Способ для контроля геометрических размеров протяженных объектов и устройство для его осуществления

(51) Иль елор с" ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ. И ОТНРЫТИЙ(71) Институт электроникской ССР(54) СПОСОБ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ для контроля геометрических размеров протяженных объектов, заключающийся в том, что Формируют лазерный луч, делят его на двапараллельных между собой и образующих измерительную зону световых потока, производят сканирование объекта, формируют в моменты перекрытияобъектом каждого из двух световыхпотоков импульсы фототока, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности контроля, преобра"зуют два световых потока в движущиеся навстречу друг другу, дополнительно Формируют импульс Фототока в момент прохождения световыми потокамицентра измерительной зоны, определяют длительность между импульсамифототоков, соответствующих моментамперекрытия объектом каждого из.двухсветовых потоков, и импульсов фототока, соответствующим центру измерительной .зоны, Формируют масштабныеимпульсы, суммируют число масштабных импульсов, вошедших в каждую 8010179 длительность, и по величине суммы определяют текущий размер объекта,2. Устройство для контроля геометрических размеров протяженных объектов, содержащее оптический квантовый генератор, светоделнтельную пластину, делящую световой поток на две ветви, первую коллимирующую систему, первую Фокусирующую линзу и первый фотоэлемент, расположенные в одной ветви, вторую коллимирующую систему, поворачивающие призмы, первую и вторую дифракционные решетки, вторую Фокусирующую линзу и второй Фотоэлемент, последовательно расположенные в дру" гой ветви, сканирующий элемент, установленный на пересечении световых Я потоков двух ветвей между первой коллимирующей системой и первой дифрак- Я ционной решеткой, и блок обработки сигнала, входы которого связаны с Фотоэлементами, о т л и ч а ю щ е е" с я тем, что оно снабжено вычисли" тельным блоком, связанным с выходом блока обработки сигнала, светодели,тельной призмой, установленной в первой ветви за сканирующим элементом и имеющей точечную диафрагму в центре ее отражающей грани, уголко.вым отражателем, расположенным эа светоделительной призмой на пути световых потоков обеих ветвей, треть- ффеф ей Фвкусирующей линзой и третьим Я) фотоэлементом, расположенными на пути отраженного от уголкового отражателя светового потока, четвертым фотоэлементом, установленным соосно .с точечной диафрагмой, выходы треть- Фф его и четвертого Фотоэлементов связаны с блоком обработки сигнала, а первая Фокусирующая линза и первый Фотоэлемент расположены на пути отраженного от уголкового отражателя светового потока.Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано для контроля геометрических размеров протяженныхподвижных объектов, например диаметра проволок, поперечных размеров нитей, оптических волокон,Известен бесконтактный способконтроля геометрических размеров подвижных и неподвижных нитей, заключающийся в том, что формируют тонкий 10лазерный луч света, направляют егона сканирующий элемент, преобразуютв движущийся параллельно самому себе, помещают объект в сканируемоепространство, преобразуют фотоэлементом световой поток, прошедшийчерез сканируемое пространство, осуществляют двойное интегрированиефотоимпульсов, по результату которого судят о размере объекта 1 ,Недостатком способа является невысокая достоверность контроля подвижных нитей из-за увеличения базыизмерения, зависящей прямо пропорционально от скорости движения нитии обратно пропорционально от скорости сканирования.Наиболее близким к изобретениютехническим решением является способдля контроля геометрических размеровпротяженных объектов, заключающийсяв том, что формируют лазерный луч,делят его на два параллельных междусобой и образующих измерительнуюзону световых потока, производят сканирование объекта, формируют в моменты перекрытия объектом каждого из .двух световых потоков импульсы фототока. Фиксируют фотоэлементами изменение световых потоков при пересечении лучами объекта, находят сумму 40амплитуд сигналов с обоих фотоэлементов, по величине которой определяют размер объекта 23.Недостаток способа - невысокаяточность измерения, зависящая от 45нестабильности скорости сканирования,световых потоков и характеристикфотоэлементов и от систематическойошибки измерения вследствие неточнойначальной установки расстояния между 50лучами по номинальному размеру объекта. Кроме того, точность контроляцвижущихся объектов ниже, чем неподвижных, так как база измерения, соответствующая участку объекта, на котором происходит усреднение размераобъекта, зависит от действительногоотклонения размера, причем чем больше отклонение и чем выше скоростьдвижения объекта, тем больше база.Известно устройство для бесконтактного контроля геометрических размеров подвижных и неподвижных нитей,содержащее лазер, вращающуюся стеклянную призму, щелевую диафрагму спрямоугольными кромками, фотоприем ники и электронный блок. Объект ска- нируется двумя тонкими лазерными лучами, выходящими из вращающейся призмы, затем лучи преобразуются фотоприемниками в электрические импульсы, электронный блок осуществляет двойное интегрирование фотоимпульсов и вырабатывает сигнал, пропорциональный размеру объекта 1 .Недостатком устройства является невысокая достоверность контроля подвижных объектов из-за увеличения базы измерения при их движении.Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для контроля геометрических размеров протяженных объектон, содержащее оптический квантовый генератор, светоделительную пластину, делящую световой поток на две нетни, первую коллимирующую систему, первую фокусирующую линзу и первый фотоэлемент, расположенные в одной ветви, вторую коллимирующую систему, поворачивающие призмы, первую и нторую дифракционные решетки, вторую фокусирующую линзу и второй фотоэлемент, последонательно расположенные в другой ветви, сканирующий элемент, установленный на пересечении световых потоков двух ветвей между первой коллимирующей системой и первой дифракционной решеткой, и блок обработки сигнала, входы которого связаны с фотоэлементами. Первая фокусирующая линза и первый фотоэлемент расположены на пути светового потока, выходящего из сканирующего элемента непосредственно за сканируемым пространством в одной ветвиУстройство измеряет размеры объекта путем синхронного сканирования световыми лучами первого и второго каналов соответственно объекта и дифракционной решетки, подсчета импульсов, снимаемых с фотоэлементов и прошедших схему сравнения, причем оптические оси световых лучей обоих каналов расположены взаимно перпендикулярно и проходят через центр сканирующего элемента - вращающегося куба 3 .Недостатком устройства является невысокая точность контроля из-за увеличения базы измерения, которая зависит от скорости движения объектаЦель изобретения - повышение точости контроля геометрических размеров протяженных объектов в процессе их движения путем синхронного двухстороннего сканирования.Постанленная цель достигается тем, что согласно способу для контроля геометрических размеров протяженных объектов, заключающемуся в том, что формируют лазерный луч, делят его на два параллельных между собой и образующих измерительную зону световых потока, производят сканирование объекта, формируют в моменты перекрытия объектом каждого из двух световых потоков импульсы фототока, преобразуют два световых потока в движущиеся навстречу друг другу дополнительно формируют импульс фототокав момент прохождения световыми потоками центра измерительной зоны, опре. деляют длительность между импульсами Фототоков, соответствующих моментам перекрытия объЕктом каждого из 10двух световых потоков, и импульсомфототока, соответствующим центру измерительной эоны, формируют масштабные импульсы, суммируют число масш"табных импульсов, вошедших в каждую 15длительность, и по величине суммыопределяют текущий размер объекта.Устройство для контроля геометрических размеров протяженных объектов, содержащее оптический квантовыйгенератор, светоделительную пластину, делящую световой поток на двеветви, первую коллимирующую систему,первую фокусирующую линзу и первыйФотоэлемент, расположенные в однойветви, вторую коллимирующую систему,поворачивающие призмы, первую и вторую дифракционные решетки, вторуюфокусирующую линзу,и второй фотоэлемент, последовательно расположенные в другой ветви, сканирующий элемент, установленный на пересечениисветовых потоков двух ветвей междупервой коллимирующей системой и цервой дифракционной решеткой, и блокобработки сигнала, входы которого 35связаны с фотоэлементами, снабженовычислительным блоком, связанным свыходом блока обработки сигнала,светоделительной призмой, установленной в первой ветви за сканирующим 40элементом и имеющей точечную диафрагму в центре ее отражающей грани,уголковым отражателем, расположеннымза светоделительной призмой на пути.световых потоков обеих ветвей, треть ей Фокусирующей линзой и третьимфотоэлементом, расположенными напути отраженного от уголкового отражателя светового потока, четвертымфотоэлементом, установленным сооснос точечной диафрагмой, выходы третьего ичетвертого фотоэлементов связаны с блоком обработки сигнала, апервая Фокусирующая линза и первыйфотоэлемент расположены на пути отраженного от уголкового отражателя55светового потока,На чертеже представлена принципиальная схема устройства, осуществляющего способ для контроля геометрических размеров протяженных объектов.Устройство содержит оптическийквантовый генератор 1, светоделительную пластину 2, делящую световойпоток на две ветви, первую колли рующую систему 3, первую фокусирующую линзу 4 и первый Фотоэлемент5, расположенные в одной ветви, вторую коллимирующую систему 6, поворачивающие призмы 7 и 8, первую и вторую дифракционные решетки 9 и 10,вторую Фокусирующую линзу 11 и второй Фотоэлемент 12, последовательнорасположенные в другой ветви, сканирующий элемент 13, установленныйна пересечении световых потоков двухветвей между первой коллимирующейсистемой 3 и первой дифракционнойрешеткой 9, и блок 14 обработки сиг-.налов, входы которого связаны с Фотоэлементами 5 и 12, вычислительныйблок 15, связанный с выходом блокаобработки сигнела 14, светоделительную призму 16, установленную в первойветви за сканирующим элементом 13 иимеющей точечную диаФрагму сю в центре ее отражающей грани Ь ,уголковыйотражатель 17, расположенный засветоделительной призмой 16 на путисветовых потоков обеих ветвей, третьюфокусирующую линзу 18 и третий Фотоэлемент 19, расположенные на путиотраженного от уголкового отражателя 17 светового потока, четвертыйфотоэлемент 20, установленный соосно с точечной диафрагмой. Выходытретьего и четвертого Фотоэлементов19 и 20 связаны с блоком обработкисигнала 14, первая Фокусирующая линза 4 и первый фотоэлемент 5 расположены на пути отраженного от уголкового отражателя 17 светового потока.Контролируемый объект 21 размещенмежду светоделительной призмой 16 иуголковым отражателем 17,Способ осуществляется следующим образом.Свет от оптического квантового генератора 1 падает. на светоделительную пластину 2, разделяющую его на два луча равной интенсивности. В первой ветви световой пучок, пройдя первую коллимирующую систему 3, направляется на сканирующий элемент 13, смещающий его на величину Е = й(д,п,1), где й - толщина стеклянного куба," и - показатель прелоиления материала стекла; 1 - угол поворота стеклянного куба, Сканирующий луч, проходя светоделительнув призму 16, преобразуется в два параллельных вторичных луча В и ъ , движущихся навстречу друг другу со скоростью Ч и определяющих в крайних положекиях границы измерительной эоны, внутри которой располагается контролируемый объект 21. Иесто встречи лучей В и ъ совпадает с оптической осью светоделительной призмы 16 и определяет центр измерительной зоны д, В момент прохождения лучами центра измерительной зоны часть световогопотока со сканирующего элемента 13,пройдя через точечную диафрагму б нанепрозрачной стенке о светоделительиой призмы 16, попадает на четвертыйфотоэлемент 20. Полученный короткийимпульс фототока, поступающий на схему сравнения блока обработки сигнала14, служит для формирования заднегофронта двух измерительных импульсов,передние фронты которых образуютсяв моменты, когда лучи в и ъ, движущиеся от центра измерительной зоныили к ней, пересекут границы контролируемого объекта 21, и лучи в и ъизмененной интенсивности, направленные уголковым отражателем 17 на Фоку сирующие линзы 4 и 18, регистрируются соответственно фотоэлементами 5и 19, Импульсы фототоков с обоих Фотоэлементов 5 и 19 поступают насхему сравнения блока 14 обработки 20сигналов.Во второй ветви световой пучокот светоделительной пластины 2,пройдя вторую коллимирующую системуб и поворачивающие призмы 7 и 8, 25падает на первую дифракционную решетку 9, дифрагирует на ней и направляется на сканирующий элемент 13.Оптические оси обеих ветвей передсканирующим элементом 13 расположены взаимно перпендикулярно и проходят через его центр, Световой пучок,прошедший через сканирующий элемент13, падает на вторую дифракционнуюрешетку 10 и взаимодействует с ней.Полученные диафрагированные лучипервого порядка фокусируютая второйфокусирующей линзой 11 на второйФотоэлемент 12. Выходные импульсыэтого фотоэлемента являются масштабнымии используются в качестве измерительных для дискретизации Фото-.импульсов, полученных с первой ветви, Масштабные импульсы поступаютна схему сравнения блока обработкисигнала 14. Прошедшие в счетчик блока обработки сигнала 14 масштабные,импульсы в интервале между импульсами с Фотоэлементов 5 и 20, а такжемежду импульсами с третьего фотоэлемента 19 и импульсов с четвертого 50Фотоэлемента 20, поступают в вычис"лительный блок 15, где суммируются. Полученное число соответствует размеру поперечного сечения контролируемого объекта 21,Вследствие синхронизации частотыимпульсов заполнения длительностейи скорости сканирования луча периодыимпульсов в каждой длительности независят от скорости сканирования.В отличие от прототипа, база измерения не зависит от размера самогообъекта и действительного отклонения, так как сканирование осуществляется лучами, расстояние между которыми непрерывно изменяется и неостается постоянным, как у аналогов.Поэтому способ не требует дополнительных операций, связанных с переходом к измерению объектов с другиминоМинальными размерами, Смещениеобъекта относительно центра измерительной зоны не влияет на точностьконтроля, так как происходит толькоперераспределение числа импульсовв каждой длительности, а сумма ихдля одного измерения остается безизменения. В отличие от известныхспособов положительным эффектом является также уменьшение влияния наточность контроля вибрации объекта,которое может сказаться только вмомент касания лучами сторон объекта. В остальных случаях вибрации невлияют на результат измерения.устраняется недостаток прототипа,заключающийся в невозможности контроля объектов, которые имеют действительные отклонения равные или более 0,5 диаметра сканирующего луча.Таким образом, способ и устройство для его осуществления обладаютв 2-3 раза более высокой точностьюконтроля геометрических размеровпротяженных объектов.Способ и устройство могут найти широкое применение в точном машино- и приборостроении, в электронной, радиотехнической и электротехнической промышленности и других отраслях для контроля геометрических размеров протяженных подвижных объектов - диаметров проволок, поперечных размеров нитей, оптических волокон и дра1017918 Составитель Л. Лобзоваедактор О, Колесникова Техред Ж.Кастелевич Корректор А. Ференц Заказ 3523 38у де Филиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 602НИИПИ Государственного комипо делам изобретений и отк5, Москва, Ж, Раушская н Подпиа СССРий