Способ измерения толщины стенки прозрачных труб и устройство для его осуществления
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины стенки труб. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения влияния смещения трубы относительно оптической системы. Для этого от источника 1 трубы направляют на поверхность 6 пучок излучения в виде узкой полосы. Оптической системой 2 строят в плоскости фотоприемника 5 изображения световых пучков, отраженных от наружной и внутренней поверхностей трубы 6. Посредством коллиматора и пространственного фильтра 4 отраженные пучки ограничивают до параксиальных. 2 с.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
СОО3 СОВЕТСКИХ
РЕСПУБЛИК щ1 а .С О1 В 11/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4384469/24-28 (22) 25.02.88 (46) 15.11.89. Бюл. 9 42 (72) Н.И.Евсеенко, Е.Г.Попов и С.Л.медник (53) 531.717. 11(088.8) (56) Патент ФРГ 1» 3503086, кл. С 01 В 11/06, 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ
ПРОЗРАЧНЫХ ТРУБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО
ОСУГЕ СТВЛЕН ИЯ (57) Изобретение относится к контроль.но-измерительной технике и мотет быть использовано для измерения тол„,Я0„;, 3522029 А1
2 щины стенки труб. Целью изобретения
:является повышение точности измерений за счет устранения влияния смещения трубы относительно оптической системы. Для этого от источника 1 направляют на поверхность трубы 6 пучок излучения в виде узкой полосы.
Оптической системой 2 стрбят в плоскости фотоприемника 5 изобрамения световых пучков, отраженных от наружной и внутренней поверхностей трубы
6. Посредством коллиматора и пространственного фильтра 4 отраженные пучки ограничивают до параксиальных.
2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
1522029
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптико-электронным измерительным приборам, и может быть использовано для измерения толщины стенки труб из стекла, кварца или прозрачной пластмассы.
Цель изобретения — повйшение точности измерений за счет. устранения 10 влияния смещения контролируемой трубы и ее переноса относительно оптической системы.
На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 †. разрез А-А на 15 фиг. 1 на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Устройство содержит источник .1 направленного пучка излучения, оптическую систему 2 переноса изображе- 20 ния (цилиндрическую линзу), цилиндрический объектив 3, пространственный фильтр (щелевую диафрагму) 4 и сканирующий фотоприемник 5 (линейку фотодиодов, в которой совмещены функции 25 узла сканирования и фотоприемника)., Оптические оси источника 1 излучения и оптической системы 2 расположены в плоскости ХОУ, образованной осью трубы и осью освещающего пучка под .углом 2 друг к другу. Между источником 1 излучения и оптической системой 2 переноса изображения в точке пересечения их оптических осей поме--= щена стенка контролируемой трубы 6.
Способ осуществляется; следующим образом .
Контролируемую трубу 6 устанавливают между источником 1 излучения и оптической системой 2 переноса изображения. От источника 1 излучения на поверхность трубы 6 направляют пучок излучения в виде узкой световой полосы, перпендикулярной к плоскости
ХОУ. Большую ось сечения освещающего пучка, расположенную перпендикулярно оси трубы, выбирают равной, например, диаметру трубы (зависит от диапазона колебаний трубы при измерении). Оптическая система 2 строит в плоскости фотоприемника 5 изображение двух световых пучков, отраженных от наружной и внутренней поверхностей стенки трубы. Цилиндрическая onmwecxasf система 2 расположена так, что радиусы кривизны ее преломляющих поверхностей лежат в плоскости ХОУ, а сама она работает как система перег носа изображения. Отраженные от стенки трубы пучки излучения ограничивают по апертуре при помощи коллиматора, состоящего из объектива 3 и пространственного фильтра 4. В плоскости изображения сканируют фотоприемником 5 изображения отраженных пучков и преобразуют их в электрические сигналы (последовательность двух коротких импульсов), по которым определяют толщину стенки трубы. Временной интервал между импульсами пропорционален толщине стенки трубы.
Цилиндрический объектив 3 расположен таким образом, что его оптическая ось совпадает с осью оптической системы 2, а радиусы кривизны прелом" ляющих поверхностей лежат в плоскости, перпендикулярной к плоскости
ХОУ. При этом в плоскости ХОУ объектив 3 работает как плосконараллельная пластина, которая практически не изменяет параметры системы переноса изображения и величину эквивалентного фокусного расстояния оптической системы. В задней фокальной плоскости объектива 3 расположен пространственный фильтр 4, имеющий форму щелевой диафрагмы, длинная сторона которой параллельна плоскости ХОУ. В плоскости, перпендикулярной к плоскости ХОУ, объектив 3 совместно с диафрагмой 4 работает как коллиматор, а оптическая система 2 — как плоскопараллельная пластинка, которая практически не изменяет эквивалентное фокусное расстояние коллиматора. При дуэтом объектив 3 собирает на щели пространственного фильтра 4 только световые лучи, отраженные от определенных участков трубы, в данном случае — от ее вершины (точка В), которые распространяются параллельно оптической оси объектива. Лучи, отраженные от соседних участков трубы под другими углами к оптической оси (+ 4 0), экранируются пространственным фильтром 4 и не достигают фотоприемника 5. Благодаря такой схеме при смещениях трубы относительно оптической .системы на величину э на фотоприемник всегда попадают лучи, отраженные от одних и тех же участков трубы, в данном случае от ее вершины (точка В). При этом расстояние между изображениями световых лучей, отраженных от наружной и внутренней поверхностей стенки трубы, остается неизменным, а значит не изменяется
1522029
= 2 S U соео(tgp, 10
45 — sind) = О
1 ( п - соз
n — sin el
- sin4) = 0, и результат измерения толщины стенки трубы.
Расстояние t между осями световых пучков в плоскости фотоприемника 5 связано с толщиной стенки трубы и уг5 лом падения освещающего пучка зависимостью где 8 — толщина стенки трубы;
V — коэффициент увеличения оптической системы;
8 1п<
,з = aresin() — угол между и направлением распространения переломленного луча и плос-. костью поперечного сечения трубы 20
n — показатель преломления материала трубы.
Величина t достигает максимального значения при угле падения Ы „
Вблизи этого угла расстоянче t между осями регистрируемых световых пучков достигает максимального значения, а его частная производная равна нулю:
Следовательно, вблизи угла e(0„ достигается максимальная чувствительность устройства к изменению толщины стенки и минимальная чувствительность к.
35 наклону трубы относительно оптической схемы. Оптимальный угол падения c „T является корнем этого уравнения, которое после дифференцирования и тож- 0 десТвенных преобразований принимает вид:
Согласно предлагаемому способу величина угла d выбрана равной корню 50 уравнения (1). Благодаря этому устройство имеет минимально возможную чувствительность к наклону трубы относительно оптической схемы, что повышает точность измерения толщины
55 стенки трубы при колебаниях и наклонах трубы.
В устройстве система переноса изображения может быть выполнена из двух сферических линз. Цилиндрический объектив 3, расположенный между этими линзами, работает в плоскости KQY как плоскопараллельная пластинка, которая не изменяет эквивалентного фокусного расстояния системы переноса изображения. Роль коллиматора в нлоскости, перпендикулярной к плоскости
ХОУ, выполняют сферические и цилиндрические линзы и пространственный .фильтр 4, расположенный в их эквивалентной фокальной плоскости F
Аберрационный расчет оптической схемы .устройства показал, что система переноса изображения обладает наименьшими полевыми аберрациями, а значит и более высокой точностью передачи изображения в том случае, если она выполнена с однократным увеличением по симметричной схеме с телецентрическим ходом лучей. В такой схеме полевые аберрации первой сферической линзы компенсируются равными пс величине и обратными по знаку аберрациями второй линзы,что обеспечивает при смещениях стенки трубь1 относительно оптическай схемы неиэменнсе расстояние между изображениями отраженных лучей. формула изобретения
1. Способ измерения толщины стечки прозрачных труб, заключающийся в том, что направляют пучок иэлччения на измеряемую трубу под углом О < e (90 к плоскости ее поперечного сечения, формируют изображения двух пучков, отраженных от наружной и внутренней поверхностей стенки трубы в плоскости фотоприемного устройства, сканируют полученные изображения и преобразуют их в .электрические сигналы, по которым определяют толщину стенки трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности из- мерений, ограничивают отраженные пучки излучения по апертуре до параксиальных пучков в направлении, перпендикулярном плоскости, образованной осью трубы и осью освещающего пучка, а угол e(определяют из уравнения
1522029
nrpybn
<Риг 2 р-
ЩрЗ
Составитель В.Бахтин
Техред М.Ходанич Корректор H. МУска, Редактор Л.Пчолинская
Заказ 6948/37 Тираж 683 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно- издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 где n — показатель преломления материала трубы.
2. Устройство для измерения толщины стенки прозрачных труб, содержащее источник излучения, систему формирования освещающего пучка, оптическую систему переноса изображения и сканирующий фотоприемник, расположенные так, что ось оптической системы переноса иэображения расположена под углом 2о(к оси системы формированйя освещающего пучка, причем
04 90а а фотонриемник расположен в плоскости изображения оптической системы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено коллииаторбм, расположенным между оптической системой переноса изображения и фотоприемником и выполненным в виде последовательно установленных
I объектива и пространственного фильт- . ра, объектив выполнен из сферических . или цилиндрических линз и ориентирован так, что радиусы кривизны линз расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости, образованной осью системы формирования освещающего пучка и осью оптической система переноса изображения, а пространственный фильтр установлен в эквивалентной фокальной плоскости объектива и оптической системы переноса изображения, совмещенной с плоскостью. фотоприемника.
3. Устройство по п. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оптическая система переноса иэображения выполнена по симметричной схеме с одно20 кратным увеличением и телецентричес» ким ходом лучей как в пространстве предметов, так и в пространстве изображений.
