Способ измерения толщины листового стекла и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного автоматического измерения толщины прозрачных материалов, например листового стекла, в непрерывном производственном процессе. Способ измерения толщины стекла заключается в том, что на стекло направляют два соосных сходящихся гомоцентрических пучка света, сформированных в виде конических поверхностей с разными углами схождения. По диаметрам световых колец в плоскости регистрации, расположенной в точке схождения пучков, рассчитывают коэффициент преломления стекла и его толщину. По смещению центра световых колец относительно оптической оси определяют клиновидность стеклянной пластины, а по локальным отклонениям колец от окружности судят об отклонениях поверхности стекла от плоскости. Устройство содержит расположенные на одной оптической оси формирователь излучения, выполненный таким образом, что позволяет преобразовывать излучение в два соосных сходящихся гомоцентрических пучка света, и фотоприемник, выполненный в виде многоканального двухкоординатного фотоприемного устройства, связанного с регистратором. Изобретение позволяет повысить точность измерений за счет одновременного измерения коэффициента преломления стекла, а также дополнительно контролировать клиновидность стекла и локальные отклонения поверхности стекла от плоскости. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного автоматического измерения толщины прозрачных материалов, например листового стекла, в непрерывном производственном процессе.

Известен способ измерения толщины листового стекла, заключающийся в том, что через исследуемое стекло пропускают монохроматический пучок лучей и измеряют геометрическое смещение луча после прохождения стекла, по которому затем судят о контролируемой величине (Авторское свидетельство N 357464, кл. G 01 B 11/06, опубл. 31.10.72 г. Бюл. N 33).

Устройство для осуществления данного способа содержит осветитель со щелевой диафрагмой и фотоприемник с измерительной схемой.

Недостатком известного способа и устройства является дополнительная погрешность при наличии клиновидности и полосности поверхности стекла и при изменении коэффициента преломления стекла.

Наиболее близкими техническими решениями к предлагаемому, принятыми за прототип, являются способ измерения толщины тянутого листового стекла и устройство для его осуществления (Авторское свидетельство N 1522037, кл. G 01 В 21/08, опубл. 15.11.89 г. Бюл. N 42). Способ заключается в том, что на стекло под заданным углом к его плоскости направляют пучок света так, что его проекция на плоскость стекла совпадает с направлением полосности стекла, многократно последовательно пропускают этот пучок через стекло, осуществляют сканирование стекла пропущеным через него пучком света, измеряют смещение многократно прошедшего через стекло пучка света в те моменты времени, когда его угловое отклонение в направлении, перпендикулярном смещению, равно нулю и по смещению прошедшего через стекло пучка света судят о толщине стекла.

Устройство для осуществления данного способа содержит формирователь пучка света, установленный под заданным углом к плоскости траспортирования стекла, систему отражателей, установленных по обе стороны стекла и последовательно оптически связанных между собой, однокоординатный позиционно-чувствительный фотоприемник, установленный по ходу пучка света на выходе системы отражателей и ориентированный так, что ось симметрии его светочувствительной линейки расположена в плоскости траектории пучка света, и соединенный с фотоприемником регистрирующий прибор.

Преимуществом прототипа по сравнению с аналогом является уменьшение погрешности, обусловленной наличием полосности и клиновидности листа.

Недостатком прототипа являются необходимость предварительного измерения коэффициента преломления стекла и наличие погрешности, обусловленной его изменением в процессе производства, так как от значения коэффициента преломления стекла зависит величина смещения луча, прошедшего через стекло.

Предлагаемое техническое решение ставит своей задачей повысить точность измерения толщины стекла за счет одновременного измерения коэффициента преломления стекла, а также дополнительно контролировать клиновидность стекла и локальные отклонения поверхности стекла от плоскости.

Задача решается следующим образом: в способе измерения толщины листового стекла, заключающемся в том, что на стекло направляют пучок света и по смещению прошедшего через стекло пучка света определяют толщину стекла, пучок формируют в виде конической поверхности, а также дополнительно направляют на стекло второй аналогичный пучок, соосно с первым, с углом схождения, отличным от первого и образующим с первым сходящиеся гомоцентрические пучки. По диаметрам световых колец, образовавшихся в плоскости регистрации, расположенной в точке схождения пучков перпендикулярно их оси, рассчитывают коэффициент преломления стекла и его толщину. По смещению центра световых колец с оптической оси определяют клиновидность стеклянной пластины. По локальным отклонениям световых колец от окружности судят об отклонениях поверхности стекла от плоскости.

Для достижения ожидаемого технического результата в устройстве для измерения толщины листового стекла, содержащем расположенные на одной оптической оси формирователь излучения и фотоприемник, связанный с регистратором, формирователь преобразует излучение в два соосных сходящихся гомоцентрических пучка в виде конических поверхностей с равными вершинными углами, а фотоприемник выполнен в виде многоканального двухкоординатного фотоприемного устройства, установленного в точке схождения гомоцентрических пучков. Использование для измерений двух соосных сходящихся гомоцентрических пучков позволяет определить одновременно и коэффициент преломления стекла, и толщину листа, тем самым скомпенсировать погрешность, обусловленную изменением коэффициента преломления стекла (от образца к образцу) в технологическом процессе производства, а также измерить клиновидность и оценить локальные искажения поверхности стекла, например полосность.

На фиг. 1 приведена принципиальная оптическая схема для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 - пример регистрируемых световых колец при клиновидности измеряемой стеклянной пластины в горизонтальном направлении.

Измерение толщины листового отекла производят при помощи устройства (см. фиг. 1), состоящего из расположенных на одной оптической оси формирователя 1 излучения, преобразующего излучение в два соосных сходящихся гомоцентрических пучка в виде конических поверхностей с разными вершинными углами, фотоприемника 2, выполненного в виде многоканального двухкоординатного фотоприемного устройства, установленного в точке схождения гомоцентрических пучков, и регистратора 3, связанного с фотоприемником 2.

Измерение толщины листового стекла осуществляется при помощи предлагаемого устройства следующим образом. Коллимированный лазерный пучок, преобразованный формирователем 1, направляют на исследуемую стеклянную пластину, в результате чего в плоскости регистрации получают картину световых колец, геометрические размеры, форма и расположение которых характеризуют параметры исследуемого плоского стекла. Фотоприемник 2 преобразует распределение плотности энергии лазерного излучения в плоскости регистрации (световые кольца) в электрические сигналы, которые затем поступают в регистратор 3 для последующей обработки и расчета параметров исследуемого стекла. По диаметрам световых колец, образовавшихся в плоскости регистрации, рассчитывают коэффициент преломления стекла и его толщину по формулам где d₁, d₂ - диаметры первого и второго световых колец, t - толщина стекла, u₁, u₂ - углы схождения первого и второго световых пучков (вершинные углы), n - коэффициент преломления стекла.

По смещению центра световых колец с оптической оси определяют клиновидность стеклянной пластины: k = s/l(n-1), где s - смещение центра световых колец, l - расстояние от стеклянной пластины до плоскости регистрации.

Формирователь 1 излучения может быть выполнен, например, в виде соосно расположенных концентрических кольцевых диафрагм разного диаметра и линзового объектива. Фотоприемник 2 может быть выполнен на базе матричного преобразователя с самосканированием на принципе переноса заряда, например полупроводниковая матрица 1200ЦМ, регистратор 3 - на базе ПЭВМ.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность измерения толщины стекла, дополнительно измерять коэффициент преломления стекла, а также такие параметры, как клиновидность и локальные отклонения поверхности стекла от плоскости.

Формула изобретения

1. Способ измерения толщины листового стекла, заключающийся в том, что на стекло направляют пучок света и по смещению прошедшего через стекло пучка света определяют толщину стекла, отличающийся тем, что пучок света формируют в виде конической поверхности, дополнительно направляют на стекло второй аналогичный пучок света, соосный с первым, с углом схождения, отличным от первого, образующий с первым сходящийся гомоцентрический пучок света, по диаметрам световых колец, образующихся в плоскости регистрации, расположенной в точке схождения пучков перпендикулярно их оси, определяют толщину и коэффициент преломления стекла, по смещению оси пучков определяют клиновидность стекла, по локальным искажениям регистрируемых колец оценивают отклонения поверхности стекла от плоскости.

2. Устройство для измерения толщины листового стекла, содержащее расположенные на одной оптической оси формирователь излучения и фотоприемник, связанный с регистратором, отличающееся тем, что формирователь выполнен таким образом, что позволяет преобразовать излучение в два соосных, сходящихся гомоцентрических пучка в виде конических поверхностей с разными углами схождения, а фотоприемник выполнен в виде многоканального двухкоординатного фотоприемного устройства, установленного в точке схождения гомоцентрических пучков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2