Способ для контроля геометрических размеров протяженных объектов и устройство для его осуществления

 

1. Способ для контроля геотлетрических размеров протяженных объектов , заключающийся в том, что формк руют лазерный луч, делят его на два параллельных между собой и образующих измерительную зону световых потока , производят сканирование объекта , формируют в моменты перекрытия объектом каждого из двух световых потоков импульсы фототока, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности контроля, преобразуют два световых потока в движуине-ся навстречу ДРУГ другу, дополнительно формируют импульс фототока в момент прохождения световыми потоками центра измерительной зоны, определяют длительность между импульсами фототоков, соответствующих моментам перекрытия объектом каждого из двух световых потоков, и импульсов фототока , соответствующим центру измерительной .зоны, формируют масштабные импульсы, суммируют число масштабных импульсов, вошедших в каждую длительность, и по величине суммы определяют текущий размер объекта. 2. Устройство для контроля геомет рических размеров протяженных объектов , содержащее оптический квантовый генератор, светоделительную пластину, делящую световой поток на две ветви, первую коллимируквдую систему, первую фокусирующую линзу и первый фотоэлемент , расположенные в одной ветви, вторую коллимирующую систему, поворачивающие призмы, первую и вторую дифракционные решетки, вторую фркусирукацую лкнзу и второй фотоэлемент, последовательно расположенные в другой ветви, сканирукхций элемент, устаi (Л новленный на пересечении световых потоков двух ветвей между первой коллимируквдей системой и первой дифракционной решеткой, и блок обработки сигнала, входы которого связаны с фотоэлементами, отличающеес я тем, что оно снабжено вычислительным блоком, связанньм с выходом блока обработки сигнала, светодели|Тельной приэмой, установленной в первой ветви эа сканирующим элементом и имеющей точечную диафрагму в центре ее отражающей грани, уголкосо вым отражателем, расположенным эа светоделительной призмой На пути световых потоков обеих ветвей, треть00 ей фокусирукяаей линзой и третьим фотоэл« «ентс 1, расположенными на пути о±раженного от уголкового отражателя светового потока, четвертым фотоэлементом, установленным соосно с точечной диафрагмой, выходы третьего и четвертого фотоэлементов связаны с блоком обработки сигнгша, а первая фокусирующая линза и первый фотоэлемент расположены на пути отраженного от уголкового отражателя светового потока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5f) 6 01 В 11/08

«

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ. И ОТНРЫТИЙ . (2l) 3324458/25-28 (22) 31.07.81 (46) 15.05.83. Бюл. Р 18 (72) В.К ° Александров, В.П. Ильин и С.В. Прядченко (71) Институт электроники AH Белорусской ССР (53) 531 .715.27(088 .8) (56) 1. Патент США Р 4037968, кл. 356 -160 (G 01 В ll/08), 1977.

2. Патент Великобритании 9 1395910, кл. 6 01 В 11/08, 1975 (прототип).

3. Патент Великобритании 9 1400253, кл. G 01 В 11/08, 1975 (прототип) ° (54) СПОСОБ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕС КИХ РАЗМЕРОВ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) l. Способ для контроля геометрических размеров протяженных объектов, заключающийся в том, что Формируют лазерный луч, делят его на два параллельных между собой и образующих измерительную зону световых потока, производят сканирование объекта, формируют в моменты перекрытия объектом каждого из двух световых потоков импульсы фототока, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности контроля, преобразуют два световых потока в движущие ся навстречу друг другу, дополнительно формируют импульс фототока в момент прохождения световыми потоками центра измерительной зоны, определяют длительность между импульсами фототоков, соответствующих моментам перекрытия объектом каждого из.двух световых потоков, и импульсов фототока, соответствующим центру измерительной .зоны, Формируют масштабные импульсы, суммируют число масштабных импульсов, вошедших в каждую

„„SU„„1017918 А длительность, и по величине суммы определяют текущий размер объекта.

2. Устройство для контроля геометрических размеров протяженных объектов, содержащее оптический квантовый генератор, светоделительную пластину, делящую световой поток на две ветви, первую коллимирующую систему, первую фокусирующую линзу и первый фотоэлемент, расположенные в одной ветви, вторую коллимирующую систему, поворачивающие призмы, первую и вторую дифракционные решетки, вторую Фокусирующую линзу и второй фотоэлемент, последовательно расположенные в другой ветви, сканирующий элемент, установленный на пересечении световых Я потоков двух ветвей между первой коллимнрующей системой и первой дифрак- Qj ционной решеткой, и блок обработки сигнала, входы которого связаны с

Фотоэлементами, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено вычислительным блоком, связанным с выходом блока обработки сигнала, светоделительной призмой, установленной в первой ветви за сканирующим элементом и имеющей точечную диафрагму в центре ее отражающей грани, уголковым отражателем, расположенным эа Я) светоделительной призмой на пути световых потоков обеих ветвей, треть- ® 4 ей фвкусирующей линзой и третьим (ф фотоэлементом, расположенными на пути отраженного от уголкового отражателя светового потока, четвертым фотоэлементом, установленным соосно с точечной диафрагмой, выходы треть- «Ф его и четвертого фотоэлементов связаны с блоком обработки сигнала, а первая фокусирующая линза и первый

Фотоэлемент расположены на пути отраженного от уголкового отражателя светового потока.

101793 8

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля геометрических размеров протяженных подвижных объектов, например диаметра проволок, поперечных размеров нитей, оптических волокон.

Известен бесконтактный способ контроля геометрических размеров подвижных и неподвижных нитей, заключающийся в том, что формируют тонкий 10 лазерный луч света, направляют его на сканирующий элемент, преобразуют в движущийся параллельно самому себе, помещают объект в сканируемое пространство, преобразуют фотоэле- )5 ментом световой поток, прошедший через сканируемое пространство, осуществляют двойное интегрирование фотоимпульсов, по результату которого судят о размере объекта (1 ), Недостатком способа является невысокая достоверность контроля подвижных нитей из-за увеличения базы измерения, зависящей прямо пропорционально от скорости движения нити и обратно пропорционально от скорости сканирования.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ для контроля геометрических размеров протяженных объектов, заключающийся в том, что формируют лазерный луч, делят его на два параллельных между собой и образующих измерительную зону световых потока, производят сканирование объекта, формируют в моменты перекрытия объектом каждого из . двух световых потоков импульсы фототока. Фиксируют фотоэлементами изменение световых потоков при пересечении лучами объекта, находят сумму 40 амплитуд сигналов с обоих фотоэлементов, по величине которой определяют размер объекта 2 °

Недостаток способа - невысокая точность измерения, зависящая от 4 нестабильности скорости сканирования, световых потоков и характеристик фотоэлементов и от систематической ошибки измерения вследствие неточной начальной установки расстояния между 50 лучами по номинальному размеру объекта. Кроме того, точность контроля цвижущихся объектов ниже, чем неподвижных, так как база измерения, соответствующая участку объекта, на котором происходит усреднение размера объекта, зависит от действительного отклонения размера, причем чем больше отклонение и чем выше скорость движения объекта, тем больше база.

Известно устройство для бесконтактного контроля геометрических размеров подвижных и неподвижных нитей, содержащее лазер, вращающуюся стеклянную призму, щелевую диафрагму с прямоугольными кромками, фотоприем- 65 ники и электронный блок. Объект ска- нируется двумя тонкими лазерными лучами, выходящими из вращающейся призмы, затем лучи преобразуются фотоприемниками в электрические импульсы, электронный блок осуществляет двойное интегрирование фотоимпульсов и вырабатывает сигнал, пропорциональный размеру объекта (1 ).

Недостатком устройства является невысокая достоверность контроля подвижных объектов из-за увеличения базы измерения при их движении.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для контроля геометрических размеров протяженных объектов, содержащее оптический квантовый генератор, светоделительную пластину, делящую световой поток на две ветви, первую коллимирующую систему, первую фокусирующую линзу и первый фотоэлемент, расположенные в одной ветви, вторую коллимирующую систему, поворачивающие призмы, первую и вторую дифракционные решетки, вторую фокусирующую линзу и второй фотоэлемент, последовательно расположенные в другой ветви, сканирующий элемент, установленный на пересечении световых потоков двух ветвей между первой коллимирующей системой и первой дифракционной решеткой, и блок обработки сигнала, входы которого связаны с фотоэлементами. Первая фокусирующая линза и первый фотоэлемент расположены на пути светового потока, выходящего из сканирующего элемента непосредственно за сканируемым пространством в одной ветви ° Устройство измеряет размеры объекта путем синхронного сканирования световыми лучами первого и второго каналов соответственно объекта и дифракционной решетки, подсчета импульсов, снимаемых с фотоэлементов и прошедших схему сравнения, причем оптические оси световых лучей обоих каналов расположены взаимно перпендикулярно и проходят через центр сканирующего элемента — вращающегося куба (3 j.

Недостатком устройства является невысокая точность контроля из-за увеличения базы измерения, которая

«ависит от скорости движения объекта °

Цель изобретения — повышение точ«ости контроля геометрических размеров протяженных объектов в процессе их движения путем синхронного двухстороннего сканирования.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу для контроля геометрических размеров протяженных объектов, заключающемуся в том, что формируют лазерный луч, делят его на два параллельных между собой и образующих измерительную зону световых потока, производят сканирование объ1017918 екта, формируют в моменты перекрытия объектом каждого из двух световых потоков импульсы фототока, преобразуют два световых потока в движущиеся навстречу друг другу дополнительно формируют импульс фототока в момент прохождения световыми потоками центра измерительной зоны, опре- деляют длительность между импульсами фототоков, соответствующих моментам перекрытия объЕктом каждого из 10 двух световых потоков, и импульсом фототока, соответствующим центру измерительной эоны, формируют масштабные импульсы, суммируют число масштабных импульсов, вошедших в каждую 15 длительность, и по величине суммы определяют текущий размер объекта.

Устройство для контроля геометрических размеров протяженных объектов, содержащее оптический квантовый генератор, светоделительную пласти- . ну, делящую световой поток на две ветви, первую коллимирующую систему, первую фокусирующую линзу и первый фотоэлемент, расположенные в одной ветви, вторую коллимирующую систему, поворачивающие призмы, первую и. вторую дифракционные решетки, вторую фокусирующую линзу,и второй фотоэлемент, последовательно расположенные в другой ветви, сканирующий элемент, установленный на пересечении световых потоков двух ветвей между первой коллимирующей системой и первой дифракционной решеткой, и блок обработки сигнала, входы которого 35 связаны с фотоэлементами, снабжено вычислительным блоком, связанным с выходом блока обработки сигнала, светоделительной призмой, установленной в первой ветви за сканирующим 40 элементом и имеющей точечную диафрагму в центре ее отражающей грани, уголковым отражателем, расположенным за светоделительной призмой на пути .световых потоков обеих ветвей, треть-45 ей фокусирующей линзой и третьим фотоэлементом, расположенными на пути отраженного от уголкового отражателя светового потока, четвертым фотоэлементом, установленным соосно с точечной диафрагмой, выходы третьего и четвертого фотоэлементов связаны с блоком обработки сигнала, а первая фокусирующая линза и первый фотоэлемент расположены на пути отраженного от уголкового отражателя

55 светового потока, На чертеже представлена принципиальная схема устройства, осуществляющего способ для контроля геометрических размеров протяженных объек- 60 тов.

Устройство содержит оптический квантовый генератор 1, светоделительную пластину 2, делящую световой поток на две ветви, первую колли- 65 мирующую систему 3, первую фокуси рующую линзу 4 и первый фотоэлемент

5, расположенные в одной ветви, вторую коллимирующую систему 6, поворачивающие призмы 7 и 8, первую и вторую дифракционные решетки 9 и 10, вторую фокусирующую линзу 11 и второй фотоэлемент 12, последовательно расположенные в другой ветви, сканирующий элемент 13, установленный на пересечении световых потоков двух ветвей между первой коллимирующей системой 3 и первой дифракционной решеткой 9, и блок 14 обработки сиг-. налов, входы которого связаны с фотоэлементами 5 и 12, вычислительный блок 15, связанный с выходом блока обработки сигнала 14, светоделительную призму 16, установленную в первой ветви за сканирующим элементом 13 и имеющей точечную диафрагму а в центре ее отражающей грани 5,уголковый отражатель 17, расположенный за светоделительной призмой 16 на пути световых потоков обеих ветвей, третью фокусирующую линзу 18 и третий фотоэлемент 19, расположенные на пути отраженного от уголкового отражателя 17 светового потока, четвертый фотоэлемент 20, установленный соосно с точечной диафрагмой. Выходы третьего и четвертого фотоэлементов

19 и 20 связаны с блоком обработки сигнала 14, первая фокусирующая линза 4 и первый фотоэлемент 5 расположены на пути отраженного от уголково-. го отражателя 17 светового потока.

Контролируемый объект 21 размещен между светоделительной призмой 16 и уголковым отражателем 17.

Способ осуществляется следующим образом.

Свет от оптического квантового генератора 1 падает. на светоделительную пластину 2, разделяющую- его на два луча равной интенсивности. В первой ветви световой пучок, пройдя первую коллимирующую систему 3, направляется на сканирующий элемент

13, смещающий его на величину Е

= f(d,n,i), где d - толщина стеклянного куба; n — показатель преломления материала стекла; i - угол поворота стеклянного куба. Сканирующий луч, проходя светоделительную нризму

16, преобразуется в два параллельных вторичных луча В и ъ, движущихся навстречу друг другу со скоростью

V и определяющих в крайних положеС. киях границы измерительной эоны, внутри которой располагается контролируемый объект 21. Иесто встречи лучей В и ъ совпадает с оптической осью светоделительной призмы 16 и определяет центр измерительной зоны д, s момент прохождения лучами центра измерительной зоны часть светового

1017918 потока со сканирующего элемента 13, пройдя через точечную диафрагму - на непрозрачной стенке о светоделительиой призмы 16, попадает на четвертый фотоэлемент 20. Полученный короткий импульс фототока, поступающий íà схему сравнения блока обработки сигнала

14, служит для формирования заднего фронта двух измерительных импульсов, передние фронты которых образуются

s моменты, когда лучи в и ъ, движущиеся от центра измерительной зоны или к ней,.пересекут границы контролируемого объекта 21, и лучи з и ъ измененной интенсивности, направленные уголковым отражателем 17 на фоку-15 сирующие линзы 4 и 18 регистрируются соответственно фотоэлементами 5 и 19. Импульсы фототоков с обоих фотоэлементов 5 и 19 поступают на схему сравнения блока 14 обработки gp сигналов.

Во второй ветви световой пучок от светоделительной пластины 2, пройдя вторую коллимирующую систему

6 и поворачивающие призмы 7 и 8, 25 падает на первую дифракционную решетку 9, дифрагирует на ней и направляется на сканирующий элемент 13.

Оптические оси обеих ветвей перед сканирующим элементом 13 расположены взаимно перпендикулярно и проходят через его центр. Световой пучок, прошедший через сканирующий элемент

13, падает на вторую дифракционную решетку 10 и взаимодействует с ней.

Полученные диафрагированные лучи первого порядка фокусируются второй фокусирующей линзой 11 на второй фотоэлемент 12. Выходные импульсы этого фотоэлемента являются масштабными и используются в качестве из- 40 мерительных для дискретизации фото-. импульсов, полученных с первой ветви. Масштабные импульсы поступают иа схему сравнения блока обработки сигнала 14. Прошедшие в счетчик бло- 45 ка обработки сигнала 14 масштабные ,импульсы в интервале между импульсами с фотоэлементов 5 я 20, а также между импульсами с третьего фотоэлемента 19 и импульсов с четвертого 5О фотоэлемента 20, поступают в вычислительный блок 15, где суммируются.

Полученное число соответствует раз меру поперечного сечения контролируемого объекта 21.

Вследствие синхронизации частоты импульсов заполнения длительностей и скорости сканирования луча периоды импульсов s каждой длительности не зависят от скорости сканирования.

В отличие от прототипа, база измерения не зависит от размера самого объекта и действительного отклонения, так как сканирование осуществляется лучами, расстояние между которыми непрерывно изменяется и не остается постоянным, как у аналогов.

Поэтому способ не требует дополнительных операций, связанных с переходом к измерению объектов с другими ноМинальными размерами. Смещение объекта относительно центра измерительной зоны не влияет на точность контроля, так как происходит только перераспределение числа импульсов в каждой длительности, а сумма их для одного измерения остается без изменения. В отличие от известных способов положительным эффектом является также уменьшение влияния на точность контроля вибрации объекта, которое может сказаться только в момент касания лучами сторон объекта. В остальных случаях вибрации не влияют на результат измерения. устраняется недостаток прототипа, заключающийся в невозможности контроля объектов, которые имеют действительные отклонения равные или более 0,5 диаметра сканирующего луча.

Таким образом, способ и устройство для его осуществления обладают в 2-3 раза более высокой точностью контроля геометрических размеров протяженных объектов.

Способ и устройство могут найти широкое применение в точном машинои приборостроении, в электронной, радиотехнической и электротехнической промышленности и других отраслях для контроля геометрических размеров протяженных подвижных объектов — диаметров проволок, поперечных размеров нитей, оптических волокон и

APi

1017918

Составитель Л. Лобзова

Редактор О. Колесникова Техред Ж.Кастелевич Корректор А. Ференц

Заказ 3523/38 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4