Способ измерения диаметра волокна

 

Изобретение относи гея к измерительной технике и прецказна ено гпля измерения геометрических размеров золокон, в частности их диаметров м эллиптичности при возможном смещении волокна в плоскости измерения, Цель изобретения - повышение надежности измерения. Источники 1 и 2 света формируют расходящиеся световые пучки с шириной, превышающей диаметр голокна 3 Определяю координаты точек переселения касателоных к волокну or источника 1 с экраном 4. Определяют координаты точек пересечения касательных к волокну 3 лучей от источника 2 света с экраном 5. Определяют расчетн и путем диаметр волокна, его смещение относительно оси измерения, s также эллиптичч ст; сечения волокна. 1 ил.

COlC)3 C0!")ÅÒÑKÈÕ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

151)5 G 01 В 1 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

- !. Ъи

ОП ИСАН И Е И ЗОБ РЕТЕ Н И

К АВТОРс!< .ЗМУ:BYRD Е 1ЬСТВУ (21) 4691392/28 (22) 11.05.89 (46) 07.1 11,,92, Б1ол. Ц: 41 (7") Московский текстильный институт им.

A.H. Косыгина (72) С.А, Бондарев v А.,i, I имохин (56) 1,Г1этент Англии

M 1246099, кл. 61А, 1969.

2,Авторское сьидг. телi,ñòâî СССР

М 1226964, кл. г-"..x1 8 2 10, 183 (поототип). (54) Сг)ОСОБ Ыз М -" РЕ -ДАЛ,П . )АМ ЕТРА В г3ЛОКНА (57) Изобретение „); -Iîi;II -ся к измерительной;ехнике i: прг.:.-:ûçHà.ено для измере„„5%„„1714161 А1 ния геометрических рэзмеров золокон, в частности их диэметров и зллиптичности при возможном смещении волокна в плоскости измерения, Цель изобретения — повышение нэде>кности измерения. Источники 1 и? света формируют рэсходящиеся световые пучки с шириной, превышэгощей диаметр волокнэ 3. Определяют координаты точек пересечения кэсэггельных к волокну от источника 1 с экраном 4. Спределя.от координаты то 1ек пересече:1ия касательны„ к волокну 3 лучей от источникэ 2 света с зкраHof4 5. ОпределяfGT рэсчетн: м путем диаметр волокнэ. его r:мещение относительно оси измерения,:= -экже зллиптичност; сечения волокна, 1 v)r ..

1774161

Изобретение относится к измеритель»ой технике и предназначено для измерения геометрических размеров волокон, в частности их диаметров и эллипсности при возможном смещении волокна в плоскости измерения.

Известен способ измерения диаметра волокна, заключающийся в направлении на волокно пучка монохроматического света с целью получения и регистрации дифракционной картины (1).

Диаметр волокна определяется по расположению максимумов дифракционной картины. Недостатком метода является низ. кая динамическая точность измерения при пространственном перемещении волокна в процессе измерения. Наиболее близким техническим решением является способ измерения диаметра волокна, описанный в (2).

Способ заключается в том, что формируют два взаимно перпендикулярных световых пучка и направляют их на волокно так, что оси пучков перпендикулярны геометрической оси волокна, измеряют координаты точек пересечения лучей, касательных к поверхности волокна с двумя взаимно перпендикулярными параллельными геометрической оси волокна плоскостями и вычисляют диаметр волокна как разность между координатами каждой из плоскостей, поскольку лучи в каждом иэ пучков параллельны.

Недостатком укаэанного способа является невысокая надежность измерения, обусловленная тем, что при параллельных световых пучках расстояние между координатами точек пересечения касательных к волокну лучей от источников с экранами мало.

Метод не позволяет сформировать лучи расходящимися при возможности плоско-параллельного перемещения волокна относительно его оптической оси в процессе измерения.

Целью изобретения является повышение надежности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что формируют два взаимно перпендикулярных световых пучка и направляют их на волокно так, что оси пучков перпендикулярны геометрической оси волокна, измеряют координаты точек пересечения лучей, касательных к поверхности волокна с двумя взаимно перпендикулярнымии параллельными геометрической оси волокна плоскостями и определяют диаметр волокна, отличающийсg 1рМ, что, с целью повышения надежности измерения. световые пучки формируют расходящимися, с размерами, превышающими диаметр волокна в месте пересечения с пучками лучей, измерение в двух взаимно перпендикулярных плоскостях производят одновременно, а величину диаметра волокна определяют из выраже5 ния

Y5) d=2

10 р то Хе-Xo+" (ltd -(с(((t> /+а(а о- ("

Ы !хо х / (-X Ц о

I ( 4 "(("а "o+ tg — arity,, (а(с .у.-, У,.„, х, у(, Xa-X("g, X(+V + .X ь у(YY(4

2О Хо, Y0 — координаты первого источника света;

Х о, Y о — координаты второго источника света;

Х1, У1; Хз, Уз — координаты точек пере25 сечения касательных к волокну лучей от первого источника света с первой плоскостью;

X 1, Y 1; Х з, Y з — координаты точек пересечения касательных волокну лучей от второго источника света с второй плоскостью.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что допускает смещение волокна в пло 35 скости измерения и повышает надежность измерения при одинаковой разрешающей способности фотосчитывающих элементов в плоскостях измерения за счет проецирования сечения волокна на экраны с rio4О мощью расходящихся световых пучков с усилением. Таким образом, заявляемый способ соответствует критериям изобретения "новизна" и "существенные отличия".

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения диаметра волокна. устройство состоит из первого источника 1 света, второго источника 2 света, волокна 3, первого экрана 4, второго экрана 5, касательных к волокну лучей 6 и 7 от первого источника, касательных к волокну лучей 8 и

9 от второго источника, Первый и второй источники света фор55 мируют два взаимно перпендикулярно расходящихся световых пучка, направленных на волокно 3 в плоскости. перпендикулярной его геометрической оси. Первый источник 1 света имеет координаты (Хо, Yo) в плоскости измерения в прямоугольной сис1774161

6. Уравнение медианы 1 В:

Y = К2Х+ У2, I

К4=

v. -vt

xb — õt

К Y$ — Y) Х6-Х

У 2 = Y о К2(X о Х 2):

Y = К zX+ Y z.

Y4 = К2Х4+ Yz

У4 = К 2X4 + Y 2.

9. Уравнение луча 6:

Y= K1X+ У1.

10. Опустим перпендикуляр из центра сечения волокна на прямую 6 (Р(Х5, Y5)—

35 точка касания лучом 6 волокна 3) Уравнение перпендикуляра запишем с учетом, что его коэффициент наклона к оси

Х равен (- — ):

К1

К1—

Уо У1 х — х

С4 = Yy + g ) Х4

3. Коэффициент наклона луча 7 к оси Х: 1

45 У=- — Х+ С4

К1

Уо Уз

Кэ=

Хо — Хз

11. Координаты точки касания P(X5, У5) находим как решение системы уравнений

4. Коэффициент наклона медианы 1В к для прямых 1А и Ор оси X: 50

Y5 = К1Х5+ Y);

Kz = tg — (arctg г К j г ггсгц (Ka ) )) (1

У5=- — Х5+ С4.

К1

5. Смещение проекции медианы 1В по оси Y:

12. Радиус окружности в сечении волокна определяется расстоянием между точками O(X4, Y4) и Р(Х5, У5);

Y2 = Yo — К2(Хо ХЬ геме координат, второй источник 2 света имеет координаты (X p, Y o) в этой плоскости. Экраны 4 и 5 расположены в плоскости измерения перпендикулярно один к друго-. му. Источники 1 и 2 света формируют расходящиеся световые пучки с шириной, превышающей диаметр волокна в месте его расположения. Определяют координаты (Х1, Y1) и(Хз, Уз) точек пересечения касательных к волокну 3 лучей 6 и 7 от первого источника 1 с первым экраном 4. Onðåäåëÿют координаты (X1, У 1) и (Хэ, Y ç) точек пересечения касательных к волокну 3 лучей

8 и 9 от второго источника 2 света с вторым экраном 5. По измеренным координатам определяют диаметр волокна d, его смещение относительно геометрической оси Л Х и

ЛУ соответственно по осям координат Х и

У, а также эллипсность сечения е волокна, как отношение минимального измеренного диаметра к максимальному (е

=бмин/dMBKc)

Для пояснения способа измерения проведем следующие математические рассуждения.

1. Введем обозначения:

А(Х1, У1) — точка пересечения луча 6 с экраном 4:

С(Хз, Уз) — точка пересечения луча 7 с экраном 4;

A (X 1, Y 1) — точка пересечения луча 8 с экраном 5;

С (X з, Y з) — точка пересечения луча 9 с экраном 5;

B(XZ, У2) — точка пересечения медианы угла А1С с экраном 4;

В(Х 2, Y 2 — точка пересечения медианы угла А2С с экраном 5, 2, Коэффициент наклона луча 6 к оси Х:

5 7. Аналогично получаем уравнение медианы 2В:

15 К21=тц(1/2 f агст9 (К 11)+агст9(Кз 1) ) ) 8. Пересечение двух медиан определяет координаты центра сечения волокна 3, которые находятся иэ решения системы уравне- . ний:

1774161

13, Диаметр волокна d = 2R, 14. Смещение центра сечения волокна 5

0(X4, Y4) относительно оптической оси (Х,, Y о) определяется по двумя осям;

X = Х о-Х4;

У вЂ” Yî-У4

Предложенный метод позволяет определить величины перпендикуляров, опущенныхх из центра сечения волокна 0(Х4, Y4) 15 на лучи 6,7,8,9 и вычислить четыре раза значение диаметра волокна.

Полученные результаты можно использовать, во-первых, для повышения точности вычисления диаметра волокна, как средне- 20 арифметического четырех значений, во-вторых. можно определить зллипсность сечения волокна как отношение минимального из четырех измерений к максимальному: 25

Е = 0мин/бмакс.

30.

lo 1»

ls „x Хь

Х,-К,, К,-Х, Т y Хs те+ y х4

0 I 0

40 где Xo, Yo, Х о, Y а — координаты первого и второго соответственно источников света;

45 Х1, У1, Хз, Уз — координаты точек пересечения касательных к волокну лучей от первого источника света с первой плоскостью;

Х 1, Y 1. Х з, Y 3 — координаты точек пересечения касательных к волокну лучей От

50 второго источника. света с второй плоскостью;

Х4, Y4 — координаты центов сечения вслокна;

Х5, У5 кООрдинаты тОчки касания л»»»чО ."

55 волокна.

Р= g (X 4 Х5 )2 + (Y4 Y5 )2

Для практической реализации предложенного метода использовалась следующая аппаратура. В качестве точечных источников света для расходящихся пучков применялись газовые Не )че-лазеры с двояковогнутыми линзами. В качестве регистрационных экранов использовались линейные фоточувствительные схемы с зарядовой связью(ЛФСЗС), Обработка полученных сигналов с ЛФСЗС осуществлялась программно на ЭВМ. Диаметр стекловолокна 125 мкм определялся с погрешностью не более +. 1,0 мкм при смещении центра волокна От оптической оси на + 3 мм.

Предлагаемый способ может применяться для прецизионного измерения геометрических размеров прозрачных и непрозрачных волокон, нитей и проводов в процессе их изготовления.

Использование предлагаемого способа измерения диаметра волокна обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:

1. Повышение надежности измерения диаметра волокна за счет проецирования сечения волокна на экран с усилением расходящимися световыми пучками, а также за счет четырехкратного вычисления диаметра волокна с усреднением.

2. Расширение функциональных возможностей метода, заключающихся в определении смещения центра сечения волокна относительно оптической оси и в определении зллипсности сечения волокна.

Формула изобретения

Способ измерения диаметра волокна, заключающийся в том, что формируют два взаимно перпендикулярных световых пучка и направляют их на волокно так, что оси пучков перпендикулярны к геометрической оси волокна, измеряют координаты точек пересечени, лучей, касательных к поверхности волокна с двумя взаимно перпендикулярными и параллельными геометрической оси волокна плоскостями, и определяют диаметр волокна, отл ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения надежности измерения, световые пучки формируют расходящимися, с размерами, превышающими диаметр волокна в месте пересечения с пучками лучей, измерение в двух взаимно перпендикулярных плоскостях производят одновременно, а величину диаметра волокна определяют из выражения

d=2 4 (X4-X5) + (У -У,) »», (» -», »,!»»(-(п» (* „ .}ю»»%» „}}}

»

», », (»,.», )»д(- к» (, %»»(» }