Способ контроля геометрических параметров капилляров Советский патент 1993 года по МПК G01B11/08 

(Л

С

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для измерения диаметра прозрачных оптических капилляров. Цель изобретения - повышение производительности и точности контроля за счет компенсации погрешностей, связанных со смещением капилляра. Капилляр освещают двумя пучками на одном участке, формируют интерференционную картину и приводят ее в движение. Определяют фазы фотоэлектрических сигналов с четырех приемников, а после их сравнения определяют шаг и разность фаз интерференционной картины, по которым судят о геометрических параметрах капилляра. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для измерения диаметров прозрачных оптических капилляров.

Цель изобретения - повышение точности и одновременно производительности контроля.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для осуществления способа контроля диаметра капилляров.

Устройство содержит установленные последовательно и связанные оптической связью лазер 1, фокусирующую линзу 2 и вращающийся оптический растр 3, за которыми в первой ветви установлен стеклянный клин 4, а во второй ветви - призма 5 Дове, в плоскости изс сражения первой интерференционной картины размещены фотоприемники 6 и 7, а второй интерференционной картины - фотоприемники 8 и 9.

Способ осуществляется следующей совокупностью операций.

Освещают капилляр 10 дифрагированным на периодической структуре пучком, затем формируют два дифрагированных пучка. Разворачивают волновой фронт одного из пучков на 180°. Освещают капилляр обоими пучками на одном участке, формируют две интерференционные картины в прошедших капилляр в прямом направлении пучках в плоскости анализа, приводят интерференционные картины в движение, сравнивают фазы фотоэлектрических сигналов с обеих картин, по результату сравнения судят о внутреннем и внешнем диаметре капилляра.

Способ реализуют следующим образом.

Луч от лазера 1, прошедший фокусирующую линзу 2, преобразуют в дифрагированный световой пучок посредством вращающегося р здиального растра 3. Пучок

00

го ел ю

Оч

ю

дифрагирует на растре с образованием ряда дифракционных максимумов, изменение фазы световой волны в которых пропорционально скорости вращения растра. От радиального растра формируют два дифрагированных пучка. Стеклянным клином 4 и призмой 5 Дове разворачивают волновой фронт пучка на 180°, что необходимо для полного согласования его с фронтом пучка, прошедшего клин 4.

За счет поворота волнового фронта пучка на 180° существенно улучшается структура интерференционных полос, кривизна которых зависит от точности изготовления дифракционной решетки.

Суть в том, что дифрагированные пучки формируются одним и тем же участком решетки и имеют равную деформацию волнового фронта одного знака. При повороте одного из пучков пространственные деформации меняют свой знак. В плоскости изображения пучки складываются с вычитанием деформаций волнового фронта.

На капилляре 10 пучки взаимодействуют с образованием сложной интерференционной картины ИК. Центральный рабочий участок образован лучами, прошедшими сердцевину и оболочку, поэтому шаг интерференционных полос Н за висит от диаметра канала капилляра и от внешнего диаметра. Боковые рабочие участки формируются лучами, прошедшими через оболочку, и шаг интерференционных полос Н определяется только внешним диаметром. В плоскости анализа установлены фотоприемники 6,7,8, 9. Фотоприемники 6 и 7 фиксируют шаг Н боковых рабочих участков, а фотоприемники 8 и 9 - шаг Н центральных участков. При изменении размеров капилляра 10 шаг интерференционного сигнала изменяется в обратно пропорциональной зависимости, а возникающая разность фаз будет пропорциональна погрешности изготовления капилляра.

Реализация способа осуществляется на макете, собранном по указанной оптической схеме. В макет входили лазер ЛГН- 208; фокусирующая линза с фокусным расстоянием, равным расстоянию от линзы до капилляра; радиальный растр диаметром 80 мм с шагом штрихов 10 мкм; призма Дове; оптический клин с углом при вершине 0 ( рю )/(п-1). где у ю-угол дифракции пучков, выделяемых на растре, р ю угол, под которым распространяется пучок относительно центральной оптической оси, п - показатель преломления стекла; фотоприемники ФД-256. Обработка фотоэлектрических импульсов осуществлялась с помощью известных приемов и средств. Радиальный растр приводился во вращение двигателем Д-32 через редуктор и вращался со скоростью 24 об/мин. Испытания показали высокую эффективность предложенного способа.

Предложенный способ контроля относится к фазовым способам, в отличие от прототипа, относящегося к амплитудным

0 способам контроля. Известно, что фазовые способы более чем на порядок имеют большую чувствительность, а следовательно, и точность контроля. В предложенном способе отпадает необходимость в фильтрации

5 интерференционного поля, так как образующиеся интерференционные картины от оболочки и канала капилляра разделены в пространстве естественным образом. Компенсируются также погрешности при

0 продольном смещении капилляра относительно пучков, так как изменение шага Нс и Нк происходит одновременно на одну и ту же величину и легко исключается из результата измерения. Нет необходимости нахо5 дить центры и нули интерференционной картины, так как измерительную информацию несет любой отдельно взятый интерфе- ренционный период. Кроме того, существенно повышается производитель0 ность контроля, так как изменение фазы интерферирующих пучков может происходить на частотах в десятки и даже сотни кГц. Так, например, при вращении растра с угловой скоростью ш 6 (1/сек) частота интерфе5 ренционного сигнала составила 25 кГц, т.е. осуществлялось 25000 измерений за секунду.

Способ контроля диаметра капилляров может найти широкое применение в произ0 водстве стеклянных трубок малого диаметра при особо точном размерном контроле капилляров в качестве эталонного средства. Формула изобретения Способ контроля геометрических пара5 метров капилляров, заключающийся в том, что освещают контролируемый капилляр, сходящийся пучком перпендикулярно его оси, фокусируют пучок на капилляр, ориентируют фокальный штрих перпендикулярно

0 оси капилляра, формируют интерференционную картину и по параметрам интерференционной картины определяют геометрические параметры капилляра, отличающийся тем, что, с целью повыше5 ния производительности и точности контроля, формируют дополнительный пучок, освещают им капилляр и фокусируют его в ту же область капилляра, что и первый пучок, интерференционную картину формируют в прошедших капилляр пучках, а в

качестве параметров интерференционной картины, по которым определяют геометрические параметры капилляра, используют

1 2 3

периоды интерференционных полос в центральной и боковой зонах интерференционной картины.

7