Устройство для контроля диаметра прозрачных волокон

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик (1Ц1002832

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 24.12.81 (21) 33 9197/25-28 с присоединением заявки М(5I)M. Кл.

G О1 В 11/08

Гееудаестеенный кемнтет (23) Прноритет—

Опубликовано 07.03.83. Бюллетень М 9 вв делам нэабретеннй н етерытнн (53) УД К H1 . 715. .27(088,8) Дата опубликования описания 07.03.83 фанд.в

l ,, !,, - / (72) Авторы изобретения

А. Б. Веселовский и А. С. М .:.; 3 г. ° .!

Ленинградский ордена Трудового М веисц-о Знамени институт точной механики и оптики -"---. (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА

ПРОЗРАЧНЫХ ВОЛОКОН

Изобретение относится к измерительной технике, рассматривающей вопросы неразрушающего, бесконтактного контроля диаметра прозрачных волоконных изделий и может быть испольэова1

5 но для измерения диаметра стеклянных и химических волокон.

Известно устройство для неразрушающего контроля диаметра прозрачных волокон, принцип действия которого основан на регистрации интерференционной картины поля рассеяния лазерного излучения в области обратного рассеяния и измерении ее пространственных характеристик. Устройство состоит из лазера и последовательно расположенных по ходу луча лазера оптической системы, формирующей ножевой луч, и экрана для регистго рации интерференционной картины 11 .

Недостатком этого устройства является влияние перекоса волокна на результаты измерений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля диаметра прозрачных волокон, содержащее лазер и последовательно расположенные по ходу луча лазера объектив и блок сканирования и преобразования.

О диаметре волокна судят по длительности выходного импульса, величина которого пропорциональна размеру одного или нескольких интерференционных максимумов. Устройство позволяет измерять диаметр волокон в динамике, т.е. в процессе их вытяжки (2) .

Однако при этом предъявляются жесткие требования к допустимому наклону волокна относительно светового пучка. Это связано с тем, что при перекосе волокна плоскость рассеяния изменяет положение в пространстве и оптический сигнал выходит за пределы чувствительного элемента

1002832

3 регистрирующего приемника, входящего в блок сканирования и преобразования.. Показания устройства при этом срываются.

Целью изобретения является повышение надежности контроля измерений диаметра прозрачных волокон за счет устранения влияния перекоса волокна в процессе его производства.

Поставленная цель достигается о тем, что устройство снабжено цилиндрической оптической системой, располагаемой между объективом и блоком сканирования и преобразования так, что эквивалентное фокусное расстояние цилиндрической оптической сис, темы и объектива в четыре раза меньше отрезка от волокна до фокальной плоскости объектива, а. их главная плоскость расположена посредине указанного отрезка.

Кроме того, цилиндрическая оптическая система выполнена в виде одиночной цилиндрической линзы.

На чертеже представлена принципиальная оптическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит лазер 1 и последовательно расположенные по ходу луча лазера объектив 2> формирующий изображение волокна 3, цилиндрическую оптическую систему.4 и блок 5 ска. нирования и преобразования пространственного оптического сигнала во временной электрический, установленный в фокальной плоскости объектива.

Цилиндрическая оптическая система 4 в частном случае может быть сведена к одиночной цилиндрической линзе. Между объективом 2, Формирующем изображение, и блоком 5 сканирования и преобразования сигнала устанавливается цилиндрическая оптическая система 4 из цилиндрических линз.

В частном случае это может быть одиночная цилиндрическая линза. Линзы устанавливаются так, что вся оптическая система центрирована, а радиусы кривизны преломляющих поверхностей лежат в плоскости, параллельной. оси измеряемого волркна 3. Тогда фокусное расстояние объектива 2 и ци-. линдрической оптической системы 4 в плоскости поля рассеяния практичес" ки не изменяется, а в перпендикулярной плоскости, параллельной оси волокна, происходит изменение фокусного расстояния.

Оптические параметры цилиндрической оптической системы 4 выбраны такими, что фокусное расстояние в плоскости, параллельной оси волокна 3 в четыре раза меньше отрезка(от измеряемого волокна 3 до фокальной плоскости волокна 3 до фокальной плоскости объ. ектива 3, а главная плоскость всей оптической системы, т.е ° цилиндрической оптической системы 4 и объектива 2, находится посредине указанного отрезка. При этом в параксиальном приближении отклонение плоскости рассеяния от оптической оси в пространстве предметов не приводит к смещению регистрируемой .картины в фокальной плоскости объектива, что позволяет повысить надежность контроля.

Способ осуществляется следующим образом.

Пучок света от лазера 1 падает на волокно 3 пенпендикулярно его оптической оси. Полученная в результате рассеяния лазерного излучения на волокне 2 интерференционная карти на формируется объективом 2. В фокальной плоскости объектива 2 установлен блок 5 сканирования и преобразования, который преобразовывает -пространственный оптический сигнал во временной электрический. Между объективом 3 и блоком 5 установлена цилиндрическая оптическая система 4, которая компенсирует влияние перекоса волокна 3 на смещение плоскости поля рассеяния в фокальной плоскости объектива 2.

Оптические параметры цилиндрической оптической системы 4 определяются длиной отрезка 2 от волокна 3 до фокальной плоскости объектива 2 и фокусным расстоянием объектива 2.

В качестве конкретного примера ис-. полнения устройства может служить макет прибора, в котором использован объектив 2 в виде одиночной линзы

I с фокусным расстоянием f = 50 мм.

Отрезок от волокна 3 до фокальной плоскости объектива 2 1 =90 мм.

Тогда, исходя из формулы для оптических систем

1 т 2 .1 (i)

f + f

I где f - эквивалентное Фокусное расстояние всей оптической системы, т.е ° цилиндрической оптической системы 4 и объектива 2;

S 1002 фокусное расстояние цилинд2 рической оптической системы 4;

d - расстояние от задней главной плоскости объектива 2 до 5 передней главной плоскости цилиндрической оптической системы 4. и учитывая, что f должно быть равно

Р/4, имеем

1О

I fi f — f d (2)

2 f -I

Параметр d находится из условия, что главная плоскость всей оптической системы должна быть расположена посредине отрезка У, т.е.

Н Н =д(1----) = f — -- = 5 мм (3)

2.

Отсюда d=9,1 мм. Из формулы (2) находим 12=33,5 мм.

Таким образом, определены оптические характеристики цилиндрической оптической системы 4 и ее расположение.

Если взять в качестве цилиндрической системы 4 одиночную плосковыпук лую цилиндрическую линзу, по известному соотношению можно определить радиус r кривизны преломляющей поверхности

1/1 =(n- 1) 1/ r;

2 где и - показатель преломления материала цилиндрической линзы.

Полагая и =1 5, получим г =16,7 мм. З

В ряде случаев необходим большой световой диаметр линзы. Кроме того, из технологических и аберрационных соображений нецелесообразно использовать линзы с малым радиусом кривиз- 4О ны преломляющей поверхности. Поэтому используется несколько линз, т.е; цилиндрическая оптическая система. Например, в рассматриваемом случае может быть использована система, состоящая из двух одинаковых плосковыпук832 6 лых цилиндрических линз, а также из

3,4 и более линз.

Использование предлагаемого устройства для контроля диаметра волокон не» посредственно в процессе их производства позволяет не только повысить надежность измерений, но и исключить дополнительные механизмы для фиксации волокна, т.е. исключить лишний контакт с волокном, что в свою очередь приводит к повышению их качества.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля диаметра прозрачных волокон, содержащее лазер и последовательно расположенные по ходу луча лазера объектив и блок сканирования и преобразования, о т— л ич аю ще ес я тем,что,с целью повышения надежности контроля,оно снабжено цилиндрической оптической системой,располагаемой между объективом и блоком сканирования и преобразования так, что эквивалентное фокусное расстояние цилиндрической оптической системы и объектива в четыре раза меньше отрезка от волокна до фокальной плоскости объектива, а их главная плоскость расположена посредине указанного отрезка.

2. Устройство по и. 1, о т л и -. ч а ю щ е е с я тем, что цилиндрическая оптическая система выполнена в виде одиночной цилиндрической линзы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Н 532000, кл. G 0 1 В 11/08. 1976.

2. Митрофанов А. С., Тарлынов В ° А.

Лазерные дифракционные измерители и их применение в промышленности, М., 1977, с. 1-14 (прототип).

1002832.Заказ 1529/19 Тираж 600

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент ". r. Ужгород, ул. Проектная, 4.Составитель Л. Лобзова

Редактор Г.,Безвершенко Техред А.Бабинец Корректор Л. Бокшан