Устройство для измерения диаметра световодов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для управления процессом вытягивания волоконных световодов. Цель изобретения - повышение точности измерения диаметра колеблющегося световода. Осветитель 1 освещает световод 11t Теневое изображение световода 11 переносится объективом 2 на приборе с зарядовой связью (ПЗС) 3. Оптическая ось объектива 2 пересекается с оптической осью осветителя 1. п (/) - г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G 01 В 21/00

1 с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3854251/24-28 ,(22) 25.12.84 (46) 23.05.86. Бюл. Ф !9 (72) 10,Н. Храмов, Н.Н. Романова, Н.П. Лесковская, С.Н. Масленников и С.А. Демидов (53) 531. 717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 511519, кл. G 01 В 11/08, G 01 В 9/08, 1975.

Гаськов П.И. Оптоэлектронные развертывающие полупроводниковые преобразователи в измерительной технике.

Изд-во Томского университета, 1978, с. 103. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА СВЕТОВОДОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для управления процессом вытягивания волоконных световодов. Цель изобретения — повьппение точности измерения диаметра колеблющегося световода. Осветитель 1 освещает световод 11. Теневое изображение световода 11 переносится объективом 2 на приборе с зарядовой связью (ПЗС) 3.

Оптическая ось объектива 2 пересекается с оптической осью осветителя 1.

1232944

Из сигнала, снимаемого с ПЗС 3, управляемого блоком 4 управления, выделяются временные интервалы. Длительности временных интервалов связаны с положением световода 11 относительно предметной плоскости объектива 2 и диаметром световода 11. ИнтерИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для управления процессом вытягивания волоконных световодов.

Целью изобретения является повышение точности измерений диаметра колеблющихся световодов за счет автоматической фокусировки.

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 ход лучей при освещении световода; на фиг.,4 — теневое изображение световода; на фиг. 5 — сигнал., формируемый на выходе линейного фотопреобразователя; на фиг. 6 — принципи- 15 альная схема блока управления; на л фиг.7 — схема подключениялинейного фотопреобразователя;на фиг.8 — функциональная схема блока временной селекции; на фиг. 9а,б — временные диаграммы работы блока управления; на фиг. 10 — принципиальная схема блока задержки; на фиг. 11 — временные диаграммы работы блока задержки; на фиг. 12 — структурная схема блока вы- числений; на фиг, 13 — алгоритм работы блока вычислений.

Устройство содержит оптически связанные осветитель 1 и объектив 2, оп- 30 тические оси которых пересекаются под углом от десяти до пятнадцати градусов, линейный фотопреобразователь, выполненный на приборе 3 с зарядовой связью (ПЗС), блок 4 управления, выxîäû которого соединены с управляющими входами линейного фотопреобразователя, блок 5 временной селекции., входы которого подключены к выходам линейного фотопреобразователя, счетчики 6-8, входы которых подключены к выходам блока 5 времеНной селеквалы заполняются импульсами, число которых запоминается регистрами 6, 7,8. Блок 9 вычислений вычисляет диаметр световода 11 и его смещение, управляяпривоцом 10, перемещающим обьектив 2, и осуществляя автоматическую фокусировку обьектива1.1з.п.ф-лы,13ил. ции, блок 9 вычислений, входы которого подключены к выходам счетчиков

6-8, привод 10, вход которого подключен к выходу блока 9 вычислений, выход привода 10 связан с объективом 2, имеющим возможность перемещаться вдоль оптической оси.

Измеряется диаметр световода 11, расположенного в зоне пересечения оптических осей осветителя 1 и объектива 2.

Блок 4 управления (фиг. 6) выполнен в виде генератора 12, счетчика

i3, формирователя 14 фазных последовательностей, ключевых усилителей 15.

Блок 5 временной селекции (фиг. 8) выполнен в виде счетчика 16, элементов И-НЕ 17 и 18, инверторов 19 и 20, элемента И-НЕ 21, инверторов

19 и 20,, элемента И-НЕ Zi триггера 22, элемента ИЛИ 23, инвертора 24, элемента И-НЕ 25, элемента 26 задержки, элемента И-НЕ 27, триггеров 2830, элемента И-НЕ 31.

Элемент 26 задержки (фиг. 10) выполнен в ниде диода 32, конденсатора 33, инверторов 34 и 35, конденсатора 36,. резистора 37, инверторов

38 и 39.

Блок 9 вычисления (фиг, 12) выполнен в виде интерфейсов 40 и 41, центрального процессора 42, запоминающего узла 43, подключенных к каналу 44.

Устройство работает следующим образом,, Параллельный пучок лучей, формируемый осветителем 1 падает на световод 11. Частично отразившись от отражающих поверхностей световода 11 (фиг. 2), пучки лучей попадают в объектив 2, оптическая ось которого

12329 пересекается с оптической осью осветителя 1, строящего теневое изображение световода 11 на поверхности ПЗС 3 (фиг. 3). Теневое изображение световода 11 имеет светлую зону, формирую щуюся от пучков лучей, прошедших через центральную зону световода 11, и ряд чередующихся светлых и темных полос, расположенных по обе стороны от центральной светлой зоны (фиг. 4).10

Расстояние d между границами чередующихся светлых и темных полос пропорционально диаметру световода 11.

Соотношение линейных размеров зон со светлыми и темными полосами п 15 и п, расположенных по обе стороны от центральной зоны светлого участка, зависит от положения световода 11 относительно предметной плоскости объектива 2. 20

При нахождении световода 11 перед и после предметной плоскости объектива 2 (фиг. 2) разность линейных размеров зон и, и п изменяет знак, так как линейный размер В С,, В С между 2S отражающими поверхностями световода

11, имеющего линейный размер B,L, В L трансформируется объективом 2 в неодинаковые линейные размеры изоб ражений В,С,, В С (фиг. 3), т.е. по разности линейных размеров зон и,, п можно судить о смещении световода 11 относительно предметной плоскости объектива 2.

Теневое иэображение световода 11, спроецированное на фоточувствительную поверхность ПЗС 3, преобразуется в последовательность импульсов, огибающая которых пропорциональна рас40 пределению освещенности по фоточувствительной поверхности ПЗС 3 (фиг. 5).

Опрос ПЗС 3 осуществляется сигналами, формируемыми блоком 4 управления.

Генератор 12 (фиг. 6) формирует импульсы, поступающие на счетчик 13, формирующий временной интервал, равный времени вывода информации с

ПЗС 3, в течение которого формирова- 0 тель 14 фазных последовательностей формирует импульсы опроса, которые усиливаются ключевыми усилителями 15 и поступают на ПЗС 3 (фиг. 7).

Последовательность импульсов, 55 формируемая на выходе ПЗС 3, поступает на вход блока 5 временной селекции (фиг. 8).

44 4

Импульс За сбрасывает счетчик 16, пройдя через инвертор 24, устанавливает триггеры 22 и 28 в состояние

"Лог. 0", пройдя через элемент ИЛИ 23, устанавливает триггер 29 в состояние

"Лог. 0".

Тактирующие импульсы Зв поступают на первый вход элемента И 17, с выхода которого поступают на вход счетчика 16. С выхода счетчика 16 поступает сигнал "Лог. 1" на второй вход элемента И 17.

После прохождения ряда импульсов на вход счетчика 16, количество которых определяется неинформационной зоной огибающих сигналов, формируемых на выходе ПЗС 3, на выходе счетчика 16 формируется сигнал "Лог. 1", поступающий на первый вход элемента

И-НЕ 18, и сигнал "Лог. 0", поступающий на второй вход элемента И-НЕ 17, закрывая его. На второй вход элемента И-НЕ 18 через инвертор 19 поступают сигналы Зб с ПЗС 3. На третий вход элемента И-НЕ 18 поступают импульсы Зв тактовой частоты опроса

ПЗС 3.

На выходе элемента И-НЕ 18 последовательно формируются две пачки импульсов ° Количество импульсов в каждой пачке определяется соответственно ширинои зон n, n (фиг 4), 8 и г (фиг. 5) .

Импульсы, формируемые элементом

И-HE 18, инвертируются инвертором 20 и поступают на первый вход элемента.

И-НЕ 21.

При формировании сигнала "Лог. 0" на выходе элемента И-HE 18 этот сигнал перебрасывает в состояние

"Лог. 1" триггеры 30 и 29.

Сигнал "Лог. 1" с выхода триггера 30 поступает на первый вход элемента И-НЕ 31, на второй вход которого поступает импульсы Зв тактовой частоты. На выходе элемента И-HE 31 начинает формироваться последовательность импульсов, начало которой определяется началом зоны о (фиг.5).

Сигнал "Лог. 1" с выхода триггера 29 поступает на первый вход элемента И-HE 27, на второй вход которого поступает сигнал с выхода элемента 26 задержки, на вход которого поступают сигналы Зб с выхода ПЗС 3.

После окончания эоны S (фиг.5) элемент 26 задержки формирует импульс, который, пройдя элемент И-НЕ 27, 1 2329 4 перебрасывает триггер 28 в состояние

"Лог. 1". Сигнал "Лог. 1", сформированный на выходе триггера 28, поступает на второй вход элемента И-НЕ 21.

Вторая пачка импульсов, формируемая на выходе инвертора 20, инвертируется элементом И-НЕ 21 и поступает на выход блока.

Первый отрицательный импульс, формируемый на выходе элемента

И-НЕ 21, соответствующий по времени началу зоны Y (фиг. 5), перебрасывает триггер 22 в состояние "Лог. 1". Сиг.— и

15 нал Лог. 1 поступает на первый вход элемента И-НЕ 25, на второй вход которого поступают импульсы Зб с выхода ПЗС 3.

При поступлении на второй вход

20 элемента И-НЕ 25 импульса, соответствующего началу зоны ) (фиг. 5), на его выходе формируется импульс, перебрасывающий триггер 30 в состояние

Лог, 0". Сигнал "Лог. 0" запирает элемент И-НЕ 31, последовательность ! импульсов на выходе которого прекращается.

На выходе элемента И-НЕ 31 формируется пачка импульсов. Количество

30 импульсов в пачке связано с временным интервалом от начала зоны 3 до окончания зоны (фиг. 5), т.е. равно диаметру световода 11.

Импульсы 3б с ПЗС 3 поступают на пиковый детектор элемента 26 задержки (фиг, 11), выполненного на диоде

32 и конденсаторе 33. Сигналы, формируемые на конденсаторе 33, дважды инвертируются инверторами 3ч и 35, дифференцируются КС-цепочкой, сос49 тоящей из конденсатора 36 и резистора 37, детектируются и инвертируются инверторами 38 и 39, Импульсные последовательности с. элементов И-НЕ 18, 21,, 31 поступают в регистры 6-8. На выходах регистров после каэкдого цикла опроc:à ПЗС 3 формируются двоичные пары чисел, значения которых пропорциональны сумме линейных размеров зон и и и п и д (фиг 4)

Коды чисел, записанных в регистры 6-8, поступают в блок 9 вычислений (фиг, 12) через интерфейс 41, запоминаются в запоминающем узле 43.

Центральный процессор 42 производит обработку информации по жесткому алгоритму {фиг. 13).

Центральный процессор производит вычисление величины зоны и находит отношение и, /n„ n,-п . Если отношение n,/n, равно эталонному

oTHoIIIeHNIo (n /и ) то содержимое регистра 9 заносится в статистическую та(элицу, в которой накапливаются значения., соответствующие N замерам.

При проведении N замеров вычисляется усредненное значение диаметра световода d,, которое сравнивается с эталонным значением с1

При неравенстве результатов сравнения эпределяется знак отклонения и формируется команда на увеличение или уменьшение скорости вытяжки све— топода 11.

При неравенстве отношения п /и эталонному отношению (и,/n ) сравнивается вычисленное значение и, — и с эталонным значением (п1-п )9 и анализируется знак разности. В зависимости от знака разности формируется команда на шаговый двигатель йривоца 10, перемещающего объектив 2 до положения, при котором и,/n равно

,n,/n ),, что с вет уе совмещению предметной плоскости объектива 2 с зоной нахождения световода 11 °

Использование устройства позволяет повысить точность измерения за счет уменьшения масштабной погрешности при перемещении световода в зоне контроля путем автоматической фокусировки объектива. формула изобретения

1. Устройство для измерения диаметра световодов, содержащее оптически связанные осветитель и обьектив, работающий на конечное расстояние, линейный фотопреобразователь, блок управления, выходы которого соединены управляющими входами линейного фотопреоб1эазователя, блок временной селекции,, входы которого подключены к выходам линейного фотопреобразова— теля, блок вычислений, о т л и а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения тсчности измерений диаметра колеблющихся световодов, оно снабжено прив(Эдом р BbIxop KoTopoI o свя зан с объективом, вход привода подключен к выходу блока вычислений, тремя регистрами, выходы которых соединены с входами блока вычислений, 12 37944 секаются.

Фиг. 3 входы регистров подключены к выходам блока временной селекции, а оптические оси осветителя и объектива пере2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оптические оси осветителя и объектива пересекао

5 ются под углом 10-15

1232944

Щг.4 а р Ю г 7

1232944

)232944 изз

039

И 35

03б

l232944

Фиа Q

BHHHIIH Заказ 2757/40 ТиРаж 670 Подписное

Произн.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4