Способ измерения диаметра волокна

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИПО ИЗОБРЕТЕНЛЯМ И ОТКПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ АВТОР.,(ОМУ СВ//- РГ:.Л,". Г: д ;: т:-1 д рр 3 ние стчоси гся к измеритель- и пре:,назнаце;о для измерения геометрических размеров золокон, в частности их диаметров и зллиптичности при возможном смещении волокна в плоскости измерения, Цель изобретения - повышение надежности измерения. Источники 1 и 2 света формируот расходящиеся световые пучки с шириной, превышагощей диаметр волокна 3 Дпредепяот координаты точек пересечения касаггельньх к волокну от источника 1 с экраном 4. ".Гределяот координаты то ек пересечения касательных к волокну 3 лучей от источника 2 света с экраном 5. Определяот расчетн: м путем диаметр волокна. его смещение относительно оси лзмеГения, а -люке зллиптичност; сечения волокна, 1 ил.ртх- хо+ х,15 - дт1 Й4 уоф .хо+1 р2 д 1" "т уф Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения геометрических размеров волокон, в частности их диаметров и эллипсности при возможном смещении волокна в плоскости 5 измерения.Известен способ измерения диаметра волокна, заключающийся в направлении на волокно пучка монохроматического света с целью получения и регистрации дифракци онной картины ЯДиаметр волокна определяется по расположению максимумов дифракционной картины. Недостатком метода является низкая динамическая точность измерения при 15 пространственном перемещении волокна в процессе измерения. Наиболее близким техническим решением является способ измерения диаметра волокна, описанный в 2).Способ заключается в том, что форми руют 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 по верхности волокна с двумя взаимно перпендикулярными параллельными геометрической оси волокна плоскостями и вычисляют диаметр волокна как разность между координатами каждой из плоскостей, 30поскольку лучи в каждом иэ пучков параллельны. Недостатком укаэанного способа является невысокая надежность измерения, обусловленная тем, что при параллельных 35 световых пучках оасстояние между координатами точек пересечения касательных к волокну лучей от источников с экранами мало.Метод не позволяет сформировать лучи расходящимися при возможности плоско-па раллельного перемещения волокна относительно его оптической оси в процессе измерения.Целью изобретения является повышение надежности измерения, 45Поставленная 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 перпендику лярны геометрической оси волокна, измеря-ют координаты точек пересечения лучей, касательных к поверхности волокна с двумя взаимно перпендикулярнымии параллельными геометрической оси волокна плоско стями и определяют диаметр волокна, отличающийся ем, 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 выраже- ния Хо, Уо - координаты первого источника свеХо, Уо - координаты второго источникасвета;Х 1, У 1; Хз, Уз - координаты точек пересечения касательных к волокну лучей от первого источника света с первой плоскостью;Х 1, У 1; Хз, Уз - координаты точек пересечения касательных волокну лучей отвторого источника света с второй плоскостью.Сопоставительный анализ заявляемогорешения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известноготем, что допускает смещение волокна в плоскости измерения и повышает надежностьизмерения при одинаковой разрешающейспособности фотосчитывающих элементовв плоскостях измерения за счет проецирования сечения волокна на экраны с помощью расходящихся световых пучков сусилением, Таким образом, заявляемыйспособ 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 первогоисточника, касательных к волокну лучей 8 и9 от второго источника,Первый и второй источники света формируют два взаимно перпендикулярно расходящихся световых пучка, направленныхна волокно 3 в плоскости, перпендикулярной его геометрической оси. Первый источник 1 света имеет координаты (Хо, Уо) вплоскости измерения в прямоугольной сисК 21=тц(1/2 ( агсщ ( К 1")+агст 9(Кз ) ) ) У 2 = У о - К 2(Х о- Х 2); У = К 2 Х+У 220 У 4 = К 2 Х 4+ У 2Уа = К 2 Х 4 + У 2 9, Уравнение луча 6:30 У= К 1 Х+У 1,10. Опустим перпендикуляр из центра сечения волокна на прямую 6 (Р(Х 5, У 5) -35 точка касания лучом 6 волокна 3) Уравнение перпендикуляразапишем с учетом, что его коэффициент наклона к оси Х равен (- - ): 1 К 1 40К 1 -Уо У 1 С 4 = У + у- ) Х 41 3. Коэффициент наклона луча 7 к оси Х;145 У= - Х+ С 4К 1 Уо УзКэ=Хо - Хз 11. Координаты точки касания Р(Х 5, У 5)находим как решение системы уравнений4, Коэффициент наклона медианы 1 В к для прямых 1 А и ОРоси Х:50У 5 = К 1 Х 5+ У 1; ка т щ -агарк4 агсгчкз , (1 У 5=- - Х 5+ С 4.1К 1 5. Смещение проекц 4 и медианы 1 В пооси У: 12. Радиус окружности в сечении волокна определяется расстоянием между точками 0(Ха, Уа) и Р(Х 5, У 5); У 2 = Уо - К 2(Хо - Х;4),геме координат, второй источник 2 светаимеет координаты (Хо, Уо) в этой плоскости. Экраны 4 и 5 расположены в плоскостиизмерения перпендикулярно один к друго-.му. Источники 1 и 2 света формируют расходящиеся световые пучки с шириной,превышающей диаметр волокна в месте егорасположения. Определяют координаты(Х 1, У 1) и(Хз, Уз) точек пересечения касательных к волокну 3 лучей 6 и 7 от первогоисточника 1 с первым экраном 4. Определяют координаты (Х 1, У 1) и (Хэ, Уз) точекпересечения касательных к волокну 3 лучей8 и 9 от второго источника 2 света с вторымэкраном 5. По измеренным координатам определяют диаметр волокна б, его смещениеотносительно геометрической оси Л Х иЛУ соответственно по осям координат Х иУ, а также эллипсность сечения е волокна,как отношение минимального измеренногодиаметра к максимальному ( е=бмин/бмакс)Для пояснения способа измерения проведем следующие математические рассуждения,1. Введем обозначения:А(Х 1, У 1) - точка пересечения луча 6 сэкраном 4;С(Хз, Уз) - точка пересечения луча 7 сэкраном 4;А(Х 1, У 1) - точка пересечения луча 8 сэкраном 5;С(Хэ, Уэ) - точка пересечения луча 9 сэкраном 5;В(Х 2, У 2) - точка пересечения медианыугла А 1 С с экраном 4;В(Х 2, У 2 - точка пересечения медианыугла А 2 С с экраном 5,2, Коэффициент наклона луча 6 к оси Х: 5 7, Аналогично получаем уравнение медианы 2 В: 8. Пересечение двух медиан определяеткоординаты центра сечения волокна 3, которые находятся иэ решения системы уравне- .ний:2513, Диаметр волокна б = 2 й,14. Смещение центра сечения волокна 5 0(Х 4, У 4) относительно оптической оси (Хо, Уо) определяется по двумя осям; Х=Х о-Х 4; 10 У =Уо-У 4 Предложенный метод позволяет определить величины перпендикуляров, опущенныхх из центра сечения волокна 0(Х 4, У 4) 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 арифметического четырех значений, во-вторых, можно определить зллипсность сечения волокна как отношение минимального из четырех измерений к максимальному: 25 Я = .1 МИННМаКС. Для практической реализации предложенного метода использовалась следующая аппаратура, В качестве точечных источников света для расходящихся пучков применялись газовые Не-.Ме-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 30. 3540 где Хо, Уо, Хо, Уо - координаты первого и второго соответственно источников света;45 Х 1, У 1, Хз, Уз - координаты точек пересечения касательных к волокну лучей от первого источника света с первой плоскостью;Х 1, У 1. Хз, Уз - координаты точек пересечения касательных к волокну лучей От50 второго источника света с второй плоскостью;Х 4, У 4 - координаты центов сечения вс.локна;Х 5, У 5 - кООрдинаты тОчки касания лчох" 55 волокна. К= 9 (Х 4 - Х 5) + ( У 4 "У 5) 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.Ф ор мул а и зоб рете н ия 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 пересечения лучей, касательных к поверхности волокна с двумя взаимно перпендикулярными и параллельными геометрической оси волокна плоскостями, и определяют диаметр волокна, отл ича ю щи йс 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 выражения0=2 У (Х 4-Х 5) + ( У -У) сс сссасса 1-асс 1()сасссс с )1-асс 1( ,)асс 1(