отверстие 22 с линзой 24 - непосредственно на отражатель 18, который рассеивает излуче- .ние, часть которого, попавшая в све18292

товод 20, регистрируется приемни- ком 21.

Электрические сигналы с приемника 21 поступают в блок 14 электронной об5 работки, который производит нормировку сигналов от первого (измерительного) импульсного пучка излучения по отношению к сигналам от второго (опорного) пучка. В результате этого ис10 ключается влияние нестабильности мощности источника 1 и чувствительности приемника 21.

Оптическая система 2, установленная до участка нанесения покрытия-4,

15 работает подобным образом с той лишь разницей, что пучок света от зеркала 16.падает сразу же на шероховатую поверхность трубы 5. Свет, рассеянный поверхностью трубы 4, регистри20 руется приемником 21 датчика 2, ко- торьй также подключен к блоку 14.

При этом оптическая система 3 визирует тот же участок трубы 5, ко- торьм ранее был в поле системы 2, т.е.

25 система 2 является эталонной по отношению к системе 3. Наличие двух оптических систем 2 и 3 позволяет учесть оптические характеристики участков трубы 5, попавших в поле визирова

ния обеих систем 2 и 3.

Блок 14 производит полную обработку сигналов, приходящих с приемников 21 двух датчиков. Он сохраняет в своей.памяти значение пронормированного сигнала J., с приемника системы 2 все то время, которое необходимо .для перемещения участка трубы от системы 2 к системе 3.

После поступления соответствующего сигнала с системы 3 и после его нормировки блок 14 производят логарифмирование отношения нормиро- ванньк сигналов и по градуи- ровочным графикам определяют толщину покрытия.

Предварительная градуировка устройства осуществляется по образцам с эталонными толщинами покрытий и включает в себя определение степени влияния на величину сигнала приемника 21 различных смещений трубы 5.

Информация о толщине покрытия выводится в цифровом виде на дисплей блока 14 и в аналоговом виде - на самописец.

Устройство для измерения толщины покрытия позволяет ПРОВОДИТЬ бескон

тактный контроль толщины покрытия непосредственно после его нанесения, т.е. еще находящегося в расплавленном состоянии с точностью, соответствующей требованиям контроля покрытий на трубах в технологическом потоке .

Повышение точности измерения достигается за счет повышения соотношения сигнал/шум, устранения влияния изменения положения трубы относительно оптических систем и учета оптических характеристик поверхности трубы, нестабильности мощности источника излучения и чувствительности приемника .

Формула изобретения

Устройство для измерения толщины покрытий, содержащее источник излуче ния, оптическую систему, включакмцую приемник излучения, и блок обработки сигналов, отличающе. е- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено светоделителем, установленным на выходе излучения из источника, выполненного монохроматическим, пятью зеркалами, два из которых установлены последова- тельно одно за другим, в ходе одного )из потоков излучения от светоделителя и второе из них по ходу излучения

оптически связано с оптической системой, второй оптической системой,оптичес. ки связанной со светоделителем через 5 третье зеркало, и двумя модуляторами, один из КОТОРЫХ установлен между первым и вторым зеркалами и через четвертое зеркало оптически связан с первой оптичес- 10 кой системой, второй - между светоделителем и третьим зеркалом и через пятое зеркало оптически связан с второй -оптической системой, а каждая из оптических систем вьшолнена в 15 виде корпуса с отверстием в боковой стенке и в торцовой, в котором размещены последовательно одно за другим вдоль оптической оси системы зеркало, расположенное под углом к опти- 20 ческой оси отражающим покрытием к отверстию в боковой стенке корпуса, экран, диффузный отражатель, сферическое зеркало с отверстием в его центре, конический световод, установ- 5 ленный торцом с большим диаметром в сторону сферического зеркала, приемник излучения и линза, установленная в отверстие в торцовой стенке корпуса и оптически связанная с диф- 0 фузным отражателем, обе оптические системы устанавливаются над объектом измерения одна до, а другая после участка объекта, на которой наносится покрытие.

К блок у ffy

Фиг. 2.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения толщины наружных полимерных покрытий на трубах в технологическом потоке. Цель изобретения - повышение точности измерения. Один пучок света после светоделителя через зеркало и модулятор, делящий поток на два, каждьм из которых направляется на соответствующее зеркало, поступает на одну из оптических систем, выполненную в виде корпуса с отверстием в боковой стенке и в торцовой, в котором размещены последовательно одно за другим вдоль оптической оси системы зеркало, расположенное под углом к оптической оси отражающим покрытием к отверстию в боковой стенке корпуса, экран, диффузный отражатель, сферическое зеркало с отверстием в его центре, конический световод, установленный торцом с большим диаметром в сторону сферического зеркала, приемник излучения и линза, установленная в отверстие в торцовой стенке корпуса и оптически связанная с .диффузным отражателем. Второй пучок направляется на второй модулятор, делящий пучок на два пучка поступающих через зеркало во вторую оптическую систему, выполненную аналогично первой. Обе оптические системы устанавливаются над объектом одна до, а другая после участка объекта, на который наносится покрытие, что позволяет учесть оптические характеристики участков трубы, попавших в, поле визирования обеих систем. В блоке обработки сигналов производится обработка информации от обеих оптических систем и сведения о толщине покрытия вьшодятся в цифровом виде на дисплей. 2 ил. 1 to

Редактор И. Сегляник

Составитель В. Климова

Техред М.Надь Корректор И. Муска

Заказ 11:27/52.Тираж 671Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, МосЧсва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4