Фотоэлектрический способ измерения линейных размеров изделия и устройство для реализации способа

Фотоэлектрический способ измерения линейных размеров изделия и устройство для реализации способа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 5г1456

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.08.74 (21) 2058527/28

ДЦ М. Кл.

G 01B 11/04

Q 01В 11/08 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Инннстроа СССР па делам изобретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано15.07.76.Бюллетень №26 (53) УДК 531,717.11 (088,8) (40) Дата опубликования описание 1 .10.76 (72) Авторы изобретения

И„ .А. Грейм, Е. М. Махов и В. Н. Назаров (71) Заявитель СеверсЗвпадный заочный политехнический институт (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА

Изобретение относится к области изме рительной техники и предназначено для из- мерения диаметров тонких волокон, проволок, а также может быть использовано при со,здании приборов для измерения линейных раэ- а, меров:иэделий в диапазоне от нескольких микрон до одного миллиметра, Известный способ контроля. линейных раз. меров . нздолий малой протяженности и, устрой-, ство для е о реализации. основаны на освеще- о нии монохроматическим когерентным излуче- нием контролируемого изделия, получении в ! фоквльной плоскости оптического анализато. ра дифракционной картины и анализе дифрак ционной картины (1). 5

Недостатком такого способа является трудность проведения измерений, обусловленная прохождением прямого, не дифрагированного на объекте излучения лазера через линзу и фокусированием его нв экран с дифракцион- 20 ной картиной. Недостаток заключается также в низкой яркости дифракцнонной картины при большом расстоянии между изделием и экраном,. что обусловлено малой мощностью одномодового режима генерации лазера. 2Ь

Известен фотоэлектрический способ и устройство для контроля, линейных размеров изделий, имеющих малую протяженность,в ! котором контролируемое изделие освещают монохроматическим светом и создают таким образом дифракцию на иэделии. Измеряют с помощью фотоприемников распределение освещенности в плоскости анализа и по рас! стоянию между максимумами дифракционной картины судят о размере контролируемого изделия j (2) Недостатком такого способа и устройства является малая точность измерения линейных размеров из-эв сложной трансцендентной зв висимости между линейным размером контроI лируемого размера и углами дифрвкции, со ответствующими направлениям на максимумы освещенности различного порядка.

Наиболее близким к изобретению по сво ейй технической сущности и решаемой задаче является фотоэлектрический способ измере, ния линейных размеров изделий и устройство, для его реализации (3). Способ заключается в освещении контролируемого иэделия моно хроматическим источником света, создании

-тем самым днфракции нв п,- пеппи, я ?аге . на прозрачной щели, устяновлецной зя изделием. Дифракционнук? картину наблюдают либо непосредственно на экране, либо направляют на экран с помощью линзы, фокус котся- $ рой совмещают с плоскостью экрана. Способ позволяет увеличить яркость дифракционной картины при большом расстоянии между изделием и экраном, так как режим лазера устанавливают многомодовым. О величине И! линейного размера судят по расстоянию между темными полосами картины.

Недостатками способа являются малая точность измерения линейных размеров иэделий из-за систематической погрешности, !5 источником которой является теоретическая ошибка и малый диапазон измерения линейных размеров, так как с уменьшением нижнего предела диапазона измерения существенно увеличивается погрешность измерения. яо

K недостаткам способа следует отнести сложность устройств, с помощью которых его реализую, так как полученную дифракционную картину сканируют в плоскости анализа, что связано с необходимостью реги- 25 страцин фотоприемником излучения потоков черезвычайно широкого диапазона, Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения линейных размеров изделий. Ъо

Достигается zòo тем, что смещают минимум освещенности дифракционной картины на оптическую ось линзы и по измеряемому углу дифракции лучей, соответствующих направлению на выбранный минимум освещенности картины, определяют размер контролируемого изделия.

Устройство для реализации способа, содержащее последовательно установленные источник света, диафрагму, щель, линзу, то- @ чечную диафрагму„ фотоприемник, дополнительно снабжено фотоэлектрическим гяльванометром, поворотное плоское зеркало кото рого расположено перед линзой, генератором . (одиночных импульсов, подключенным ко вхо- i ду гальванометра и в цепь обратной связи с фотоприемником, и последовательно установленными за фотоприемником функциональным преобразователем, электрическим блоком сравнения и источником эталонного напряжения.

На фяг, 1 представлена схема, пояснякъщая фотоэлектрический способ измерения линейных размеров изделий; ня фнг. 2 - схе- Я ма устройства для реализации способа, По предлагаемому способу (см, фиг. 1) . излучение лазера l нап!?являют на к?н? ролируемый объект 2 и уст lIIQPBcHIIун?;I;I ннм

1 прозрачнув и??и. 3. На экране 4 ф?кгI:Ii,ной 4ф

IlcI()c.ксх.ти лин:вн 5 н >лунгiirii пифу>анни rliiiyi? картину 6 !?ясп!?еделения с и г?, (. мглияк?т минимум освещенности возможно болеp Bhlсокого порядка. дифрякционной картины на оптическую ось линзы, например с почощьк> зеркала 7, установленного перед линзой.Измеряют угол дифракции лучей, соответствующих направлению на выбранный минимум освещенности картины, и по его величине определяют линейный размер контролируемого объекта 2. На фиг. 1 дифракционная картина распределения света 6 представлена в относительных единицах.

Устройство для реализации способа (см. фиг. 2) содержит источник света 8, диафрагмы 9 для выделения наиболее однородной части светового пучка 1О, прозрачную щель

11, поворотное зеркало 12, установленное перед линзой 13 на подвижной рамке фото электрического гальванометра 14, точечную диафрагму 15, фотоприемник 16, функциональный преобразователь 17, источник 18 эталонного напряжения, электрический. блок

19 для измерения отношения эталонного напряжения к выходному напряжению функционального преобразователя 17 и генератор

20 одиночных импульсов напряжения, подктпсченный к входу фотоэлектрического гальванометра 14, Гальванометр включен в цепь обратной связи с фотоприемником 16, связанным, в свою очередь, с преобразователем

17. Точечная диафрагма 15 установлена в фокальной плоскости ня оси линзы 13.

При измерении контролируемое изделие 2 1 помещается перед прозрачной щелью 11. 8 плоскости диафрагмы 15 образуется дифракцнонная картина, представляющая собой светящуюся линию, разделенную перпендикулярными ей темными полосами. Направлениям на минимумы освещенности порядка m соответствуют углы дифракции Ч . В центре экрана на. оптической оси линзы 6 находится дифракционный максимум нулевого порядка, интенсивность которого уменьшается до нуля в обе стороны от прозрачной точечной диафрагмы. Возникающий при этом на фотоприемнике 16 сигнал управляет поворотом зеркала 12 до тех пор, пока дифракционный минимум первого порядка в виде темной полосы не устанавливается на экране против диафрагмы 15, Угол поворота зеркала 12, соответствующий положению .темной полосы на точечной диафрагме, !?авен щ/, Пропорциональный этому углу электрический сигнал фотоприемника 16 подается на функциональный преобразователь 17, вырабатывающий напряжение, пропорциональное синусу удвоенного угла поворота .?е!?кяла 12„Сигнал с преоб!?язовагзлл .17 подается ня элек6

Ф иг. 2

11НИИГ11! Заказ 4082/534 Тираж 864 Подписное

t1tItN 19. 11олучеиное и<и<11»ж<. ние

< равнивяют здесь <-:э.талоииь<м напряжением, я шкаля измерителя ирогрядуирована в линейных единицах, определяюших размер контролируемого изделия. 5

Для работы в.более высоких дифракционных поря ах в момент прохождения очередного дифракционного минимума перед rosesной диафрагмой 15 подают кратковременные импульсы напряжения на фотоэлектрический 1О гальванометр 14 с помошью генератора импульсов 20. Точность измерения предложенным способом возрастает при работе с дифракционными минимумами более высоких порядков. На результат измерения не влияют ошибки дисторсии линзы, так как точечная диафрагма расположена на оптической оси линзы и анализ дифракционной картины проводится в центре поля зрения.

Формула изоб ре тения

1, Фотоэлектрический способ измерения линейных размеров изделия, заключаюшийся в фотоэлектрическом анализе распределения освешенности дифракционной картины, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, смешают минимум освешенности ди фракционной картины на оптическую ось лин-З!

Р зь1 !1 По и и ир< леи»1«т размер контролируемого »идели», 2, Устройство для ре <лизапии <:.иос<1б» и и, 1, содержашее последовательно ус:t Ftttftonr t<ные источник светя, диафрагму, ии.ttt,, лии: у, точечную диафрагму, фотоириемиик, <»I ич а ю ш е е с я тем, чго оио снябжеио <1«.тоэлектрическим гальванометром, поворотив< плоское зеркало которого расположено tle1к. и ,линзой, генератором одиночных имиульсои, подключенным ко входу гяльваиометра и В ! цепь обратной связи с фотоприемником, и последовательно установленными за фотоприс..«<ником функциональным преобразователем, электрическим блоком сравнения и:источии1 ком эталонного напряжения.

Источники информации, принятые во Rfttt<мание при экспертизе.

1,. Патент, Франция, No. I 1506268 кл. G 01 В от 23,02,66 г.

2, Патент, Франция, % 1592292 кл.

Cr 01 B.

3. Измерительная техника", 197 Э г., % 6, стр, 30. ПРименение лазеРЯ длЯ

I. измерения ширины, тонких лент (прототип)