Способ контроля диаметра микропроволоки и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВКтСНихССЦИАЛИСТИЧ ЕСЛИРЕСПУБЛИК БО Во 11/08 ЫТИЙ ЕЛЬСТ ВТОРСНОМУ С льин ело о СССР980 РОулью повышения аиетра микропро- последовательно вои ветви з илпцдрическаи и й, делящей свептических канацовлепцалах и элемензмай,и и тельц ЦС. ветоде- ленной по друиецта,тп атУДДРСТВКННЦй ИОМИТЕТ делдм иаоБРеткний и о ПИСАНИЕ ИЗСБ(71) Институт электроники Арусской ССР(прототип).2. Авторское свидетельство СССР В 745241, кл. С 01 В 11/08, 1980 (пратотип).(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА МИК ПРОВОЛОКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОС ЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ контроля диаметра микропроволоки, заключающийся в том, что получают световой пучок с круговой симметрией, размещают на его пути контролируемую микропроволоку, формируют увеличенное изображение участка микропроволоки, сканируют изображение в поперечном направлении, раздваивают его на два полуконтрастных, из которых одно - прямое, а друогое - повернутое на 180 , регистрируют в моменты касания и разъединения движущихся в противоположные сто. роны полуконтрастных изображений изменения светового потока, преобразуют его в импульсы фототока и определяют диаметр микропровалаки, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью павьшения точности контроля, перед сканированием изображения в поперечном направлении трансфориируют пучок лучей с круговой симметрией в пучок лучей протяженной Формы, формируемое изображение распалагаот(ЕНИЯ вдоль протяженного пучка, делят протяженный пучок и формируемое изображение в поперечном направлении ца два идентичных оптических канала и определяют диаметр иикропроволакц по полусуиме длительностей импульсов фототоков, снимаемых с обоих каналов2, Устройство для контроля диаметра микроправолоки,содержащее лазер, светаделительпую пластину, делящую световой поток на две ветви, последовательна расположенные в одной ветви коллимирующую систему, оптический элемент, сканирующий элемент и светорасщепляющую призму, двухщелевую диафрагму и два фотоэлемента, установленные по одну сторону сканирующего элемецта, последовательно расположенные в другой ветви коллимирующую систему, призму и фотоэлемент и блок обработки, связанный с выходами фотоэлементов, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с це точности контроля ди волоки, оно сцабжецо расположенныии в пер тическии элементом ц отражательной призма товой пучок на два о ла, четырьмя зеркалаии, уста ными попарно в оптических ка разные(стороны скацируощего второй светарасщепляющей пр второй двухщелевой диафрагма ия фотоэлементац, 1 оследова устацовле 11 ыи панпруюцего элсиецта, второй с лГельной пастпца, уставов в другой ветви, за призмой, гую сторону сканрующего эле зеркалом, устацоглепыи на ираженного от второй светсделительнойпластины луча по одну сторону скапирующего элемента, зеркалам, установленным на пути прошедшего черезвторую светоделительную пластину луча по другую сторону сканирующегоэлемента, и точечной диафрагм.;й, установленной перед Фотоэлемента . этой ветви, а выходы дополнительных Фотоэлементов связаны с блоком обработкилаки. Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптико-электронным способам и устройствам контроля геометрических размеров протяженных микрообьектов типа мцкроправолок, цитей, оптических Волокон аНаиболее близким к изобретению по технической сущности является спо соб контроля диаметра микропроволоки, заключающийся в том чта получают световой пучок с круговой симметрией, размещают на его пути контролируемую микропроволоку, формируют увеличенное изображение участка мцкропроволоки, сканируют изображе" цце в поперечном направлении, раз дваивают его на два полуконтрастных, из которых одно - прямое, а другое- повернутое на 180 , регистрируют в моменты касания и разъединения движущихся в противоположные стороны полукоцтрастцых изображений изменения светового потока, преобразуют его в импульсы фототока и определяютГдпаметр микропроволоки . 13 оНаиболее близким к изобретению по технической сущности является устройства цля контроля диаметра микропроволоки, содержащее лазер, светаделителъную пластину., делящую световой поток на две ветви, последовательно расположенные в одной ветви коллцмцрующую систему оптический элемент, сканирующиц элемент и светорасщепляющую призму, двухщелевую диафрагму и два фотоэлемента, ус. тановленные по одну сторону сканирующего элемента, последовательно расположенные в другой ветви коллимирующую систему, призму и фотоэлемент, и блок обработки, связанный свыходами фотоэлементов ь 23,Недостатком известных способа и устройства для его осуществления является низкая точность контроля. 5 1 О 15 2 О 25 ЗО 35 4 О 45 2Цель изобретения - повышение точностц контроля диаметра микропровоПоставленная цель достигается тем, чта согласно способу контроля диаметра микропроволоки, заключающемуся в том, что получают световой пучок с круговой симметрией, размещают на его пути контролируемую микропроволоку, формируют увеличенное изображение участка микропроволоки, сканируют изображение в поперечном направлении, раздваивают его ца два полуконтрастных, из которых одно прямое, а другое - повернутое на 180регистрируют в моменты касания и разъединения движущихся в противоположные стороны полуконтрастньгх изображений изменения светового потока, преобразуют его в импульсы Фототока и определяют диаметр микро- проволоки, перед сканированием изображения в поперечном направлении трансформируют пучок лучей с круго" вой симметрией в пучок лучей протяженной Формы, формируемое изображение располагают вдоль протяженного пучка, делят протяженный пучок и Формируемое изображение в поперчном направлении на два идентичных оптических канала и определяют диаметр микропроволоки по полусумме длительностей импульсов фототокав, снимаемых с обоих каналов.Устройство для контроля диаметра микронроволоки, содержащее лазер, светоделительную пластину, делящую светойой поток на две ветви, последовательно расположенные в одной ветвч коллимирующую систему, оптический элемент., сканирующий элемент и светорасщепляющую призму, двухщелевую диафрагму и два фотоэлемента, установленные по одну сторону сканирующего элемента, последовательноа расположенные в другой ветви коллимирующую систему, призму и Фотоэле з 10964 мент и блок обработки, связанный с выходами Фотоэлементов, снабжено последовательно расположенными в первой ветви за оптическим элементом цилиндрической линзой и отражательной призмой, делящей световой пучок на два оптических канала, четырьмя зеркалами, установленными попарно в оптических каналах по разные стороны сканирующего элемента. вто рой светорасщепляющей призмой, второй двухщелевой диафрагмой и двумя фотоэлементами, последовательно уста. новленными по другую сторону сканирующего элемента, второй светодели тельнбй пластиной, установленной в другой ветви, за призмой, по другую сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленным на пути отраженного от второй светоделительной 20 пластины луча по одну сторону сканирующего элемента, зеркалом, установленным на пути прошедшего через вторую светоделительную пластину луча по другую сторону сканирующего 25 элемента, и точечной диафрагмой, установленной перед фотоэлементом этой ветви, а выходы дополнительных фотоэлементов связаны с блоком обработки. 30На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для контроля диаметра микропроволоки; на фиг. 2 изображения участков микропроволоки в первм и втором каналах, сформированные в плоскостях первой и второй двухщелевых диафрагм,: на Фиг. 3 - упрощенная временная диаграмма электрических импульсов блока обработки.Устройство содержит лазер 1, пер вую светоделительную пластину 2, в ходе первого светового луча от которой расположены первая коллимирующая система 3, оптический элемент 4, цилиндрическая линза 5 и отражательная 45 призма 6, от которой в ходе первого отраженного пучка расположены первое 7 и второе 8 зеркала, первая светорасщепляющая призма 9, первая двухщелевая диафрагма 10, первый 11 и 50 третий 12 фотоэлементы, в ходе второго отраженного от отражательной призмы 6 пучка - третье 13 и четвертое 14 зеркала, вторая светорасщепляющая призма 15, вторая двухщелевая ,55 диафрагма 16, четвертый 17 и пятый 18 фотоэлементы,а в ходе другого светового луча за светоделительной плас 93 4тиной 2 - вторая коллимцрующая система 19, поворачивающая призма 20 и вторая светоделцтельная пластина 21, в отраженном луче которой находится пятое зеркало 22, а в прошедшем сквозь нее луче - шестое зеркало 23, точечная диафрагма 24 и второй фотоэлемент 25, выходы всех Фотоэлементов связаны с входамц блока 26 обработки, 1 причем сканирующий элемент 27 размещен в ходе световых лучей, параллельных между собой, проходящих через одни и те же грани сканирующего элемента и лежащих в одной плоскости соответственно между вторым зеркалом 8 и первой светорасщепляющей призмой 9, четвертью зеркалом 14 и второй светорасщепляющей призмой 15, втоРой светоделцтельной пластиной 21 ц пятью зеркалом 22. Микропроволоку 28 размещают перед оптическим элементом 4. Устройство работает следующим образом.Свет от лазера 1 падает на светоделцтельную пластину 2, разделяющую его на два луча равной интенсивности. Отраженный от светоделительной пластины 2 луч, пройдя первую коллимирующую систему 3, освещает контролцруемуо микропроволоку 28. Оптический элемент 4 Формирует увеличенное изображение микропроволоки 28 в пучке лучей с круговой симметрией, а цилиндрическая линза 5 преобразует этот пучок лучей в пучок протяженной Формы. Посредством отражательной призмы 6 изображение микропроволоки в пучке лучей протяженной Формы разделяется в поперечном направлении на два равных компонента. Первая часть изображения посредством первого 7 и второго 8 зеркал направляется на сканирующий элемент 27 со стороны грани Л. Неподвижное изображение преобразуется на выхоце сканирующего элемента 27 (грань В) в движущееся параллельно самому себе. Величина смещения зависит от толщины материала скапируощего элемента 27, его показателя преломления и угла поворота. Далее изображение подается на светорасщепляющую призму 9 и последовательно проходит ее первую и вторую оптические оси, проходящие через центры крыш. На светоделцтельном покрытии падающее изображение раздваивается на два полуконтрастных 1096493прямое и повернутое на 180, вследствие чего оба полуконтрастных изоб" ражения движутся со скоростью Чо навстречу друг другу, и на оптической оси г,первая крьппа); происходит ка сание их одноименных кромок, В момент касания происходит изменение освещенности на первой щели двухщелевой диафрагмы 10, которое регистрируется Фотоэлементом 11. При дальней( шем движении погдуконтрастные изображения расходятся в противоположные стороны, а изменение светового потока в момент их разъединения также фиксируется .ФотоэлеЫнтом 11. 15Далее изображение падает на второе светоделительное покрытие призмы 9 и претерпевает все перечисленные оптические преобразования. Изменение светового потока, прошедшего через вторую щель двухщелевой диафрагмы 10 в моменты касания и разъединения по" луконтрастных изображений, регистрируется третьим Фотоэлементом 12. Импульсы Фототоков собоих Фотоэлементов поступают на входы блока 26 обработки. Вторая часть изображения от отражательной призмы 6 посредством третьего 13 и четвертого 14 зеркал направляется также на сканирующий элемент 27 но уже со.стороны грани В г,грани А и В противолежащие). Это изображение также преобразуется в движущееся, причем направление его движения противоположно направлению двккения первого изображения. Далее изображение падает на вторую светорасщепляющую призму 15, в которой претерпевает такие же преобразова 40 ния, как и на светорасщепляющей призме 9. Иа щелях двухщелевой диафрагмы 16 также последовательно происходит изменение световых потоков в моменты касания и разъединения45 полуконтрастных изображений, которые регистрируются соответственно четвертым 17 и пятым 18 фотоэлементами, Импульсы фототоков с этих Фотоэлемен" тов также поступают на соответствую" щце входы блока 26 обработки. Про гпедший светоделительную пластину 2 луч падает на вторую коллииирующуюО систему 19, разворачивается на 90 поворачивающей призмой 20 и направляется на вторую светоделительную пластину 21, которая вместе с пятым зеркалом 22, шестым зеркалом 23, точечной диафрагмой 24 и вторым фотоэлементом 25 образуют однолучевсй интерферометр с фотоэлектриче ".;им считыванием, В измерительном плече интерферометра, которое образует вторая светоделительная призма 21 и пятое зеркало 22, вращается сканирующий элемент 27, что вызг,гвает изменение разности хода лучей и движение интерференционных полос, которое регистрируется Фотоэлементом 25, связанным с соответствующим входом блока 26 обработки.Разность хода 6 х в плечах интерФерометра зависит от параметров сканирующего элемента 27 и выражается следующей ФормулойЮХ = Ип - Бгп г - соз 1- о+4 )( где ог - толщина материала сканирующего элемента.Фотоэлемент 25 в единицу времени регистрирует определенное число интерференционных полосгде 3 -. длина волны светаЕго выходные импульсы используются в качестве квантующих импульсов г,фиг. 3).На выходе первого 11, третьего 12, четвертого 17 и пятого 18 фотоэлементов появляются импульсы с длительностью Т, пропорциональной размеру Е изображения микропроволоки 28 и обратно пропорциональной скорости сканирования -/СХ =2 Ч .Иэ расчета параметров сканирующего элемента 27 размер изображения находится как22У.= с 51 пг г;г-с 051 г О - 5 гп 1или через разность хода д х интерферометра:-3 нюй гдх 1 г 11- соБгкгдх)1/ф-ы(рЦС учетом указанных формул блок 26обработки осуществляет вычисление действитецьного размера микропроволоки с исключением действия на объект вибрации .на измерительной позиции предлагаемого устройства, Полусумма длительностей импульсов Фототоков вычисляется соответственно с первого 12 и четвертого 18 Фотоэлементов, Упрощенную Формулу для расчета ди 10964935 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 аметра микропроволоки можно записать следующим образом где- линейное увеличение оптического элементаи цилиндрическойлинзы 5. В предлагаемом способе при сканировании полукоцтрастные изображения в каждом канале движутся в противоположные стороны. В моменты касания и разъединения полуконтрастных иэображений на щелях Н 1 и Н фиг. 2) наблюдается резкое изменение освещенности, причем, если на щели Н 1 регистрируют световой поток в момент касания одноименных кромок изображений БЕ, то на щели Н 2 (если отсутствует вибрация) в то же время регистрируют световой поток в момент разъединения полуконтрастных изображений по кромкамс. При дальнейшем движении изображений в первом канале на щели Н регистрируют световой поток в момент разъединения полуконтрастных изображений по кромками а, а на щели Н - в момент касания по кромкам о Б. Световые потоки преобразуют в импульсы фототока, длительности которых пропорциональны размеру изображения микропроволоки 28. Таким образом, получают два независимых измерения с соседних участков микропроволоки. Действие вибрации или поперечного смещения объекта на измерительной позиции аналогично смещению изобра., жений друг относительно друга, вызванного их сканированием, т.е, по-. луконтрастные изображения смещаются в плоскости щелевых диафрагм синхронно в разные стороны, В каждом канале действие вибрации на движение полуконтрастных изображений оказывает противоположное действие: если в первом канале скорости смещения изображений от действия вибрации 1 и сканирования 7 с складываются (фиг. 2) то во втором - вычитаются, т.е. .+РЕЗ 1 В СрЕзг В СПервому случают соответствует длительность Т импульса фототока (фиг. 3), который короче, чем импульс Т , полученный при отсутствии вибрации, а второму случаю - длительность Т, который длинее Т В общем случае можно записать1и иТнс-Т -Т - Тном,Р действие вибрации на результат измерения исключается путем нахожЦ дения полусуммы длительностей Т и ТТ =(Т + Т )/2.Таким образом, предлагаемый способ контроля диаметра миКропроволоки и устройство для его реализации обеспечивают контроль в процессе движения и при наличии поперечных смещений на измерительной позиции (вибраций) . Так как вибрация может искажать длительности импульсов фототоков на 507. и более, то повышение точности контроля при ее исключении постигает нескольких десятков раз. Способ и устройство для его реали. эации могут найти широкое применение в точном машиностроении, в электронной, радиотехнической, электротехнической промьппленности и других отраслях для контроля размеров различных протяженных микрообъектов - диаметров микропроволок, нитей, оптических волокон непосредственно в процессе изготовления (волочение, вытяжка, травление, нанесение покрытий и т.н ) и в присутствии вибраций.1096493 оставитель Л. Лобзоваехред М.Кузьма Редактор И. Дербак ектвр Л. Шень аказ 3787/2 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,Тираж 587 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 13035, Москва, Ж, РПодписноого комитета СССРний и открытийушская наб., д. 4/5