Устройство для контроля и сортировки стеклянных микросфер

 

Сущность изобретения: устройство содержит питатель, блок вычисления технологических параметров, блок выделения стеклянных микросфер заданного диапазона, выполненный в виде затвора, блок формирования управляющего сигнала, распределитель по заданным диапазонам диаметров, выполненный в виде многодиапазонного просеивателя, блоки отделения стеклянных микросфер, выполненные в виде двухпозиционного коммутатора, сборник бракованных стеклянных микросфер, блок поочередной подачи стеклянных микросфер, блок контроля и разделения стеклянных микросфер по величине разнотолщинности, блок контроля и разделения микросфер по величинам асферичности и прецизионной разнотолщинности, выполненный в виде интерферометра, блок контроля и разделения микросфер по величине толщины стенок, распределитель по заданным диапазонам диаметров микросфер в виде многопозиционного коммутатора, измеритель диаметра микросфер, приемник для хранения кондиционных микросфер. 11 ил.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано при подготовке экспериментов по лазерному термоядерному синтезу.

Для успешного сферического сжатия термоядерной мишени необходимо отобрать такие мишени, разнотолщинность стенки которых в любом сечении не должно превышать 1.3% кроме того, надо знать точно ее диаметр, толщину стенки. Чаще всего мишени отбирают вручную, последовательно проверяя на разных приборах различные параметры микрооболочки.

Известно устройство для контроля линейных размеров полых микросфер. Устройство выполнено на оптическом принципе контроля размеров и содержит последовательно расположенные источник когерентного светового потока, объектив микроскопа, оптико-механическую систему, диафрагму, фотоэлемент, усилитель, измерительный прибор, вычислительный блок, регистрирующий прибор, блок управления, микроманипулятор. В устройстве измеряют эталонный образец и исследуемый. Сравнивают результаты на регистрирующем приборе. Устройство за один оборот микросферы позволяет получить информацию в экваториальном сечении микросферы о ее наружном и внутреннем диаметрам, толщине, разнотолщинности.

Недостатком является ручной труд по установлению микросферы в устройство, манипулированию, получению информации в экваториальном сечении за один оборот, что дает очень низкую производительность. Практика показывает, что выбрать микросферу по заказу с требуемым диаметром толщиной, разнотолщинностью удается, отобрав и измерив 10².10³ микросфер. Поэтому производительность описанного устройства чрезвычайно мала.

Более широкими возможностями обладает автоматизированный оптический интерферометр для контроля лазерных мишеней. Интерферометр содержит лазер, оптическую систему, источник микросфер, световоды, регистрирующую аппаратуру, соединенную в ЭВМ. Микросфера помещается на столик, снабженный поворотным устройством и микрометрическими подачами. Управление и обработка данных осуществляется с помощью разработанных программ. Это устройство позволяет получить точность измерения разнотолщинности не хуже 50 ангстрем. Производительность повышена за счет использования автоматизированной системы для считывания и обработки оптического сигнала.

Недостатками являются отсутствие измерения диаметра и толщины стенки микросферы и низкая производительность отбора микромишеней, так как поворот мишени, приклеенной к капилляру, производится с помощью ручного поворотного устройства. Каждая микросфера должна быть подана вручную в схему интерферометра и измерена в такой сложной схеме. При громадном количестве микросфер, которые приходится отбраковывать прежде, чем выбрать нужную, производительность установки не удовлетворяет потребности. Задачу автоматического отбора нужных микросфер из большого количества исходных данная установка не решает.

Наиболее близким к заявленному является устройство для контроля и сортировки стеклянных микросфер, расположенные по ходу движения стеклянных микросфер питатель, распределитель по заданным диапазонам диаметров и измеритель диаметров стеклянных микросфер, сборник бракованных изделий и блок формирования управляющих сигналов, соответствующими выходами соединенный с входами схем управления питателя и распределителя по заданным диапазонам диаметров, блока вычисления технологических параметров, выход схемы формирования сигнала измерителя диаметра соединен с первым входом блока формирования управляющего сигнала.

Недостаток известного устройства невысокая точность сортировки.

Цель изобретения повышение точности сортировки.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для контроля и сортировки стеклянных микросфер; на фиг. 2 блок выделения стеклянных микросфер, выполненный в виде затвора; на фиг. 3 блок отделения некондиционных микросфер, выполненный в виде двухпозиционного коммутатора; на фиг. 4 распределитель по заданным диапазонам диаметром микросфер, выполненный в виде многопозиционного коммутатора; на фиг. 5 блок контроля и разделения микросфер по величине толщины стенок; на фиг. 6 измеритель диаметра микросфер; на фиг. 7 распределитель по заданным диапазонам диаметров микросфер, выполненный в виде многодиапазонного просеивателя; на фиг. 8 и 10 варианты блока контроля и разделения микросфер по величине разнотолщинности; на фиг. 9 разрез А-А на фиг. 8; на фиг. 11 блок контроля и разделения микросфер по величинам асферичности и прецизионной разнотолщинности.

Устройство содержит питатель микросфер 1, блок 2 вычисления технологических параметров, блок 3 выделения стеклянных микросфер заданного диапазона диаметра, выполненный в виде затвора, блок 4 формирования управляющего сигнала, распределитель 5 по заданным диапазонам диаметров, выполненный в виде многодиапазонного просеивателя, блоки 6.1, 6.2,6.3 отделения стеклянных микросфер, выполненные в виде двухпозиционного коммутатора, сборник 7 бракованных стеклянных микросфер, блок 8 поочередной подачи стеклянных микросфер, блок 9 контроля и разделения стеклянных микросфер по величине разнотолщинности, блок 10 контроля и разделения микpосфер по величинам асферичности и прецезионной разнотолщинности, выполненный в виде интерферометра, блок 11 контроля и разделения микросфер по величине толщины стенок, раcпределитель 12 по заданным диапазонам диаметров микросфер, выполненный в виде многопозиционного коммутатора, измеритель 13 диаметра микросфер, пример 14 для хранения кондиционных микросфер.

Питателем 1 микросфер является пробирка с микросферами, которая имеет возможность переводиться в два положения: "загрузка" и "работа". В положении "загрузка" пробирка наполняется микросферами. В положении "работа" пробирка располагается донышком вниз и соединяется через канал, заполненный жидкостью, с входом многодиапазонного просеивателя 5. Микросферы всплывают в жидкости вверх, попадая в просеиватель. Просеиватель имеет n выходов, каждый из которых настроен на определенный диапазон диаметров микросфер, например 1 диапазон 100.150 мкм. II диапазон 150.200 мкм, III диапазон 200.250 мкм и т. д. Каждый выход просеивателя имеет свой затвор, а все выходы соединены с входом двухпозиционного коммутатора 6.1. Двухпозиционный коммутатор выполнен с возможностью переключения его входа на один Б или на второй Р выход по команде блока 4 управления. Один из выходов Б двухпозиционного коммутатора 6 соединен со сборником 7 бракованных микросфер, а второй выход Р соединен с блоком 8 для поочередной подачи микросфер, выход которого соединен с устройство 9 для разделения микросфер по разнотолщинности. Выход которого соединен с входом второго двухпозиционного коммутатора 6.2, один из выходов Б которого соединен со сборником 7 бракованных микросфер, а второй выход Р с входом интерферометра 10. Выход интерферометра по жидкостному каналу соединен с входом третьего двухпозиционного коммутатора 63. Один из выходов Б третьего двухпозиционного коммутатора соединен со сборником 7 бракованных микросфер, а второй выход Р с входом блока 11. Выход которого по жидкостному каналу соединен с входом многодиапазонного коммутатора 12. Многодиапазонный коммутатор может иметь столько же диапазонов и выходов, сколько и многодиапазонный просеиватель. Возможно также такое выполнение, когда двум диапазонам просеивателя может соответствовать один диапазон коммутатора.

Каждый выход многодиапазонного коммутатора 12 соединен с соответствующим входом блока 13 и с входом соответствующего измерителя диаметра микросфер. Измеритель диаметра микросер настроен на определенный диапазон диаметров, соответствующий диапазонам просеивателя и многодиапазонного коммутатора, и соединен с входом приемника для хранения кондиционных микросфер 14. В качестве которых могут быть использованы пробирки с нанесенными метками.

Затвор 3 может быть выполнен из двух соосных трубок из немагнитного материала. Один конец 15 внутренней трубки расширен и по всему диаметру соединен с внешней трубкой 16. Второй конец 17 сужен и закрыт сверху пластиной 18 из магнитомягкого материала. Пластина закреплена с возможностью перемещения относительно зауженного торца внутренней трубки, с внешней стороны размещен электромагнит 19. Затвор заполнен жидкостью. Нижний конец внешней трубки 16 является входом затвора, верхний выходом.

Двухпозиционный коммутатор 16 выполнен в виде диэлектрической изогнутой трубки. Трубка имеет два участка с различными диаметрами, внизу меньшего диаметра 20. Верхняя часть трубки выполнена с большим диаметром 21 и наклонена под углом к горизонту. Вверху расширенной части трубки выполнены два отверстия: одно в начале расширенной части 22, второе в конце 23. В расширенной части размещена пластина 24 из магнитомягкого материала, верхняя часть 25 которой изогнута по винтовой линии. В узкой части трубки перед ее переходом в расширенную часть выполнен выступ 26. На внешней поверхности расширенной части укреплен электромагнит 27.

Многопозиционный коммутатор 12 выполнен в виде двух вертикальных трубок разного диаметра, закрепленных соосно. Внутренняя трубка 28 (вход) внизу расширяется и переходит во внешнюю 29. В верхней части коммутатора по и вокруг его вертикальной оси закреплены m вертикальных трубок 30 с диаметром, близким к диаметру верхней части внутренней трубки, являющейся выходами коммутатора. На внутреннюю трубку и на выходы надеты трубки 31 из магнитомягкого материала. Снаружи закреплены электромагниты 32. При включении одного из электромагнитов внутренняя трубка перемещается под соответствующую выходную трубку.

Блок 11 контроля и разделения микросфер по величине толщины стенок состоит из наклонного капилляра 33, заполненного жидкостью, по которому плывет измеряемая микросфера 2, на некотором расстоянии друг от друга закреплены с одной стороны капилляра два источника 34 света. Напротив них с другой стороны капилляра расположены фотоприемники 35, выходы которых подключены к схеме 36, способной зарегистрировать изменение сигналов с фотоприемника при прохождении микросферы мимо источника света и измерить время между этими изменениями. По времени прохождения микросферой фиксированного расстояния судят об усредненной толщине стенки микросферы.

Измеритель 13 диаметра микросферы состоит из капилляра 37, заполненного электропроводящей жидкостью 38, 4 последовательно расположенных электродов 39, образующих два плеча электрического моста сопротивления. При прохождении микросферы 2 между электродами меняется сопротивление жидкости в соответствии с диаметром микросферы, что регистрируется соответствующей электронной схемой 40, подключенной к выходу устройства. Блок 11 хранения одиночных микросфер состоит из кассеты с набором нумерованных хранилищ, выполненных в виде пробирок.

Распределитель 5 по заданным диапазонам диаметров многодиапазонный просеиватель выполнен в виде кюветы 41, заполненной жидкостью. В нижней части кюветы размещен вход 42, через который поступают микросферы различного диаметра. Внутри кюветы одна над другой расположены пары ножей 43, между которыми организованы калиброванные параллельные зазоры dm, причем нижняя пара ножей образует максимальный зазор, верхняя минимальный. Между соседними парами ножей собираются микросферы одного из диапазона диаметров, например: 200.250 мкм и через выход (не показан) выводятся из просеивателя.

Блок 9 контроля и разделения микросфер по величине разнотолщинности выполнен в виде заполненного жидкостью сосуда 44, в котором под определенным углом α к горизонту установлена полированная пластина 45, длина и ширина которой определяет качество сортировки микросфер по разнотолщинноcти. На нижнюю часть пластины через вход 46 поступают микросферы, при прокатывании по плоскости происходит их разбраковка ввиду того, что у микросфер, имеющих разнотолщинность стенок, смещен центр тяжести относительно геометрического центра сферы. Годные микросферы поступают на выход Р, а негодные на выход Б.

Блок 9 может быть выполнен также по следующему принципу. Микросферу, помещенную на капилляр 47, освещают источником 48 света. При этом микросферу вращают. Линзой 49 переносят в область мнимого фокуса микросферы в зону измерения F, где получают световое пятно конечного диаметра. Например, диафрагмой 50 половину светового пятня отсекают. Оставшуюся часть пятна фотоприемником 51 преобразуют в электрический сигнал, из которого выделяют переменную составляющую, измеряют ее и по ее величине судят о разнотолщинности.

Блок контроля и разделения микросфер по величинам асферичности и прецезионной разнотолщинности интерферометр состоит из источника когерентного излучения 52 (лазера), излучение 53 которого светоделителем 54 разбивается на два луча 55 и 56. Луч 55 является опорным, а луч 56 предметным. Микросфера 2 помещается в предметный луч. В смесителе 57 луч 55 и 51 интерферируют и интерференционная картина анализируется блоком 4 управления.

Блок 4 формирования управляющего сигнала содержит интерфейс к ЭВМ, блоки питания и управления функциональными узлами автоматической линии.

Автоматическая линия работает следующим образом. Питатель 1, находясь в положении "загрузка", заполняется микросферами, после чего переводится в положение "работа". Микросферы всплывают в жидкости по каналу по входу многодиапазонного просеивателя 5, в котором в соответствии с размерами щелей микросферы разсортировываются в группы по диаметрам. Различные выходы многодиапазонного просеивателя предназначены для микросфер различных диапазонов диаметров. Если стоит задача отсортировать кондиционные микросферы в определенном диапазоне диаметров, то затвор выхода 3 требуемого диапазона диаметров срабатывает по команде блока 4 управления и микросферы по каналу всплывают на вход первого двухпозиционного коммутатора 6.1, который блоком 4 управления переключается на рабочий выход Р. Микросферы далее по каналу всплывают на вход блока 8 поочередной подачи и по одной с интервалом попадают в блок 9, где микросферы поочередно проходят разбраковку по разнотолщинности. Все микросферы, которые по разнотолщинности удовлетворяют заданным требованиям, всплывают к входу второго двухпозиционного коммутатора 6.2 по рабочему каналу Р, а некондиционные направляются через канал Б в сборник 7. Рабочий выход двухпозиционного коммутатора соединен по каналу с входом интерферометра 10. В интерферометре производится контроль по асферичности и прецизионное измерение разнотолщинности. Микросферы, не прошедшие допусковый контроль по данным интерферометра, выводятся из линии двухпозиционным коммутатором 6.3 блоком 4. Микросфера, прошедшая допусковый контроль в интерферометре, коммутатором 6 по каналу Р направляется для измерения остальных параметров.

Микросфера всплывает в блоке 11 и попадает в наклонный капилляр. Всплывая в капилляре микросфера перекрывает нижний фотоприемник, сигнал с которого запускает секундомер. Пройдя базовое расстояние микросфера перекрывает второй фотоприемник, сигнал с которого останавливает секундомер. Время прохождения передается в ЭВМ для дальнейшего расчета толщины стенки.

Из капилляра микросфера попадает на многодиапазонный коммутатор 12, который через блок 4 управления связан с n-затворами просеивателя 5. В зависимости от выбранного диапазона диаметров микросфер открыт блоком 4 управления соответствующий канал m-коммутатора 12. Через него микросфера попадает на измеритель 13 диаметра. Проходя между электродами микросфера вызывает изменения сопротивления столба жидкости между электродами. Величина сопротивления однозначно связана с диаметром сферы. Сигнал с устройства подается на ЭВМ, которая по проведенной ранее калибровке определяет диаметр микросферы. Зная диаметр, ЭВМ на основании измерения времени всплывания определяет толщину стенки микросферы.

Микросфера из измерителя диаметра попадает на хранение в приемник кондиционных микросфер. В памяти ЭВМ содержится информация о диаметре, толщине и разнотолщинности стенки микросферы, находящейся в хранилище с определенным номером.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И СОРТИРОВКИ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР, содержащее расположенные по ходу движения стеклянных микросфер питатель, распределитель по заданным диапазонам диаметров и измеритель диаметров стеклянных микросфер, сборник бракованных изделий и блок формирования управляющих сигналов, соответствующими выходами соединенный с входами схем управления питателя и распределителя по заданным диапазонам диаметров, входом блока вычисления технологических параметров, выход схемы формирования сигнала измерителя диаметра соединен с первым входом блока формирования управляющего сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности сортировки, оно дополнительно содержит заполненные электропроводящей жидкостью, последовательно соединенные гидравлически и расположенные вертикально по ходу вертикального движения снизу вверх стеклянных микросфер после заполненных электропроводящей жидкостью и гидравлически связанных распределителя по заданным диапазонам диаметров и питателя, блок выделения стеклянных микросфер заданного диапазона диаметра, первый блок отделения некондиционных стеклянных микросфер, блок поочередной подачи стеклянных микросфер, блок контроля и разделения стеклянных микросфер по величине разнотолщинности, второй блок отделения стеклянных микросфер, блок контроля и разделения стеклянных микросфер по величинам асферичности и прецизионной разнотолщинности, третий блок отделения некондиционных стеклянных микросфер, блок контроля и разделения стеклянных микросфер по величине толщины стенок, размещенный перед заполненным электропроводящей жидкостью и гидравлически связанный с измерителем диаметра стеклянных микросфер, дополнительный распределитель по заданным диапазонам диаметров стеклянных микросфер и установленный после измерителя диаметра стекллянных микросфер и гидравлически связанный с ним приемник для хранения кондиционных стеклянных микросфер, сборник бракованных стеклянных микросфер гидравлически соединен с блоками отделения некондиционных стеклянных микросфер, блок формирования управляющих сигналов соответствующими выходами подключен к входам схем управления блока разделения стеклянных микросфер заданного диапазона диаметров, блоков отделения некондиционных стеклянных микросфер, блока поочередной подачи стеклянных микросфер, дополнительного распределителя по заданным диапазонам диаметров и приемника для хранения кондиционных стеклянных микросфер, выходы схем формирования сигналов блоков контроля и разделения стеклянных микросфер по величинам асферичности и прецизионной разнотолщинности, по величине толщины стенок и по величине разнотолщинности подключены к соответствующим входам блока формирования управляющих сигналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11