Устройство для контроля диаметра стекловолокна

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА СТЕКЛОВОЛОКНА, содержащее ИСТОЧНИК иэлучевяя и контрольный канал , рбразоваимый последовательно расположеиныш коллиматором, трансформатором изображения и фотоприемником , Отличающееся тем, что. Сцелью повышения точности контроля и устранения влияния смещения волокна на результат контроля, оно . снабжено диафрагмой, установленной коллиматором и трансформатором , М ff 13 12 П .JLj.j Г изображения с возможностью перемеццения в плоскости оптической оси на величину, равную или превышакщую допуск на поперечное смещение стекловолокна в зоне контроля, светоделителем и Фурье-преобразователем, последовательно расположенными между трансформатором изображения и фотоприемником , эталонным каналом, образованным последовательно расположенными на ОДНОЙ оптической оси коллиматором , неподвижной диафрагмой, эталонным волокном, установленным симметрично относительно отверстия диафраг№J , трансформатором изображения, сьето делителем, Фурье-преобразователем g и фотоприемником, двумя фотоприемнив ками, каждый из которых установлен ел на выходе светового потока излучения из светоделителей в плоскости, перпес дикулярной оптической оси каналэ,анализатором изображения, электрически связанным с этими фотоприемниками, и анализатором спектра, электрически связанным с анализатором изображения и фотоприемниками каналов. о -ч DO Д с со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

«ю «и

Зао 4 01 В 11 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ПОКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

7 б Ф (21) 3517252/25-28 (22) 29.11.82 (46 ) 15.02. 84. Бюл. М б (72) Л.И.Лазарев, С.Д.Мировнцная и М.л.Базаров (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (53) 531.715.27(088.8) (56) 1. Патент США Р 3623815, кл. Cj 01 В 11/10, опублик. 30.11.71.

2. Патент США М 3901606, кл. 356-159, опублик. 26.08.75 (прототип). (54)(57) УстРойство для контроля

ДИАИЕТРА СТЕКЛОВОЛОКНА, содержащее источник излучения и контрольный канал, образовани)яй последовательно расположенными коллиматором, трансформатором изображения и фотоприемником, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с:целью повышения. точности контроля и устранения влияния смещения .волокна на результат контроля, оно снабжено диафрагмой, установленной между коллиматором и трансформатором.

Ю 11 Ц 1 1Ф изображения с возможностью перемещения в плоскости оптической оси на величину, равную или превышающую допуск на поперечное смещение стеклово-. локна в зоне контроля, светоделителем и Фурье-преобразователем, последовательно расположенными между трансформатором изображения и фотоприемником, эталонным каналом, образованным последовательно расположенными на одной оптической оси коллиматором, неподвижной диафрагмой, эталонным волокноМ, установленным симметрично относительно отверстия диафрагмы, трансформатором изображения, сьетоделителем, Фурье-преобразователем и фотоприемникам, двумя фотоприемни- Е нами, каждый из которых установлен на выходе светового потока излучения из светоделителей в плоскости, перпе- дикулярной оптической оси канала,ана- %а лизатором изображения, электрически связанным с этими фотоприемниками, и анализатором спектра, электрически связанным с анализатором изображения и фотоприемниками каналов.

10735б9

Изобретение mнОсится к измеритель-, ной технике и может быть использовано для контроля диаметра волокна в про» цессе его изготоваения.

Известно устрОйство для контроля диаметра стекловолокна по Форме дифрак- 5 ционной картины, содержащее последовательно расположенные когерентный источник света, объеКтив с турбусом "беско-. нечность",диафрагму, объектив, рамку крепления волокна, акуитуривающую ди- 10 афрагму, блок обработки информации и блок обратной связи, осуществляющий слежение за изменением диаметра волок- на (1).

Недостатком данного устройства является влияние смешения стекловолокна относительно оптической оси устройства на точность контроля.

Наиболее близким пр технической сущности к изобретению является уст- о ройство для контроля диаметра стекловолокна, содержащее источник излу- . чения и контрольный канал, Ьбразованный последовательно расположениыми коллиматором., трансформатором изоб-. ражения, фотоприемником и системой считывания. Трансформатор изображе-. ния создает на фотоприемника увеличенное изображение контролируемого объекта. Электрические:Сйгналы, характеризующие размер увеличенного изображения, поступают с выхода фотоприемника:на систему считывания, вычисля)щую размер контролируемого объекта (2(. недостатком этого Устройства яв- 35 ляется невозможность получения высокой точности контроля в промышленных условиях, когда контролируемое волокно смещается относительно оптической оси устройства на Расстоя- 49 ние 10-1v 3, где Ь вЂ” точность конт1 роля, так как требуется обеспечнть регулярную структуру фотоприемника и возможность считывания электрического сигнала с элементов матРицы, 45 единичная строка которой содержит

10 элементов.

Цель изобретения — повышение точности контроля и устранение влияния ,смещения стекловолокна на Результат.контроля.

Поставленная цель достигается .тем, что устройство для контроля диаметра. стекловолокна, содержащее источник излучения и контрольный

55 канал, образованный последовательно расположенными коллиматором, трансформатором изображения и фотоприемником, снабжено диафрагмой, установленной между.коллиматором и трансформатором изображения с воэможностью 60 перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси, на величи ну, равную или превышающую допуск на поперечное смещение стекловолокна в зоне контроля, светоделителем и 65

Фурье-преобразователем, последовательно расположенными между трансформатором изображения и фотоприемником, эталонным каналом, образованным последовательно расположенными на одной оптической оси коллиматором, неподвижной диафрагмой, эталонным волокном, установленным симметрично относительно отверстия диифрагмы, трансформатором изображения, светоделителем, Фурье-преобразователем и фотоприемником, двумя фотоприем-. никами, каждый из которых установлен на выходе светового потока излучения из светоделителя в плоскости, перпендикулярной оптической оси канала, анализатором изображения, электрически связанным с этими фотоприемниками, н анализатором спектра, электрически связанным с анализатором изображения и фотоприемниками каналов.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для. контроля диаметра стекловолокна, на фиг.2 — пространственное положение диафрагмы контроль. ного канала, .в момент получения мини-, мального разностного сигнала; на фиг.3 — то же, в момент. получения максимального разностного сигнала.

Устройство содержит источник 1 излучения и контрольный канал 2, образованный последовательно расположенными коллиматором 3, трансформа гором 4 изображения и фотоприемником 5. Устройство снабжено диафрагмой б, установленной между коллиматором 3 и трансформатором 4 иэображения с возмржностью перемещения в плоскости оптической оси на величину, равную или превышающую допуск на поперечное смещение стекловолокна 7 в зоне контроля, светоделителем 8 и Фурье-преобразователем 9, последовательно расположенными между трансформатором 4 изображения и фотоприемником 5, эталонным каналом 10, образованным последовательно расположе .ными на одной оптической оси коллиматором 11, неподвижной диафрагмой 12, эталонным волокном 13, установленным симметрично относительно отверстия диафрагмы 12, трансформатором 14 изображения, светоделителем. 15, Фурье-преобразователем 1б и фотоприемником 17, двумя фотоприемниками 18 и 19, каждый из которых установлен на выходе светового потока излучения из светоделителей 8 и 15 в плоскости, перпендикулярной оптической оси канала, анализатором 20 иэображения, электрически связанным с фотоприемниками

18 и 19, и анализатором 21 спектра, электрически связанным с анализатором 20 изображения и фотоприемниками 5 и 17 каналов 2 и 10.1073569

U „ dq q

Устройство работает следующим обО разом.

Излучение от источника 1 излучения, сформированное коллиматором 3 и 11, освещает эталонное волокно 13 и стекловолокно 7. Эталонное волокно 13 устанавливается перпендикулярно оптической оси эталонного канала 10 симметрично относительно неподвижно расположенной диафрагмы 12.

Разностный сигнал от эталонного волок-1О на 13 и диафрагмы 12 преобразуется в трансформаторе 14 изображения и поступает на светоделитель 15, где формируется сигнал для анализатора 20 . изображения. Диафрагма 6 перемеща- 35 ется в плоскости, перпендикулярной оптической оси контрольного канала 2, ° параллельно плоскости расположения входного торца трансформатора 4 иэображения. В момент, когда стекловолок- gg но 7 находится симметрично относительно боковых сторон диафрагмы 6, раз-. ностный сигнал попадает на трансформатор 4 изображения, служащий для преобразования иэображения стекловолокна 7, и затем на светоделитель 8, который формирует сигнал для анализатора 20 изображения и анализатора 21 спектра. Сигналы, снимаемые с фотоприемников 18 и 19, расположенных в плоскости формирования изображения эталонного волокна 13 и стекловолокна 7, поступают в анализатор 20 изображения. Диаметр стекловолокна 7 определяется в момент получения минимального раз-. 35 ностного сигнала в анализаторе 20 изображения. Интенсивность J оптического сигнала в плоскости расположения .фотоприемника 17 эталонного канала равна 10 40

З,-(Е„,-d, ац„ .где 8 — поперечный размер диафэ рагмы 12; оз - диаметР т ло ого во- 45 локна 13;

6 — продольный размер диафрагмы 12 °

Аналогично, интенсивность оптического сигнала в контрольном канале 2 5О в случае, когда стекловолокно 7 находится в пределах диафрагмы б контрольного канала 2 равна

Наличие в предлагаемом устройстве эталонного и контрольного каналов с оконтуривающими диафрагмами, одна из которых является неподвижной, а другая с возможностью перемещения " в плоскости оптической оси на величину, равную или превышающую допуск на поперечное смещение волокна, позволяет при одновременном проведении измерений в плоскости иэображения и спектральной плоскости повысить точность контроля до 1% диаметра волокна 8, при допустимом смещении стекловолокна Ь g 10-10 а ц от21 носительно оптической.оси контрольного канала. Повышение точности контроля обеспечивается установкой в каждом канале между коллиматором и трансформатором изображения диафрагмы, оконтуривающей изображение стекло-. волокна, и осуществляется эа счет д„-е„„е„„.

При идентичных габаритах диафрагм

6 и 12 (8„ = „„ „, „ =р„ g„) разност ный сигнал в анализаторе 20 изображения в первом случае составляет 65 к Их„ к l g, при стекловолокне.7 вне диафрагмы б и служит для компенсации временного ухода мощности излучения источника 1 излучения. Во втором случае

Ок= 1«э-«к1

Ю однозначно определяется диаметром стекловолокна 7. Минимальный разностный сигнал пропорционален 3,„;„«„8<.

Кроме того, часть сигнала после све-. тоделителей 8 и 15 поступает на Фурьепреобразователи 9 и 16, осуществляющие оптическое преобразование сигнала, и через фотоприемники 5.-и 17 в анализатор 21 спектра. B этот момент анализатор 20 иэображения формирует сигнал управления, поступающий на анализатор 21 спектра, производящий измерение положения минимумов дифракционной картины, эталонного и контролируемого распределений, по которым определяется диаметр стекловолокна 7.

Диаметр стекловолокна 7 определяется в плоскости изображения и спектральной плоскости при симметричном положении стекловолокна 7 в контрольнбм канале 2 относительно краев .диафрагмы 6. В спектральной плоскости интенсивность сигнала составляет

Л,(1= псЯЕ„-«1Х„! Ъ). соз(а Е„«Ц„I4 ) где 1„ — пространственная частота, — длина волны источника излучения..

Диаметр стекловолокна 7 определяется по положению минимумов высокочастотного заполнения соб(ЗФ (Eg- d ) 1х 4 1 в пределах главного лепестка огибаящей распределения. Окончательное значение диаметра стекловолокна 7,нахо дится как среднее арифметическое результатов измерений в плоскости изображений и в спектральной плоскости.

1073569

Составитель Л.Лобзова

Техред Л.Микеш Корректор М.Шароши, Редактор К,Волощук

Заказ 312/38

Тираж 587 Подписное

БНИИПИ 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 устранвния неинформативной части оптического сигнала - участков коллимированного пучка, освещающего волокно. За счет; того, что диафрагма в контрольном канале перемещается, а йзмерение диаметра. стекловолокна 5 нроиэводится в момент получения минимального раэностного сигнала в

; блоке анализатора изображения, смещение волокна не оказывает существенного влияния на точность контроля.До- -30 полнительное повышение точности конт- . роля осуществляется за счет одновременного измерения диаметра волокна по его изображению и по Фурье-" спектру. Окончательная величина диа-. метра соответствует среднеарифметическому значению двух указанных измерений .

Применение микроволноводов в качестве основных функциональных элементов оптического тракта:коллиматоров, трансформаторов изображения, Фурье-преобразователей, позволяет уменьшить габариты устройства контроля, снизить влияние на его работу внешних дестабилизирующих факторов (фоновых засветок, вибраций), сделать его пригодным для работы в ус« ловиях массового производства.