Способ измерения межэлектродного расстояния в электровакуумных приборах



Способ измерения межэлектродного расстояния в электровакуумных приборах
Способ измерения межэлектродного расстояния в электровакуумных приборах
Способ измерения межэлектродного расстояния в электровакуумных приборах
Способ измерения межэлектродного расстояния в электровакуумных приборах

 


Владельцы патента RU 2468335:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" (RU)

Способ включает получение под углом наблюдения α к вертикали, обеспечивающим наблюдение нижнего электрода, цифрового оптического изображения электродов, содержащего калибровочную линейку. На изображении определяют расстояния t1 и t2 между верхней и нижней гранями верхнего и нижнего электрода соответственно и расстояние h между изображениями нижней грани верхнего и верхней грани нижнего электродов. Осуществляют поворот позиции наблюдения на азимутальный угол в 180 градусов в горизонтальной плоскости. Получают изображение обратной стороны электродов, содержащее калибровочную линейку. На полученном изображении определяют расстояния и между верхней и нижней гранями верхнего и нижнего электрода соответственно; рассчитывают величину межэлектродного расстояния с использованием соотношения ; где β - угол отклонения плоскости, в которой лежит элемент электрода, от горизонтали, полученный из соотношения: , где i=1 для верхнего электрода, а i=2 для нижнего электрода. Технический результат - расширение функциональной возможности измерения межэлектродного расстояния расположенных на малом расстоянии один над другим по вертикали и полностью перекрывающихся электродов для контроля качества производимых электровакуумных приборов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике с применением видеотехнологий и может быть использовано для определения межэлектродного расстояния в системе расположенных на малом расстоянии один над другим по вертикали и полностью перекрывающихся электродов сложной геометрической формы для электронных ламп в случае отсутствия возможности наблюдения межэлектродного расстояния сбоку перпендикулярно нормали к плоскостям электродов.

Известен способ бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов (см. патент РФ №2334195, МПК G01B 11/24), заключающийся в многократном формировании на поверхности объекта структурированной подсветки путем освещения пучком оптического излучения с управляемой пространственной модуляцией интенсивности, последовательной регистрации изображений искаженной рельефом поверхности объекта структуры подсветки и определении высоты рельефа поверхности по степени искажения изображения подсветки, а двух других измерений - по положению искажений структуры подсветки.

Недостатками этого способа являются ограниченные функциональные возможности, высокая погрешность контроля, сложность технической реализации.

Известен способ измерения рельефа поверхности (см. патент РФ №2338998, МПК G01B 11/25), включающий освещение поверхности лазерным излучением, которое фокусируют, формируя опорный и предметные лучи, расположенные под определенным углом друг к другу, которыми сканируют измеряемую поверхность, регистрируют изображение лучей в виде светящихся точек на поверхности цифрового экрана и фиксируют на каждом шаге сканирования расстояние между точками, фиксируют видеопоследовательность изображений цифрового экрана и определяют глубину на каждом шаге сканирования.

Недостатками этого способа являются ограниченные функциональные возможности и низкая точность измерений.

Известен способ бесконтактного контроля линейных размеров трехмерных объектов (см. патент РФ №2284469, МПК G01B 11/00), заключающийся в том, что зондирующую структурированную подсветку формируют с помощью компьютерного проектора в виде деформированной сетки, структуру которой получают по данным электронной поверхностной модели объекта путем преобразования видимых линий сечений объектов параллельными плоскостями под углом, адекватным оптическому излучению зондирующей подсветки, которую принимают за эталонную, затем проецируют ее на контролируемый объект и по искажению сетки от прямых линий судят об идентичности формы и размеров объекта по отношению к его электронной поверхностной модели.

Недостатками этого способа являются высокая погрешность контроля и трудность построения компьютерной модели сложноструктурированных периодических объектов, имеющих размеры порядка единиц микрометров.

Известен способ измерения геометрических параметров объектов сложной формы, реализуемый при использовании устройства по патенту РФ №4601, МПК G01B 11/24, которое представляет собой оптоэлектронную систему для измерения пера лопаток, содержащую место для установки измеряемого объекта, координатный столик, оптическую головку в составе лазера, оптически связанных между собой объектива и многоэлементной интегральной фотолинейки, блок первичной обработки сигналов, соединенный с интегральной фотолинейкой, координатным столиком и ЭВМ. Работа измерительной системы основана на триангуляционном способе измерений. На исследуемый объект направляется узкий лазерный луч, изображение лазерного пятна, формируемого по диффузной составляющей отраженного лазерного луча, проецируется через объектив на интегральную фотолинейку, электронный блок первичной обработки сигнала обеспечивает развертку интегральной фотолинейки и обработку видеосигнала для выделения информации о положении центра проекции изображения пятна в требуемом динамическом диапазоне изменений интенсивности. Код центра положения пятна вводится в ЭВМ. При изменении расстояния до объекта пропорционально меняется положение проекции пятна на интегральной фотолинейке от световой марки на объекте. По положению проекции пятна определяют дальность до объекта контроля по оси. Перемещая координатный столик с исследуемым объектом и фиксируя значения координат и расстояния от фотолинейки до объекта, получают информацию для восстановления профиля объекта. Полученные данные сравниваются с заданными по чертежу значениями.

Недостатками этого способа являются сложность технической реализации и ограниченные функциональные возможности. Данный способ не позволяет определять расстояние между объектами, расположенными на малом расстоянии один над другим по вертикали и полностью перекрывающими друг друга при наблюдении вдоль направления, нормального к плоскости электродов. Способ невозможно применить в случае, когда необходимо определить межэлектродное расстояние в системе электродов, являющейся конструктивным элементом уже изготовленного электровакуумного устройства, при отсутствии возможности наблюдения межэлектродного расстояния сбоку параллельно плоскости электродов.

Задачей настоящего изобретения является измерение межэлектродного расстояния в системе двух электродов сложной геометрической формы, расположенных один над другим на малом расстоянии, в случае полного перекрытия нижнего электрода верхним при наблюдении вдоль направления, нормального к плоскости электродов.

Техническим результатом является расширение функциональной возможности измерения межэлектродного расстояния в системе расположенных на малом расстоянии один над другим по вертикали и полностью перекрывающихся электродов для контроля качества производимых электровакуумных приборов.

Указанный технический результат достигается за счет реализации способа измерения межэлектродного расстояния электровакуумных приборов, в котором, согласно решению, под углом наблюдения α к вертикали, обеспечивающим наблюдение нижнего электрода, получают цифровое оптическое изображения электродов, содержащее калибровочную линейку; на полученном изображении определяют расстояния t1 и t2 между верхней и нижней гранями верхнего и нижнего электрода соответственно и расстояние h между изображениями нижней грани верхнего электрода и верхней грани нижнего электрода; осуществляют поворот позиции наблюдения на азимутальный угол в 180 градусов в горизонтальной плоскости; получают цифровое оптическое изображение обратной стороны электродов, содержащее калибровочную линейку, на полученном изображении определяют расстояния между верхней и нижней гранями верхнего и нижнего электрода соответственно; рассчитывают величину межэлектродного расстояния с использованием соотношения

,

где β - угол отклонения плоскости, в которой лежит элемент электрода, от горизонтали, полученный с использованием соотношения:

,

где i=1 для верхнего электрода, а i=2 для нижнего электрода.

В качестве калибровочной линейки используют калибровочную меру, помещаемую в область, находящуюся в непосредственной близости с измеряемым элементом электрода, либо предварительно измеренную толщину электрода электровакуумного прибора.

Предлагаемое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено изображение системы электродов сложной геометрической формы, на фиг.2 приведен вид сверху на поверхность элемента верхнего электрода и место рассечения системы электродов вертикальной плоскостью, на фиг.3 приведено изображение сечения элемента системы электродов при рассечении их вертикальной плоскостью в случае непараллельности плоскостей электродов и горизонтальной плоскости, на фиг.4 приведено схематичное изображение элемента электровакуумной лампы, состоящего из двух расположенных вертикально один над другим перекрывающихся электродов с различной толщиной, полученное под углом наблюдения 45 градусов.

Позициями на чертежах обозначены:

P1 - горизонтальная плоскость,

Р2 - вертикальная плоскость,

α - угол к нормали к горизонтальной плоскости, под которым ведется наблюдение,

β - угол наклона плоскости, в которой находится элемент электрода, к горизонтальной плоскости,

h - расстояние между изображениями нижней грани верхнего электрода и верхней гранью нижнего электрода при начальном положении наблюдения,

t1, t2 - результат измерения расстояния между изображениями верхней и нижней граней элемента верхнего и нижнего электрода соответственно при начальном положении наблюдения,

- результат измерения расстояния между изображениями верхней и нижней граней обратной стороны элемента верхнего и нижнего электрода, соответственно, при изменении положения наблюдения поворотом на азимутальный угол в 180 градусов,

l - величина межэлектродного расстояния,

1 - первоначальная позиция наблюдения,

2 - позиция наблюдения после поворота на азимутальный угол в 180 градусов.

Оптические цифровые изображения конструктивного элемента электровакуумного прибора, содержащего расположенные на малом расстоянии один над другим по вертикали и полностью перекрывающиеся электроды сложной геометрической формы вдоль направления нормального к их плоскостям, и калибровочной линейки, согласно решению, получают под фиксированным углом наблюдения к горизонтальной плоскости при двух положениях наблюдения и обрабатывают на ЭВМ. На цифровом изображении, полученном в первом положении наблюдения, при котором нормаль к первой плоскости, в которой находится измеряемая грань элемента верхнего электрода, и нормаль ко второй плоскости, перпендикулярной направлению наблюдения, должны находиться в третьей плоскости, перпендикулярной первой и второй плоскостям и горизонтальной плоскости, проводят измерение расстояния между изображениями верхней и нижней граней элемента верхнего и нижнего электрода и расстояния между изображениями нижней грани верхнего электрода и верхней грани нижнего электрода, который находится под верхним электродом и полностью скрыт им при наблюдении вдоль направления нормального к плоскости, в которой расположен верхний электрод.

Положение наблюдения изменяют поворотом на азимутальный угол в 180 градусов; на полученном в новом положении цифровом изображении обратной стороны элемента электрода проводят измерение расстояния между изображениями верхней и нижней граней элемента верхнего и нижнего электрода.

В случае непараллельности плоскости, в которой расположен элемент измеряемого электрода, и горизонтальной плоскости рассчитывается угол β наклона плоскости, в которой находится элемент электрода, к горизонтальной плоскости с использованием соотношения:

где α - угол к вертикали, под которым ведется наблюдение, ti - результат измерения расстояния между изображениями верхней и нижней граней элемента электрода при начальном положении наблюдения, - результат измерения расстояния между изображения верхней и нижней граней обратной стороны элемента электрода при изменении положения наблюдения поворотом на азимутальный угол в 180 градусов, i=1 для верхнего электрода, i=2 для нижнего электрода. Учет угла наклона плоскости, в которой лежит элемент электрода, к горизонтальной плоскости позволяет проводить измерения сложных конструкций, в которых элементы расположены в непараллельных плоскостях.

Определяют значение межэлектродного расстояния с учетом угла наблюдения к нормали к горизонтальной плоскости и угла наклона плоскости, в которой лежит элемент электрода, к горизонтальной плоскости с использованием соотношения:

,

где h - расстояние между изображениями верхнего и нижнего электродов при начальном положении наблюдения системы электродов.

Определение межэлектродного расстояния для системы расположенных на малом расстоянии один над другим по вертикали и полностью перекрывающихся электродов, обладающих высокой степенью кривизны, осуществляется посредством введения в область, где проводится измерение межэлектродного расстояния, калибровочной меры. Помещением калибровочной меры в область, находящуюся в непосредственной близости с измеряемым элементом электрода, снимается неопределенность, связанную с расчетом размера криволинейного элемента объекта, наблюдаемого под фиксированным углом. В качестве калибровочной меры может использоваться, например, предварительно измеренная толщина электрода. Определение размера производится методом сравнения изображения меры и объекта, полученных при наблюдении их под одним и тем же углом.

Оригинальность предлагаемого решения заключается в обработке оптических цифровых изображений системы расположенных на малом расстоянии один над другим по вертикали и полностью перекрывающихся электродов сложной геометрической формы, полученных под фиксированным углом к нормали к горизонтальной плоскости при двух положениях наблюдения и использовании калибровочной меры, помещаемой в область, находящуюся в непосредственной близости с измеряемым элементом электрода, в качестве которой может выступать заранее проэталонированный линейный размер конструктивного элемента электровакуумного прибора.

Пример практической реализации способа.

Определялось межэлектродное расстояние в конструктивном элементе электровакуумного устройства, состоящего из двух перекрывающихся электродов, расположенных вертикально один над другим и представляющих собой наборы отстоящих по высоте друг от друга расходящихся окружностей, скрепленных радиальными перемычками. Для проведения измерений использовался цифровой оптический микроскоп HIROX КН-7700. Полученные результаты: для структуры, схематично изображенной на фиг.3, межэлектродное расстояние l=254.5 мкм.

1. Способ измерения межэлектродного расстояния электровакуумных приборов, характеризующийся тем, что под углом наблюдения α к вертикали, обеспечивающим наблюдение нижнего электрода, получают цифровое оптическое изображение электродов, содержащее калибровочную линейку; на полученном изображении определяют расстояния t1 и t2 между верхней и нижней гранями верхнего и нижнего электрода соответственно и расстояние h между изображениями нижней грани верхнего электрода и верхней грани нижнего электрода; осуществляют поворот позиции наблюдения на азимутальный угол в 180° в горизонтальной плоскости; получают цифровое оптическое изображение обратной стороны электродов, содержащее калибровочную линейку, на полученном изображении определяют расстояния и между верхней и нижней гранями верхнего и нижнего электрода соответственно; рассчитывают величину межэлектродного расстояния с использованием соотношения

где β - угол отклонения плоскости, в которой лежит элемент электрода, от горизонтали, полученный с использованием соотношения:

где i=1 для верхнего электрода, а i=2 для нижнего электрода.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве калибровочной линейки используют калибровочную меру, помещаемую в область, находящуюся в непосредственной близости с измеряемым элементом электрода, либо предварительно измеренную толщину электрода электровакуумного прибора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для определения расстояния между, по меньшей мере, одной рабочей лопаткой и окружающей, по меньшей мере, одну рабочую лопатку стенкой газовой турбины, а также к применению способа.

Изобретение относится к устройству для определения расстояния между, по меньшей мере, одной рабочей лопаткой и окружающей, по меньшей мере, одну рабочую лопатку стенкой машины для превращения кинетической энергии потока в механическую энергию, а также к применению устройства.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технологическому оборудованию для определения предельных отклонений рельсовых путей, и может быть использовано преимущественно для периодических измерений пролета (сужения или уширения колеи рельсового пути) и разности отметок головок рельсов в одном поперечном сечении.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения радиальных зазоров между торцами лопаток вращающегося ротора и корпусом турбины при экспериментальных исследованиях и доводке газотурбинных двигателей (ГТД).

Изобретение относится к бесконтактным оптическим методам измерения физических параметров объектов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для измерения радиальных зазоров между торцами лопаток вращающегося ротора и статором турбомашины.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения зазоров между деталями машин и механизмов, в частности, для контроля расстояния между верхними торцами роторных лопаток и внутренней поверхностью корпуса роторной машины.

Изобретение относится к области метрологии, в частности к бесконтактным средствам измерения расстояний и формы объектов, и может применяться в различных отраслях промышленности, например в машиностроении, турбиностроении, судостроении и других.

Изобретение относится к способу бесконтактного измерения поперечного профиля или расстояния между рельсами, в частности в зоне стрелочного перевода, а также к устройству для реализации способа.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к измерению воздушного зазора электрической машины, например гидрогенератора

Устройство содержит источник монохроматического излучения, выход которого совмещен с входом одномодового световода, формирующего на выходе точечный источник монохроматического излучения, совмещенный с передним фокусом оптической системы, формирующей параллельный пучок света. Две прозрачные пластины установлены перпендикулярно оптической оси и параллельно друг другу. По периметру первой пластины на стороне, обращенной ко второй пластине, под углом ~120° друг к другу расположены три участка с наклонными к плоскости первой пластины поверхностями. За второй пластиной помещены оптически сопряженные с участками наклонной поверхности три линейных матричных фотоприемника, выходы которых подключены к компьютеру. Одна из пластин жестко закреплена на объекте контроля. Участки наклонной поверхности и поверхность второй пластины, обращенные друг к другу, выполнены с высоко отражающим покрытием, участки наклонной поверхности выполнены с перепадом высот от центра первой пластины к ее краю на величину, равную, как минимум, половине длины волны монохроматического излучения. Длины участков наклонной поверхности соответствуют длине рабочих окон линейных матричных фотоприемников. Технический результат - повышение точности определения положения одного объекта относительно другого до 0,01 нм за меньшее время (до 1 мксек) в большем диапазоне расстояний между объектами. 4 ил.

Устройство содержит неподвижную часть, подвижную часть с установленным на ней объектом, источник монохроматического излучения, одномодовый световод, формирующий точечный источник, совмещенный с передним фокусом оптической системы, две параллельные прозрачные пластины, установленные перпендикулярно оптической оси. Первая пластина установлена на неподвижной части и по ее периметру на стороне, обращенной ко второй пластине, под углом ~120° друг к другу расположены три участка с наклонными к плоскости пластины поверхностями с перепадом высот от центра пластины к ее краю на величину, равную, как минимум, половине длины волны монохроматического излучения. Вторая пластина закреплена на объекте и по ее периметру под углом ~120° закреплены три актюатора. За второй пластиной установлены оптически сопряженные с участками наклонной поверхности три линейных матричных фотоприемника, выходы которых подключены ко входам компьютера. Выходы компьютера подключены к приводу подвижной части и трем актюаторам. Поверхности участков наклонных поверхностей и второй пластины, обращенные друг к другу, выполнены с высоко отражающим покрытием. Технический результат - перемещение объекта с нанометровой точностью в большом диапазоне расстояний - от нескольких нм до 1 м. 5 ил.

Способ заключается в том, что изображение объекта фокусируют объективом в плоскости приемника, сканируют его возвратно-поступательно вдоль линейки элементов приемника, предварительно определяют номер N облучаемого элемента приемника, выключают выходы остальных элементов, осуществляют периодическое равномерное возвратно-поступательное сканирование изображения объекта облучаемым элементом с амплитудой, равной ширине элемента b, формируют опорные импульсы в середине каждого полупериода сканирования, измеряют временные интервалы Δt1 и Δt2 между фронтами сигналов и опорными импульсами в каждом полупериоде сканирования и измеряют их разность Δt=Δt2-Δt1. Линейное перемещение х изображения объекта определяют по формуле x=Nb+bΔt/T, где T - полупериод сканирования. Устройство содержит объектив, многоэлементный приемник излучения в виде линейки, электронный модуль обработки сигнала при сканировании изображения объекта в пределах ширины одного элемента приемника и линейный двигатель для обеспечения возвратно-поступательного перемещения оправы приемника в пределах ширины его элемента. Технический результат - повышение точности измерений линейных перемещений. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения геометрических параметров нанообъектов. Оптическая измерительная система содержит модуль изменения и контроля параметров оптической схемы и условий освещения; модуль освещения; модуль построения оптического изображения; модуль дефокусирования; модуль регистрации ряда изображений с различной степенью дефокусирования; модуль расчета ряда изображений с различной степенью дефокусирования; модуль сравнения зарегистрированных дефокусированных изображений с рассчитанными изображениями; модуль пользовательского интерфейса. Способ заключается в том, что регистрируют ряд изображений наноструктуры, соответствующих различным длинам волн рассеянного излучения с различной степенью дефокусировки; рассчитывают несколько рядов изображений наноструктуры при значении критического размера, находящемся в известных заданных границах; сравнивают ряд измеренных изображений наноструктуры с соответствующими рядами рассчитанных изображений и определяют наилучшее приближение значения критического размера. Технический результат - обеспечить измерение критического размера наноструктуры на основе обработки дефокусированных изображений без механического сканирования исследуемой наноструктуры вдоль фокуса. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ заключается в формировании подаваемого на поверхность исследуемого объекта потока светового излучения, регистрации в фиксированной точке отраженного света и преобразовании его в электрический сигнал, величину которого используют для определения расстояния от поверхности исследуемого объекта по формуле: Δ x = x 0 − x 0 2 U 0 U , где х0 - начальное расстояние от светоотражающей поверхности исследуемого объекта до фотоприемника; U0 - амплитуда выходного сигнала с фотоприемника, соответствующая х0; U - амплитуда выходного сигнала с фотоприемника, соответствующая Δх. Технический результат - возможность определения перемещения в любой момент времени за счет измерения уровня выходного сигнала с фотоприемника. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах приводов ременных передач для определения взаимного положения вращающегося ведущего и ведомого элементов передачи. Способ определения взаимного пространственного положения элементов механической передачи путем их оптической связи заключается в том, что на одном элементе монтируют приемник с мишенью, а на другом элементе - источник оптической связи, излучающий плоский оптический луч на указанную мишень. Устройство определения взаимного пространственного положения элементов механической передачи содержит источник лазерного излучения и приемник с мишенью, монтажные опоры для источника и для приемника со средствами их магнитного крепления на элементы передачи. Указанные опоры выполнены идентичными и включают в себя немагнитную платформу, закрепленные под ней магнит, полюсные наконечники, пальцы-ориентаторы, шарнирно связанные с полюсными наконечниками. Сверху на платформе одной из опор смонтирован источник излучения, а на другой опоре смонтирована мишень, выполненная трансформируемой и включающей множество подвижно связанных между собой плоских градуированных экранов. Один из экранов жестко крепится на платформе, а боковые экраны шарнирно смонтированы на осях, закрепленных по сторонам платформы перпендикулярно продольной оси мишени. Устройство обеспечивает высокую точность позиционирования как по наружной поверхности шкивов, так и по ременным канавкам с надежным креплением по двум базовым поверхностям - наружному диаметру шкива и боковым стенкам канавки. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение касается способа определения диаметра оснащенного рабочими лопатками ротора лопаточной машины. Способ характеризуется тем, что предлагается приводить ротор, снабженный венцом рабочих лопаток, во вращательное движение и вне области венца рабочих лопаток расположить предусмотренное для него устройство для измерения расстояния, чтобы затем измерять расстояние до рабочих лопаток венца рабочих лопаток, вращающихся мимо устройства для измерения расстояния, откуда при знании расстояния между сенсором и осью ротора может определяться диаметр ротора. Указанное измерение осуществляют в балансировочной системе и/или во время балансировки ротора, при этом частота вращения во время измерения идентична, практически идентична или больше номинальной частоты вращения ротора. Диаметр ротора может затем учитываться при конструировании лопаточной машины. Задачей изобретения является создание способа, с помощью которого возможно было бы обеспечить сравнительно долгий срок службы рабочих лопаток при одновременной оптимизации коэффициента полезного действия. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение касается прецизионного датчика расстояния. Особенностью указанного датчика является то, что приемная схема выполнена двухканальной и состоит из оптической системы, включающей две ромб-призмы и два отклоняющих клина, и приемной проекционной системы, включающей цилиндрическую линзу и сферический объектив, а в качестве фотодетектора использована двухкоординатная ПЗС-матрица, выход которой подключен к персональному компьютеру или контроллеру. Технический результат заключается в повышении абсолютной и относительной точности измерений. 2 ил.
Наверх