Способ контроля диаметра нитевидных изделий Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

1

(21)4896651/28 (22)26.12.90 (46)07.12.92. Бюл. №15

(71)Научно-производственное объединение Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт

(72)Е.Н.Ларин и В.И.Нестеров

(56)Авторское свидетельство СССР N 1052858, кл.О 01 В 11/08, 1984.

Авторское свидетельство СССР №1117918. кл. G 01 В 11/08, 1984.

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА НИТЕВИДНЫХ ИЗДЕЛИЙ

(57)Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения оптического волокна в процессе его производства. Цель изобретения - повышение точности контроля диаметра

нитевидных изделий. Согласно способа формируют световой пучок, производят им сканирование изделия с формированием теневого импульса фототока, формируют масштабные импульсы, а о диаметре изделия судят по количеству масштабных импульсов, сформированных втечение теневого импульса. Отличительный признак - формирование масштабных импульсов, сформированных в течение теневого импульса. Отличительный признак - формирование масштабных импульсов осуществляют путем регистрации электрического сигнала с выхода фотоприемника, входящего в состав интерферометра Майкельсона, подвижное зеркало которого перемещают со скоростью, пропорциональной скорости сканирования луча, а в качестве источника излучения используют источник когерентного монохроматического излучения. 1 ил.

СО

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности может быть использовано при производстве и контроле диаметра проволоки и оптических волокон.

При контроле диаметра нитевидных изделий известен способ бесконтактного контроля, предусматривающий сканирование изделия тонким световым лучом, регистрацию возникающего вследствие сканирования теневого импульса фототока на фотоприемнике и определение диаметра изделия по длительности теневого импульса или по моментам возникновения его фронтов.J

Измеритель диаметра оптического волокна MSOOt Проспект фирмы Anrltsu (Япония). Недостатком известного способа является относительно невысокая точность контроля, обусловленная, t главным образом, необходимостью пересчета временных характеристик теневого импульса в характеристики линейных перемещений сканирующего луча.

Наиболее близким техническим решением является способ контроля диаметра нитевидных изделий, который наряду со сканированием изделия световым пучком и последующей регистрацией импульса фотоvj VI Ю Ю

ю о

тока предусматривает непрерывное формирование масштабных импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости сканирования луча в плоскости контроля диаметра изделия (а.с. № 1117918). О диаметре изделия в данном случае судят по количеству масштабных импульсов, сформированных в течение теневого импульса фототока.

В отличии от известных способов, такой способ не требует пересчета временных параметров теневого импульса и линейные, однако также не обеспечивает достаточной точности контроля вследствие низкой частоты следования масштабных импульсов ввиду ограниченной дискретности эпемен- тов дифракционных решеток(используемых для формирования масштабных импульсов. Целью предложенного способа является повышение точности контроля диаметра нитевидных изделий путем повышения частоты следования масштабных импульсов при реализации теневого способа контроля со сканированием светового луча.

. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля диаметра нитевидных изделий заключающемся в том, что формируют световой пучок, производят их сканирование изделия с формированием теневого импульса фототока, формируют масштабные импульсы, а о диаметре изделия судят по количеству масштабных импульсов, сформированных в течение теневого импульса.

Для формирования масштабных им- пульсов используется оптическая схема интерферометра Майкельсона, подвижное зеркало которого перемещается со скоростью, пропорциональной скорости сканирования луча, а в качестве источника излучения используется источник когерентного монохроматического излучения. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что масштабные импульсы формируются с помощью интерферометра Майкельсона, источником излучения которого служит источник когерентного монохроматического излучения (например гелий-неоновый ла- зер), а подвижное зеркало перемещается синхронно с сканирующим лучом с пропорциональной ему скоростью.

Использование оптической схемы интерферометра Майкельсона в качестве фор- мирователя масштабных импульсов в соответствии с заявляемым техническим решением позволяет существенно повысить чувствительность устройства контроля обеспечивая инвариантность его результатов ошосительно погрешностей характеристик сканирования и положения объекта измерения в зоне контроля. Следует отметить, что указанные положительные свойства предлагаемого способа достигаются при высокой степени монохроматичности источника излучения, поэтому при реализации заявляемого решения целесообразно использовать источник высокой степени монохроматичности, например гелий-неоновый лазер.

Вычислительная схема реализации заявляемого способа представлена следующими соотношениями.

Исходным соотношением при реализации теневого способа измерения геометрических размеров при сканировании луча с регистрацией теневого импульса фототока является соотношение

0)

где D - значение контролируемого размера;

г - моменты начала и конца теневого импульса в течение цикла сканирования;

V(t) - скорость сканирующего луча в момент t (0 t Т).

Ввиду пропорциональности скорости сканирования и частоты следования масштабных импульсов соотношение (1) эквивалентно соотношению

D ( п Т2 )

-J. и 1 2

(2)

где Ki - коэффициент пропорциональности (отношение скорости сканирования луча к скорости перемещения подвижного зеркала интерферометра);

п( Г1, Г2 ) - количество масштабных импульсов, сформированных в течение теневого импульса (с момента п до момента Г2);

А- длина волны излучения;

- параметр, определяющий погрешность измерения.

Соотношение (2) определяет максимальное значение погрешности заявляемого способа - Ki Q n и естественным образом

обуславливает пути ее снижения. Одним из таких путей является использование высокочастотных источников излучения (для примера - длина волны гелий-неонового лазера А « 0,63 мкм), другим увеличение частоты следования импульсов с помощью хорошо известных электронных схем умножения частоты синусоидальных сигналов.

Таким образом, вычислительная схема заявляемого способа сводится к подсчету количества масштабных импульсов сформированных в течение теневого импульса (с точностью до коэффициента пропорцио-

нальности), При этом сомножитель Ki B (2)

может быть с помощью выбора Ki выдан таким, что подсчитанное количество масштабных импульсов при контроле численно будет равно значению контроли-/ руемого диаметра D в выбранных единицах, например в микронах. Это значительно может упростить техническую реализацию вычислительного блока и процесс юстировки устройства.

На чертеже изображена оптическая схема одного из вариантов устройства.

Устройство состоит из плоского зеркала 1, закрепленного, на оозвратно-поступа- тельно перемещающемся сканирующемся элементе (направление перемещения - нормальное плоскостям отражения), источник 2 монохроматического излучения, зондирующего обьект 3 измерения; фотоприемник А, полупрозрачных плоских зеркал 5, 6 (неподвижные), непрозрачные плоские зеркала 7, 8 (неподвижные) фотоприемник 9, формирующего масштабные импульсы.

Для технической реализации процесса сканирования может быть использован ска- натор, выполненный в соответствии с а.с. СССР №1521100.

Оптические элементы интерферометра Майкельсона (элементы 1, 2, 6, 8, 9 фиг.1) конструктивно могут быть размещены непосредственно в корпусе указанного скана- тора.

Устройство работает следующим образом.

При подаче возбуждающей частоты на привод сканатора зеркало 1 совершает возвратное поступательное перемещение, обеспечивая сканирование лазерным пучком объекта измерения 3 и периодическую генерацию теневого импульса фототока с выхода фотоприемника 4.

Часть лазерного излучения, образованная зеркалами 5 и 7. направляется по нормам к направлению сканирования зеркала 1, где после деления интенсивности зеркалом 6, установленным под углом 45° к направлению сканирования зеркала 1, направляется на фотоприемник 9 после отражения неподвижным зеркалом в.установ- ленным параллельно направлению перемещения зеркала 1 и подвижным зеркалом 1.

В результате действия эффекта Доплера на выходе фотоприемника 9 возникают импульсы фототока - масштабные импульсы.

Импульсы с фотоприемников 4 и 9 по- ступают на блок обработки информации, где обрабатываются в соответствии с соотношением (2) (коэффициент Ki определяется однозначно выбором угла а).

Использование предлагаемого способа наряду с поставленной целью обеспечивает упрощение его технической реализации, в частности вследствие отказа от жестких требований к параметрам сканирования, а также вследствие упрощения процесса юстировки оптической схемы.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и я Способ контроля диаметра нитевидных изделий, заключающийся в том, что сканируют изделие световым пучком, регистрируют теневой импульс фототока, одновременно осуществляют формирование последовательности масштабных импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости сканирования, о диаметре изделия судят по количеству масштабных импульсов, сформированных в течение теневого импульса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, формирование масш-. табных импульсов осуществляют путем регистрации электрического сигнала с выхода фотоприемника, входящего в состав интерферометра Майкельсона. подвижное зеркало которого перемещают со скоростью, пропорциональной скорости сканирования, а потоком излучения сканирующего изделия является монохроматический когерентный поток.