Устройство для контроля диаметра прозрачных волокон Советский патент 1990 года по МПК G01B11/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах неразрушающего контроля диаметра изделий волокнистой .оптики.

Целью изобретения является повьште- ние надежности и точности контроля за счет увеличения отношения сигнал/шум.

На фигр 1 представлена схема устройства с цилиндрическим объективом; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - схема устройства со сферическим объективом; на фиг. -4 - то же, вид сверху

Устройство (фиг. 1) содержит лазер 1, за которым располагают волокно 2, объектив 3, цилиндрическую оптическую систему 4, блок 5 сканирования и пре- образования, в состав которого входит регистрирующий фотоприемник 6. Цилиндрическая оптическая система 4 устройства выполнена с эквивалентным фокусным расстоянием f , равным

(Л

f О

1

-)

(1)

где а - расстояние от йредметной плоскости (волокна) до главной плоскости цилиндрической оптической системы и объектива; b - расстояние от главной плоскости цилиндрической оптической системы и объектива от регистрирующего фотоприемника , причем b а.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света диаметром D от лазера 1 освещает контролируемое волокно 2 в направлении, перпендикулярном его оптической оси. Полученная в результате рассеяния лазерного излучения на волокне 2 интерференционная картина формируется цилиндрическим объективом 3 в его задней фокальной плоскости.

сд

со

ел

:о с

Объектив 3 расположен так, что радиусы кривизны его преломляющих поверхностен лежат в плоскости, перпендикулярной оси волокна 2, В задней фокальной плоскости объектива 3 уставов- лан блок 5 сканирования и преобразования, который преобразует про-стран- ственное распределение интенсивности рассеянного света во временной элект- « рический сигнал. Между объективом 3 и блоком 5 установлена цилиндрическая оптическая система 4, которая компенсирует влияние наклона волокна 2 на смещение плоскости поля рассеяния в задней фокальной плоскости объектива 3. Цилиндрическая оптическая система 4 расположена так, что ее оптическая ось совпадает с оптической осью объектива 3, а радиусы кривизны преломля- 20 ющих поверхностей лежат в плоскости, параллельной оси волокна 2. При этом в плоскости поля рассеяния (перпен- ;дикулярной оси волокна) цилиндричесприемника. Размер I) изображения в плоскости регистрирующего фотоприемника 6 связан с размером D освещенно го участка волокна 2 формулой

D V D,

(2)

где V коэффициент увеличения

цилиндрической оптическо системы.

Освещенность Е в пределах площад ки чувствительного элемента регистри рующего фотоприемника связана с осве щенностью Е в плоскости волокна зависимостью ;

, Е у

(3)

где k - константа, пропорциональная коэффициенту отражения света от волокна. В устройстве для контроля диаметр

волокон (фиг. 1 и 2) используется ци

;Кая оптическая система 4 работает как 25 линдрический объектив. Такого же эфсплоскопараллельная пластинка, которая практически не изменяет направления распространения рассеянного света и величину эквивалентного фокусного расстояния оптической системы по сравнению с фокусным расстоянием объектива. В плоскости, параллельной оси волокна 2, объектив 3 работает как плоскопараллельная пластинка, а цилиндрическая оптическая система 4 - как система переноса изображения. Оптические параметры цилиндрической оптической системы 4 выбраны такими, что ее эквивалентное фокусное расстояние удовлетворяет условию f

30

35

)- .

40

где а - расстояние от

фекта (повьпаения освеп;енности в пределах чувствительного элемента регис рирующего фотоприемника) мож1Ю достичь и при использовании сферическог объектива. Например, в устройстве (фиг. 3) для формирования картины рассеянного света используется объйк- тив со сферическими поверхностями. В этом случае оптическая, сила системы в плоскости, параллельной оси волокна, складывается из оптических сил. цилинд рической оптической системы и объекти ва, а эквивалентное фокусное расстояние всей- оптической системы также удовлетворяет условию (1).

Таким образом, предлагаемое выполнение устройства обеспечивает увеличение освещенности на чувствительном элементе регистрирующего фотоприемника, что повышает надежность работы устройства и снижает погрешность измерений,

предметной плоскости (волокна) до главной плоскости Н цилиндрической оптической системы и объектива; b расстояние от главной плоскости Н до регистрирующего фотоприемника 6. При таком соотношении параметров цилиндрическая оптическая система 4 переносит изображение освещенного лазерным пучком участка волокна 2 на регистрирующий фотоприемник 6 с размерами чувствительного элемента h x h . При этом в параксиальном приближении отклонение плоскости, рассеяния от оптической оси, происход:ящее при накло- не волокна, не приводит к смещению регистрируемой картины с чувствительного элемента регистрирующего фото

приемника. Размер I) изображения в плоскости регистрирующего фотоприемника 6 связан с размером D освещенного участка волокна 2 формулой

D V D,

(2)

где V коэффициент увеличения

цилиндрической оптической системы.

Освещенность Е в пределах площадки чувствительного элемента регистрирующего фотоприемника связана с осве- щенностью Е в плоскости волокна зависимостью ;

, Е у

(3)

где k - константа, пропорциональная коэффициенту отражения света от волокна. В устройстве для контроля диаметра

волокон (фиг. 1 и 2) используется цилиндрический объектив. Такого же эф5 линдрический объектив. Такого же эф0

5

0

5

5

0

фекта (повьпаения освеп;енности в пределах чувствительного элемента регистрирующего фотоприемника) мож1Ю достичь и при использовании сферического объектива. Например, в устройстве (фиг. 3) для формирования картины рассеянного света используется объйк- тив со сферическими поверхностями. В этом случае оптическая, сила системы в плоскости, параллельной оси волокна, складывается из оптических сил. цилиндрической оптической системы и объектива, а эквивалентное фокусное расстояние всей- оптической системы также удовлетворяет условию (1).

Таким образом, предлагаемое выполнение устройства обеспечивает увеличение освещенности на чувствительном элементе регистрирующего фотоприемника, что повышает надежность работы устройства и снижает погрешность измерений,

I.

Формула изобретения

Устройство для контроля диаметра прозрачных волокон, содержащее лазер и последовательно установленные по ходу луча лазера объектив, цилиндрическую оптическую систему и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и надежности контроля, цилиндрическая оптическая система выполнена с

эквивалентным фокусньпч расстоянием . ;

равным

.

где а - расстояние от предметной плоскости до главной плоскости

цилиндрической оптической системы и об7 ектива; -расстояние от главной плоскости цилиндрической оптической системы и объектива до .фотоприемника и удовлетворяет условию b а.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и надежности контроля за счет увеличения отношения сигнал/шум. В результате рассеяния на волокне лазерного излучения получается интерференционная картина, наклоны смещения которой из-за наклонов волокна компенсируются цилиндрической оптической системой, выполненной с эквивалентным фокусным расстоянием F¹, удовлетворяющим условию F¹=(1/A+1/B)^-1, причем BΑ, где A - расстояние от предметной плоскости до главной плоскости оптической цилиндрической системы и объектива

B - расстояние от главной плоскости до регистрирующего фотоприемника. 4 ил.

аг.2

Фие.5