Способ контроля параметров объектов Советский патент 1990 года по МПК G01B7/12 G01B7/32 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения бесконтактного экспресс-контроля и измерения диаметров непроводящих сферических объектов .

Для измерения параметров объектов сферической формы используется физическая зависимость эффективной площади рассеяния шаровой поверхности от соотношения радиуса шара и длины вол-- ны при облучении полем плоской электромагнитной волны изолированного одиночного шара.

У

Любые две точки дифракционной кривой соответствуют определенным значениям длины волны Д и диаметра сферы d. Для постоянного значения диаметра сферы две разнесенные точки на дифракционной кривой соответствуют двум разным значениям длины вол- ны и, наоборот, для постоянного значения длины волны Л - двум разным диаметрам d и d. При неизменном значении длины волны ft и изменении диаметра от d до d изменяется значение отражавшей площади S, Для первого, третьего и т.д. (т.е. нечетных) участков дифракционной кривой с увеличением диаметра сферы d площадь S увеличивается, а с уменьb

Ј N3 Јь tO 3

О

шением d S уменьшается. На четных участках дифракционной кривой изменение площади при изменении диаметра d противоположно. А изменение площади S, обусловленное изменением длины волны ft при постоянном d, противоположно изменению S, обусловленному изменением диаметра сферы d при постоянном ft .

Возможно выбрать такие значения длины волны 7 и интервалы измеd t до d функции d

2.

чтобы /ft располагались на линейном участке дифракционной кривой. Для двух разнесенных точек линейного участка дифракционной кривой приращение аргумента A(d/ft) определенной величины и определенного знака, при смешении влево или вправо рабочих точек по дифракционной кривой, вызывает изменение эффективной отражающей площади S в каждой точке на величину &S. При этом разность площадей S4-S остается постоянной величиной, определяемой разностью значений аргумента функции, а отношение m (m 1 при S , S) или m S4/S, (m 1 при S, S2) изменяется, так как изменяются значения числителя и знаменателя. .

Следовательно, величина и знак изменения отношения отражающих площадей Д m для двух точек линейного участка дифракционной кривой однозначно определяют величину и знак изменения аргумента Д (d/ft). При постоянном значении длины волны ft приращение &т однозначно определяет приращение Ad d1-d,T.e. Д щ пропорционально Д d. Кроме того, сама величина отношения m также однозначно определяет значения d4 и d4

15 п), направления изменения диаметра исследуемого объекта (dx d3 или ) и выбора величины отношения m - S3/Sj или m SX/S. Так, например, если для первого участка

20 дифракционной кривой (п 1) для определенного диаметра эталона dg проводящей сферы выбрать так значение рабочей длины волны ft, чтобы зна чение аргумента d/ft соответство25 вало середине линейного участка дифракционной кривой, т.е. порядка 0,24, то при увеличении диаметра исследуемой сферы () значение Sy Sg, а при уменьшении (d

35

40

30 значение . При этом для отношения m Sy/S на участке отношение m I и с ростом значения возрастает, приближаясь к единице, а на участке d х d э отношение го 1 и с ростом значения d x возрастает.Есл выбрать отношение m Sg/Sx,TO на участк отношение и уменьшается по мере приближения m к единице, а на участке m Л и уменьшается с увеличением разности dx dg. Если для этого первого участка дифракционной кривой (п I) выбрать

значения d и ft так, чтобы точка находилась в начале участка (мини- при постоянном известном ft. А отношение 45 мальное значение аргумента d/ft)1 то

m 1 .,По мере увеличения отклонения значения d у от d- увепкчи- вается изменение отношения тот значения m 1 либо в сторону возрастания (), либо в сторону уменьшения (т 1) . Направление изменения отношения m (увеличение или уменьшение при определенном направлении изменения диаметра d, например увеличении) также значение величины m (m 1 или m 1) зависят от следующих факторов : номера участка дифракционной кривой (значения числа

5 п), направления изменения диаметра исследуемого объекта (dx d3 или ) и выбора величины отношения m - S3/Sj или m SX/S. Так, например, если для первого участка

0 дифракционной кривой (п 1) для определенного диаметра эталона dg проводящей сферы выбрать так значение рабочей длины волны ft, чтобы значение аргумента d/ft соответство5 вало середине линейного участка дифракционной кривой, т.е. порядка 0,24, то при увеличении диаметра исследуемой сферы () значение Sy Sg, а при уменьшении (d

5

0

)

0 значение . При этом для отношения m Sy/S на участке отношение m I и с ростом значения возрастает, приближаясь к единице, а на участке d х d э отношение го 1 и с ростом значения d x возрастает.Если выбрать отношение m Sg/Sx,TO на участке отношение и уменьшается по мере приближения m к единице, а на участке m Л и уменьшается с увеличением разности dx dg. Если для этого первого участка дифракционной кривой (п I) выбрать

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, которое достигается путем измерения диаметров непроводящих сферических объектов. Эталонный и контролируемый объекты облучают электромагнитным излучением с длиной волны λ, выбираемой из условия D√ε¹/(0,2N+0,1)≤λ≤D√ε¹/(0,2N-0,1), где D - диаметр эталонного объекта

ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала

N - целое действительное число. Определяют значение отношения измеренных уровней энергии или коэффициентов отражения по мощности излучения, отраженного от эталонного и контролируемого объектов, которое является мерой контролируемого параметра. 1 з.п. ф-лы.

площадей отражающих поверхностей является отношением отраженных уровней энергии или же отношением коэффициентов отражения по мощности от сферического объекта.

Если в качестве значения диаметра d , или d выбрать значение диаметра эталонного объекта dg, то отношение площадей отражающих поверхностей Sg Эталонного объекта и Sx исследуемого объекта однозначно определяет величину отклонения диаметра исследуемого объекта dx от d9« При d d9 величина отношения

0

5

возможно измерение только для случая и отношение m , по мере увеличения dx возрастает от единицы (т 1), а отношение m Sg/S уменьшается от единицы (пК1). Для максимального значения аргумента d/ft линейной чисти этого первого участка возможно измерение диаметров сферы только , а отношение m уменьшается от единицы (и 1) и отношение m Sg/Sx увеличивается от единицы (т 1). Для второго участка дифракционной кривой (п 2) указанные изменения отношения противоположны. При этом выбор величины отношения-m(m 1 или ) не вли- нет существенно на погрешность измерения, так как для одних и тех же значений S и- S функции тп 1 и дают одни и те же результаты.

Таким образом отношение отражен-1- ных сигналов электромагнитного излучения от эталонного и- исследуемого проводящих сферических объектов однозначно определяет диаметр сферы. Поэтому это отношение позволяет производить измерение площади сечения сферы, проведенной через центр сферы перпендикулярно направлению распространения электромагнит- ного излучения. Кроме того, для двух сферических объектов равног.о диаметра, эталонного и исследуемого , возможно осуществление измерения округлости и формы поверхности исследуемого объекта по отношению к эталонному. Если исследуемый объект имеет на своей сферической поверхности округлости (например,впадину), то при вращении объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях изменяется отношение отраженных уров ней энергии или коэффициентов отражения . следующим образом. При попадании впадины в область тени изменения отношения не происходят. Максимальное изменение отношения наблюдается тогда, когда максимальная площадь сечения впадины совпадает с плоскостью сечения сферы, проведенной через ее центр перпендикулярно направлению элктромагнитного излучения.

Способ реализуют следующим образом.

Согласно значениям диаметров контролируемых объектов выбирают значени рабочей длины волны исходя из условия

.(0,211 + 0,1) Ј Ъ

t

d4& /(0,2n - 0,1),

где d - значение диаметра контролируемого объекта, & - относительная диэлектрическая проницаемость материала объекта.

Выбирают эталонный объект (правильной формы) диаметром d. Облучают эталонный и контролируемый объекты электромагнитным излучением

0

5

выбранной длины волны ft . Измеряют уровни энергии отраженных сигналов от эталонного и контролируемого объектов. Определяют отношение этих измеренных уровней энергии и по нему судят о параметрах контролируемого объекта. Цена деления шкалы отношений сигналов выбирается путем предварительной калибровки, которая выполняется следующим образом. В зависимости от диапазона измеряемых значений и желаемой, цены деления шкалы отношений (шкалы измеряемых

5 значений) выбирают два и более эталонных объекта различных размеров. Исходя из условий контроля - в сторону увеличения или уменьшения размера, или же изменения как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения - производят указанные измерения нулевбго эталонного объекта и других эталонных объектов . Нулевое значение шкалы изме5 ряемых значений соответствует измерению двух нулевых эталонных объе- ектов, идентичных по своим параметрам.

I

0 При контроле параметров объектов можно также измерять коэффициенты отражения по мощности от эталонного и контролируемого объектов и по величине отношения этих коэффициентов отражения определять значение контролируемого параметра.

Формула изобретения

о 1 Способ контроля параметров объектов, заключающийся в том, что облучают контролируемый и эталонный объекты электромагнитным излучением, измеряют и сравнивают характеристики

5 указанного излучения, отраженного от эталонного и контролируемого объектов , отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения

0 диаметров сферических непроводящих объектов, значение рабочей длины ft выбирают на участках дифракционной кривой сечения обратного рассеяния одиночной проводящей сферы, где

с первая производная этой функции не равна- нулю, в интервалах между точ- ками, при прохождении которых первая производная этой функции не меняет свой знак, из условия

115424278

d -i| Јf /(О 2n +0,l)i/X6ней энергии отраженных сигналов от

I-,эталонного и контролируемого объЈ d л Ј /(o,2n )jектов, -по значению которого опредегде g - относительная диэлектри- 5™°T параметр объекта. ,

ческая проницаемость мате- 2 Спос°б по п. 1,отличаюриала контролируемого ищ и и с я тем, что определяют отноэталонного объектов на дли-шение измеренных коэффициентов отне волны ft ;ражения по мощности рт эталонного

d - диаметр эталонного объекта; Юи контролируемого объектов, по-знап - целое действительное число,чению которого определяют параметр

определяют отношение измеренных уров-объекта.