Устройство для измерения диаметра световодов Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

Фиг.

Из сигнала, снимаемого с ПЗС 3, управляемого блоком 4 управления, выделяются временные интервалы. Длительности временных интервалов связаны с положением световода 11 относительно предметной плоскости объектива 2 и диаметром световода 11 . Интер-

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для управления процессом вытягивания волоконных световодов.

Целью изобретения является повышение точности измерений диаметра колеблющихся световодов за счет автоматической фокусировки.

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - ход лучей при освещении световода; на фиг,,4 - теневое изображение световода; на фиг. 5 - сигнал, формируемый на выходе линейного фотопреобразователя; на фиг„ 6 - принципиальная схема блока управления; на фиг. 7 -схема подключения линейного фотопреобразователя; на фиг.8- функциональная схема блока временной селекции; на фиг. 9а,б - временные диаграммы работы блока управления; на фиг. 10 - принципиальная схема блока задержки; на фиг. 11 - временные диаграммы работы блока задержки; на фиг. 12 - структурная схема блока вычислений; на фиг. 13 - алгоритм работы блока вычислений.

Устройство содержит оптически связанные осветитель 1 и объектив 2, оптические оси которых пересекаются под углом от десяти до пятнадцати градусов, линейный фотопреобразователь, выполненный на приборе 3 с зарядовой связью (ПЗС)J блок 4 управления5 вы- х оды которого соединены с управляющими входами линейного фотопреобразователя, блок 5 временной селекБ 1Из входы которого подключены к выходам линейного фотопреобразователя, счет- чики 6-8, входы которых подключены к выходам блока 5 временной селеквалы заполняются импульсами, число которых запоминается регистрами 6, 7,8. Блок 9 вычислений вычисляет диаметр световода 11 и его смещение, управляяприводом 10,перемещающим объектив 2, иосуществляя автоматическую фокусировку объектива .1з.п,ф-лы,1 Зил.

0

5

0

0 о

ции, блок 9 вычислений, входы которого подключены к выходам счетчиков 6-8, привод 10, вход которого подключен в: выходу блока 9 вычислений, выход привода 10 связан с объективом 2, имеющим возможность перемещаться вдоль оптической оси.

Измеряется диаметр световода 11, расположенного в зоне пересечения оптических осей осветителя 1 и объектива 2.

Блок 4 управления (фиг. 6) выполнен I виде генератора 12, счетчика. 13., формирователя 14 фазных последовательностей, ключевых усилителей 15.

BJEOK 5 временной селекции (фиг. 8) выполнен в виде счетчика 16, элементов 17 и 18, инверторов 19 и 20, элемента И-НЕ 21, инверторов 19 и 20, элемента И-НЕ 21, триггера 22, элемента ИЛИ 23, инвертора 24, элемегнта И-НЕ 25, элемента 26 задержки элемента И-НЕ 27, триггеров 28- 30s элемента И-НЕ 31.

Элемент 26 задержки (фиг, 10) выполнен в виде диода 32, конденсатора 33, инверторов 34 и 35, конденсатора 36s резистора 37, инверторов 38 и 39.

Блок 9 вычисления (фиг, 12) выполнен 3 виде интерфейсов 40 и 41, центрального процессора 42, запоминающего узла 43, подключенных к каналу 44 „

Устройство работает следующим образом.

Параллельный пучок лучей, форми- руемьй осветителем 1, падает на световод 11. Частично отразившись от отраж:аюп1их поверхностей световода 11 (фиг. 2)5 пучки лучей попадают в объектиЕ: 2, оптическая ось которого

пересекается с оптической осью осветителя 1, строящего теневое изображе ние световода 11 на поверхности ПЗС 3 (фиг. 3). Теневое изображение световода 11 имеет светлую зону, формирующуюся от пучков лучей, прошедших через центральную зону световода 11, и ряд чередующихся светлых и темных полос, расположенных по обе стороны от центральной светлой зоны (фиг. 4)

Расстояние d между границами чередующихся светлых и темных полос пропорционально диаметру световода 11.

Соотношение линейных размеров зон со светлыми и темными полосами и п, расположенных по обе стороны от центральной зоны светлого участка зависит от положения световода 11 относительно предметной плоскости объектива 2.

При нахождении световода 11 перед и после предметной плоскости объектива 2 (фиг. 2) разность линейных размеров зон п, и П2 изменяет знак, так как линейный размер ,, С между отражающими поверхностями световода 11, имеющего линейный размер B,L, , трансформируется, объективом 2 в неодинаковые линейные размеры изображений BJC , (фиг. 3), т.е. по разности линейных размеров зон П| , п можно судить о смещении световода 11 относительно предметной плоскости объектива 2.

Теневое изображение световода 11, спроецированное на фоточувствительную поверхность ПЗС 3, преобразуется в последовательность импульсов, огибающая которых пропорциональна распределению освещенности по фоточувствительной поверхности ПЗС 3 (фиг. 5

Опрос ПЗС 3 осуществляется сигналами, формируемыми блоком 4 управления .

Генератор 12 (фиг, 6) формирует импульсы, поступающие на счетчик 13, .формирующий временной интервал, равный времени вывода информации с ПЗС 3, в течение которого формирова- тель 14 фазных последовательностей формирует импульсы опроса, которые усиливаются ключевыми усилителями 15 и поступают на ПЗС 3 (фиг. 7).

Последовательность импульсов, формируемая на выходе ПЗС 3, поступает на вход блока 5 временной селекции (фиг. 8).

Импульс За сбрасывает счетчик 16,

0

5 0

5 0

5

5

0

пройдя через инвертор 24, устанав- ливает триггеры 22 и 28 в состояние Лог. О, пройдя через элемент ИЛИ 23, устанавливает триггер 29 в состояние Лог. О.

Тактирующие импульсы Зв поступают на первый вход элемента И 17, с выхода которого поступают на вход счетчика 16. С выхода счетчика 16 поступает сигнал Лог. 1 на второй вход элемента И 17.

После прохождения ряда импульсов на вход счетчика 16, количество которых определяется неинформационной зоной огибающих сигналов, формируемых на выходе ПЗС 3, на выходе счетчика 16 формируется сигнал Лог. 1, поступающий на первый вход элемента И-НЕ 18, и сигнал Лог. О, поступающий на второй вход элемента И-НЕ 17, закрьгоая его. На второй вход элемента И-НЕ 18 через инвертор 19 поступа- ют сигналы 36 с ПЗС 3. На третий вход элемента И-НЕ 18 поступают импульсы Зв тактовой частоты опроса ПЗС 3.

На выходе элемента И-НЕ 18 последовательно формируются две пачки импульсов. Количество импульсов в каждой пачке определяется соответственно шириной зон п,, п (фиг. 4), и

г (фиг. 5).

Импульсы, формируемые элементом И-НЕ 18, инвертируются инвертором 20 и поступают на первый вход элемента. И-НЕ 21.

При формировании сигнала Лог. О на выходе элемента И-НЕ 18 этот сигнал перебрасьшает в состояние Лог. 1 триггеры 30 и 29.

Сигнал Лог. 1 с выхода триггера 30 поступает на первый вход элемента И-НЕ 31, на второй вход которого поступает импульсы Зв тактовой частоты. На выходе элемента И-НЕ 31 начинает формироваться последовательность импульсов, начало которой определяется началом зоны S (фиг,5).

Сигнал Лог. 1 с выхода триггера 29 поступает на первый вход элемента И-НЕ 27, на второй вход которого поступает сигнал с выхода элемента 26 задержки, на вход кот орого поступают сигналы 36 с выхода ПЗС 3.

После окончания зоны 8 (фиг.5) элемент 26 задержки формирует импульс, который, пройдя элемент И-НЕ 27,

перебрасывает триггер 28 в состояние Лог. 1, Сигнал Лог. 1, сформированный на выходе триггера 28, поступает на второй вход элемента И-НЕ 21 Вторая пачка импульсов, формируемая на выходе инвертора 20, гднверти- руется элементом И-НЕ 21 и поступает на выход блока.

Первый отрицательный импульс, формируемый на выходе элемента И-НЕ 21, соответствующий по времени началу зоны г (фиг. 5), перебрасывае триггер 22 в состояние Лог. 1, Сигнал Лог, 1 поступает на первый вход элемента, 25, на второй вход которого поступают импульсы 36 с выхода ПЗС 3 .

При поступлении на второй вход элемента И-НЕ 25 импульса, соответствующего началу зоны а (фиг. 5), на его выходе формируется импульс, пе- ребрасьшагощий триггер 30 в состояние Лог. О, Сигнал Лог. О запирает элемент 31, последовательность импульсов на выходе которого прекращается.

На выходе элемента И-НЕ 31 формируется пачка импульсов. Количество импульсов в пачке связано с временным интервалом от начала зоны 8 до окончания зоны г (фиг. 5), т,е, равно диаметру световода 1i.

Импульсы 36 с ПЗС 3 поступают на пиковый детектор элемента 26 задержки (фиг, 11), выполненного на диоде 32 и конденсаторе 33. Сигналы, формируемые на конденсаторе 33, дважды инвертируются инверторами 34 и 35, дифференцируются RC-цепочкой,, состоящей из конденсатора 36 и резистора 37, детектируются и инвертируются инверторами 38 и 39,

Импульсные последовательности с элементов И-НЕ 18, 21, 31 поступают в регистры 6-8, На выходах регистров после каж,цого цикла опроса ПЗС 3 формируются двоичные пары чисел, значения которых пропорциональны сумме линейных размеров зон п, и п, Hg ид (фиг, 4).

Коды чисел, запис аншдх в регистры 6-8, поступают в блок 9 вычислений Чфиг, 12) через интерфейс 41, запоминаются в запоминающем узле 43

Центральный процессор 42 производит обработку информатдии по жесткому алгоритму (фиг. 13)

0

5

0

5

0

5

0

Центральный процессор производит вычисление величины зоны п , находит отношение п./п, разность п,-П2. Если отношение , равно эталонному отношению (п,/п) , то содержимое регистра 9 заносится в статистическую таблицу, в которой накапливаются значения,, соответствующие N замерам.

При проведении N замеров вычисляется усредненное значение диаметра световода d., которое сравнивается с эталонным значением d.

При неравенстве результатов сравнения определяется знак отклонения и формируется команда на увеличение ихш уменьшение скорости вытяжки световода 1 1 .

При неравенстве отношения эталонному отношению (п, /п)д сравнивается вычисленное значение . с эталонньш значением () и анализируется знак разности. В зависимости от знака разности формируется команда на шаговый двигатель йриво- да 10, перемещающего объектив 2 до положения, при котором п,/n,j равно () S что соответствует совмещению предметной плоскости объектива 2 с зоной нахождения световода 11.

Использование устройства позволяет ПОВЫСИТЬ точность измерения за счет уменьшения масштабной погрешности при перемещении световода в зоне контроля путем автоматической фокусировки объектива.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения диаметра световодов, содержащее оптически связанные осветитель и объектив, работающий на конечное расстояние, линейный фотопреобразователь, блок управлс кия, выходы которого соединены с управлягош.ими входами линейного фотопре образователя, блок временной селекции, входы которого подключены к выходам линейного фотопреобразователя, блок вычислений, о т л и - ч а 10 щ е е с я тем, что, с целью ловы1ие1- ия точности измерений диаметра колебЛ1ош,ихся световодов, оно снабжено приводом 5 которого связан с объективом, вход привода подключен к выходу блока вычислений, тремя регистрами, выходы которых : соедин« ны с входами блока вычислений.

входы регистров подключены к выходам блока временной селекции, а оптические оси осветителя и объектива пересекаются.

2. Устройство по П.1, о т л и - чающееся тем, что оптические оси осветителя и объектива пересека- 5 ются под углом 10-15 .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для управления процессом вытягивания волоконных световодов. Цель изобретения - повышение точности измерения диаметра колеблющегося световода. Осветитель 1 освещает световод 11t Теневое изображение световода 11 переносится объективом 2 на приборе с зарядовой связью (ПЗС) 3. Оптическая ось объектива 2 пересекается с оптической осью осветителя 1. п (/) - г

Оптическая ось

Л объектива 2 Р,

Фиг. 2

Л, 2

2.

хс

ч

к NX

.

П1

л

/72

«.

ф{/гЛ а д б г д

сриг.5

т

SSj

mftf

15

Яг

vr;

Yi

фигЛ

42

0

K5

замеровd j

1,. 14)

4J

4

4/

ff/777 OmS 0

фиг. fZ

Яег 7 « л,,-(-Лг Яег 5 ij рег 9 d

Рег.З} стат. то&лицу

.XX

. (У. JS

darf.

ВНИИПИ Заказ 2757/АО Тираж 670

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное

Подписное