Способ контроля диаметра микропроволоки и устройство для его осуществления

 

1. Способ контроля диаметра микропроволоки, заключающийся в том, что получают световой пучок с круговой симметрией, размещают на его пути контролируемую микропроволоку, формируют увеличенное изображение участка микропроволоки, сканируют изображение в поперечном направлении, раздваивают его на два полуконтрастных , из которых одно - прямое, а другое - повернутое на 180, регисФрируют в моменты касания и разъединения движ щихся в противоположные стороны полуконтрастных изображений изменения светового потока, преобразуют его в импульсы фототока и определяют диаметр микропроволоки, о тличающийся тем, что, с целью повьшюния точности контроля, перед сканированием изображения в поперечном направлении трансформируют пучок лучей с круговой симметрией в пучок лучей протяженной формы, формируемое изображение располагают вдоль протяженного пучка, делят протяженный пучок и формируемое изображение в поперечном направлении на два идентичных оптических канала и определяют диаметр микропроволоки по полусумме длительностей импульсов фототоков, снимаемых с обоих каналов. 2. Устройство для контроля диаметра микропроволоки,содержащее лазер, светоделительную пластину, делящую световой поток на две ветви, последовательно расположенные в одной ветви коллгошрующую систему, оптический элемент, сканирующий элемент и све .торасщепляющ то призму, двухщелевую i диафрагму и два фотоэлемента, установленные по одну сторону сканирующего элемента, последовательно расположенные в другой ветви коллимируюС щую систему, призму и фотоэлемент и блок обработки, связанный с выходами фотоэлементов, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности контроля диаметра микропроволоки , оно снабжено последовательно со расположенными в первой ветви за опО5 тическим злe eнтoм цилиндрической и отражательной призмой, делящей световой пучок на два оптических канала , четырьмя зеркалами, установленными попарно в оптических каналах по разные,„стороны сканир пощего элемента, второй светорасщепляющей призмой, второй двухщелевой диафрагмой и двумя фотоэлементами, последовательно ЗстановлемныгШ по другую CTopoiiy сканирующего , второй светоделительной пластиной, установленной в другой ветви, за призмой, по другую сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленным на пути от

союз совктсних ссциАлистич если х

Респу Блин

С 01 В.11/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

31 госудА1 отвеянный комитет ссср пс дкллм иаоБР1=тоний и отирцтий (21) 3508589/25-28 (22) 05. 11.82 (46) 07.06.84. Бюл. - 21 (72) В.К. Александров, В.Н. Ильин и С.В. Прядченка (71) Институт электроники АН Белорусской ССР (53) 531.715.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И- 765651, кл. G 01 В l1/08, 1980 (прототип).

Z. Авторское свидетельство СССР и 745241, кл. G 01 В 11/08, 1980 (пратотип). (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА МИКРОПРОВОЛОКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ контроля диаметра микропроволоки, заключающийся в том, что получают световой пучок с круговой симметрией, размещают на его пути контролируемую микроправолоку, формируют увеличенное изображение участка микропроволоки, сканируют изображение в поперечном направлении, раздваивают его на два полуконтрастных, из которых одно — прямое, а друо гое — повернутое на 180, регистрируют в моменты касания и разъединения движущихся в противоположные стороны полуконтрастных изображений изменения светового потока, преобразуют ега в импульсы фототока и определяют диаметр микропровалаки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьш!ения точности контроля, перед сканированием изображения в поперечном направлении трансформируют пучок лучей с круговой симметрией в пучок лучей протяженной формы, формируемое изображение располага!от

„„SU„„1096493 вдоль протяженного пучка, делят протяженный пучак !! формируемое изображение в поперечном направлении на два идентичных оптических канала и определяют диаметр микропроволаки по полусумме длительностей импульсов фатотоков, снимаемых с обоих каналов.

2. Устройство для контроля диаметра микроправолоки,содержащее лазер, светоделительпую пластину, делящую световой поток на две ветви, последовательно расположенные в одной ветви коллимирующую систему, оптический элемент, сканирующий элемент и светорасщепляющую призму, двухщелевую диафрагму и два фотоэлемента, установленные по одну сторону сканирующего элемента последовательно расположенные в другой ветви коллимирующую систек!у, призму и фотоэлемент и блок обработки, связанный с выходами фотоэлементов, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности контроля диаметра микроправолоки, оно снабжено последовательно расположенными в первой ветви за оптическим элементом цилиндрической и отражательной призк!ай, делящей световой пучок на два оптических канала, четырьмя зеркаламн, установленными попарно в оптических кана!!ах па разные,стороны сканирующего элемента, второй светорасщепляющ-й призмой, второй двухщелевой диафрагмой и двумя фатаэле!!ентак!и, последовательна установленными па другую сторону сканирующего элсмента, второй светоделГ! ельнай и!!аст!гной > установленной в другой ветви, за призмой, по другую сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленными! на пути атраженного от второи светсделительной пластины луча по Одну сторону ска ниру|ощего элемента, зеркалом, установленным на пути прошедшего через вторую светоделительную пластину луча по другую сторону сканирующего элемента, и точечной диафрагм .я, установленной перед фотоэлемента этой ветви, а выходы дополнительных фотоэлементов связаны с блоком обработки лаки.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптико-эл"ктронным способам и устройствам контроля геометрических размеров протяженных микрообьектов типа мпкропроволок, нитей, оптических волокона

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо соб контроля диаметра микропроволоки, заключающийся в том, чта получают световой пучок с круговой симметрией, размещают на его пути контролируемую микропроволоку, формируют увеличенное изображение участка мнкропроволоки, сканируют изображение в поперечном направлении, раз-дваивают его на два полуконтрастных, из которых одно — прямое, а другоеповернутое на 180, регистрируют в моменты касания и разъединения движущихся в противоположные стороны полуконтрастных изображений измененпя светового потока, преобразуют его в импульсы фототока и определяют

Г дпаметр микропроволоки (. 1Д.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройства цля контроля диаметра микропроволаки, содержащее лазер, светоделителъную пластину., делящую световой поток на две ветви, последоВательно раслоложее?ные в Одной вет ви коллимпрующую систему оптический элемент, сканирующий элемент и светорасщепляющую призму, двухщелевую диафрагму и два фотоэлемента, установленные по одну сторону сканирующего элемента, последовательно расположенные в другой ветви коллимирующую систему, призму и фатоэлемепт, и блок обработки, связанный с выходами фотоэлементов L 2.t.

Недостатком извест?ых способа и устройства для его осуществления яв" ляется низкая точность контроля.

28

46

45 х

Цель изобретения — повышение точности контроля диаметра микропровоПоставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля диаметра микропроволоки, заключающемуся в том, что получают световой пучок с круговой симметрией, размещают на

его пути контролируемую микропровалоку, формируют увеличенное изображение участка микропроволоки, сканируют изображение в поперечном направлении, раздваивают его на два полуконтрастных, из которых одно прямое, а,д,ругое — повернутое на

180 „ регистрируют в моменты касания и разъединения движущихся в противоположные стороны полуконтрастньгх изображений изменения светового потока, преобразуют его в импульсы фототока и определяют диаметр микропроволоки, перед сканированием изображения в поперечном направлении трансформируют пучок лучей с круговой симметрией в пучок лучей протяженной формы, формируемое изображение располагают вдоль протяженного пучка, делят протяженный пучок и формируемое изображение в поперчном направлении на два идентичных оптических канала и определяют диаметр микропровалоки по полусумме длительностей импульсов фототоков, снимаемых с обоих каналов.

Устройство для контроля диаметра микронроволоки, содержащее лазер, светоделительную пластину, делящую светойой поток на две ветви, последовательно расположенные в одной ветвч коллимирующую систему, оптический элемент, сканирующий элемент и светорасщепляющую призму, двухщелевую диафрагму и два фотоэлемента, установленные по одну сторону сканирующего элемента, последовательно о расположенные в другой ветви коллимирующую систему, призму и фотоэлез 10964 мент и блок обработки, связанный с выходами фотоэлементов, снабжено последовательно расположенными в первой ветви за оптическим элементом цилиндрической линзой и отражательной призмой, делящей световой пучок на два оптических канала, четырьмя зеркалами, установленными попарно в оптических каналах по разные стороны сканирующего элемента. вто- 10 рой светорасщепляющей призмой, второй двухщелевой диафрагмой и двумя фотоэлементами, последовательно установленными по другую сторону сканирующего элемента, второй светодели- 15 тельнбй пластиной, установленной в другой ветви, за призмой, по другую сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленным на пути отраженного от второй светоделительной 20 пластины луча по одну сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленным на пути прошедшего через вторую светоделительную пластину луча по другую сторону сканирующего 25 элемента, и точечной диафрагмой, установленной перед фотоэлементом этой ветви, а выходы дополнительных фотоэлементов связаны с блоком обработки. 30

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для контроля диаметра микропроволоки; на фиг. 2 изображения участков микропроволоки

В первом и Втором каналах сформиро ванные в плоскостях первой и второй двухщелевых диафрагм,: на фиг. 3— упрощенная временная диаграмма электрических импульсов блока обработки.

Устройство содержит лазер 1, пер- 40 вую светоделительную пластину 2, в ходе первого светового луча от которой расположены первая коллимирующая система 3, оптический элемент 4, цилиндрическая линза 5 и отражательная 45 призма 6, от которой в ходе первого отраженного пучка расположены первое

7 и второе 8 зеркала, первая светорасщепляющая призма 9, первая двухщелевая диафрагма 10, первый 11 и 50 третий 12 фотоэлементы, в ходе второго отраженного от отражательной призмы 6 пучка — третье 13 и четвертое 14 зеркала, вторая светорасщепляющая призма 15, вторая двухщелевая,55 диафрагма 16, четвертый 17 и пятый

18 фотоэлементы,а в ходе другого светового луча за светоделительной плас93 4 тиной 2 — вторая коллимирующая система 19, поворачивающая призма 20 и вторая светоделительная пластина 21, в отраженном луче которой находится пятое зеркало 22, а в прошедшем сквозь нее луче — шестое зеркало 23, точечная диафрагма 24 и второй фотоэлемент 25, выходы всех фотоэлементов связаны с входами блока 26 обработки, 1причем сканирующий элемент 27 размещен в ходе световых лучей, параллельных между собой, проходящих через одни и те же грани сканирующего элемента и лежащих в одной плоскости соответственно между вторым зеркалом

8 и первой светорасщепляющей призмой

9, четвертым зеркалом 14 и второй светорасщепляющей призмой 15, второй светоделительной пластиной 21 и пятым зеркалом 22. Микропроволоку 28 размещают перед оптическим элементом 4.

Устройство работает следующим образом.

Свет от лазера 1 падает на светоделительную пластину 2, разделяющую его на два луча равной интенсивности.

Отраженный от светоделительной пластины 2 луч, пройдя первую коллимирующую систему 3, освещает контролируемую микропроволоку 28. Оптический элемент 4 формирует увеличенное изображение микропроволоки 28 в пучке лучей с круговой симметрией, а цилиндрическая линза 5 преобразует этот пучок лучей в пучок протяженной формы. Посредством отражательной призмы 6 изображение микропроволоки в пучке лучей протяженной формы разделяется в поперечном направлении на два равных компонента. Пер вая часть изображения посредством первого 7 и второго 8 зеркал направляется на сканирующий элемент 27 со стороны грани A. Неподвижное изображение преобразуется на выхоце сканирующего элемента 27 (грань В) в движущееся параллельно самому себе.

Величина смещения зависит от толщины материала сканирующего элемента .27, его показателя преломления и угла поворота. Далее изображение подается на светорасщепляющую призму 9 и последовательно проходит ее первую и вторую оптические оси, проходящие через центры крыш. На светоделительном покрытии падающее изображение раздваивается на два полуконтрастных1096493 прямое и повернутое на 180, вследствие чего оба полуконтрастных изоб". ражения движутся со скоростью V навстречу друг другу, и на оптической оси (первая крыша); происходит ка- 5 сание их одноименных кромок. В момент касания происходит изменение освещенности на первой щели двухщелевой диафрагмы 10, которое регистрируется фотоэлементом 11. При дальней- 1() шем движении по)пуконтрастные изображения расходятся в противоположные стороны, а изменение светового потока в момент их разъединения также фиксируется .фотоэлементом 11. 15 далее изображение падает на второе светоделительное покрытие призмы

9 .и претерпевает все перечисленные оптические преобразования. Изменение светового потока, прошедшего через вторую щель двухщелевой диафрагмы 10 в моменты касания и разъединения по" луконтрастных изображений, регистрируется третьим фотоэлементом (2. Импульсы фототоков с обоих фотоэлементов поступают на входы блока 26 обработки. Вторая часть изображения от отражательной призмы 6 посредством третьего 13 и четвертого 14 зеркал направляется также на сканирующий элемент- 27, но уже со.стороны грани

В (грани А и В противолежащие). Это изображение также преобразуется в движущееся, причем направление его движения противоположно направлению двюкения первого изображения. Далее изображение падает на вторую светорасщепляющую призму 15, в которой претерпевает такие же преобразова40 ния, как и на светорасщепляющей призме 9 ° На щелях двухщелевой диафрагмы 16 также последовательно происходит изменение световых потоКоВ в моменты касания и разъединения

4 полуконтрастных изображений, которые регистрируются соответственно четвертым 17 и пятым 18 фотоэлементами.

Импульсы фототоков с этих фотоэлементов также поступают на соответствую" щие входы блока 26 обработки. Про-шедший светоделительную пластину 2 луч падает на вторую коллимирующую о систему 19, разворачивается на 90 поворачивающей призмой 20 и направляется на вторую светоделительную пластину 21, которая вместе с пятым зеркалом 22, шесть)м зеркчом 23, точечной диафрагмой 24 и вторым фото-. элементом 25 образуют однолучевсй интерферометр с фотоэлектрическим считыванием. В измерительном плече интерферометра, которое образует вторая светоделительная призма 21 и пятое зеркало 22, вращается сканирующий элемент 27, что выз((вает изменение разности хода лучей и движение интерференционных полос, которое регистрируется фотоэлементом 25, связанным с соответствующим входом блока 26 обработки.

Разность хода 6х в плечах интерферометра зависит от параметров сканирующего элемента 27 и выражается следующей формулой

2)x = 2(.1(! и — з(п i соз(- (+ ()

Г2 ( где () - толщина материала сканирующего элемента.

Фотоэлемент 25 в единицу времени регистрирует определенное число интерференционных полос — 2дх/Р

> — - длина волны света, Его выходные импульсы используются в качестве квантуощих импульсов (фиг. 3) .

На выходе первого 11, третьего 12, четвертого 17 и пятого 18 фотоэлементов появляются импульсы с длительностью Т, пропорциональной РазмеРу Е изображения микропроволоки 28 и обратно пропорциональной скорости сканирования - /

С

Иэ расчета параметров сканирующего элемента 27 размер изображения находится как

2 . 2.

7=(Б(((((-соз1/ ((-з и или через разность хода и х интерферометра . =»(»»»(((ах))((-с»»(((»»())

1(г» -s » (ô»()

С учетом указанных формул блок 26 обработки-осуществляет вычисление действитецьного размера микропроволоки с исключением действия на объект вибрации .на измерительной позиции предлагаемого устройства. Полусумма длительностей импульсов фототоков вычисляется соответственно с первого 12 и четвертого 18 фотоэлементов. упрощенную формулу для расчета ди1096493

f0

20

ЗО

45 аметра микропроволоки можно записать следующим образом где — линейное увеличение оптического элемента 4 и цилиндрической линзы э.

В предлагаемом способе при сканировании полуконтрастные изображения в каждом канале движутся в противоположные стороны. В моменты касания и разъединения полуконтрастных иэображений на щелях Н1 и Н (фиг. 2) наблюдается резкое изменение освещенности, причем, если на щели Н1 регистрируют световой поток в момент касания одноименных кромок изображений 53, то на щели Н2 (если отсутствует вибрация) в то же время регистрируют световой поток в момент разъединения полуконтрастных изображений по кромкам y v . При

f дальнейшем движении изображений в первом канале на щели Н регистрируют световой поток в момент разъединения полуконтрастных изображений по кромками а, а на щели Н вЂ” в момент касания по кромкам о Б. Световые потоки преобразуют в импульсы фототока, длительности которых пропорциональны размеру изображения микропроволоки 28. Таким образом, получают два независимых измерения с соседних участков микропроволоки..

Действие вибрации или поперечного смещения объекта на измерительной позиции аналогично смещению изобра жений друг относительно друга, вызванного их сканированием, т.е. полуконтрастные изображения смещаются в плоскости щелевых диафрагм синхронно в разные стороны. В каждом канале действие вибрации на движение полуконтрастных изображений оказывает противоположное действие: если в первом канале скорости смещения изображений от действия вибрации 1 и сканирования 7с складываются (фиг. 2) . то во втором — вычитаются, т.е.

РЕЗ1 Б С рЕзг В

Первому случают соответствует ! длительность Т импульса фототока (фиг. 3), который короче, чем импульс Т „, полученный при отсутст-! вии вибрации, а второму случаю— д ительность Т", который длинее Т„ м

В общем случае можно записать

1 1 II II .нп м Т Т Тном °

А действие вибрации на результат измерения исключается путем нахожЦ дения полусуммы длительностей Т и Т

Т =(Т + Т )/2.

Таким образом, предлагаемый способ контроля диаметра миКропроволоки и устройство для его реализации обеспечивают контроль в процессе движения и при наличии поперечных смещений на измерительной позиции (вибра1Л й) . Так как вибрация может искажать длительности импульсов фототоков на 507. и более, то повышение точности контроля при ее исключении постигает нескольких десятков раз.

Способ и устройство для его реализации могут найти широкое применение в точном машиностроении, в электронной, радиотехнической, электротехнической промьппленности и других отраслях для контроля размеров различных протяженных микрообъектов — диаметров микропроволок, нитей, оптических волокон непосредственно в процессе изготовления (волочение, вытяжка, травление, нанесение покрытий и т.н ) и в присутствии вибраций.

1096493

1096493

Заказ 3787/29

Тираж 587 Подписное

BHHHIIH 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

Составитель Л. Лобзова

Редактор H. Дербак Техред М.Кузьма Корректор Л. Шеньо