Бесконтактный датчик геометрических размеров стекловолокна

 

ОПИСАНИЕ (и) 532000

Со1оа Советских

Социалистических

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

Ресяублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.05.74 (21) 2041389/23 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.10.76. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 23.11.76 (51) М. Кл. - G 01В 9/02

Государственный комитат

Совета Министров СССР

flo делам изобретений и огкрытнй (52) УДК 535.854 (088.8) (72) Авторы изобретения

Т. В. Бухтиарова, А. А. Дяченко, М. Е. )Каботинский, Е. Н. Коршунова и О. Е. Шушпанов (71) Заявитель

Институт радиотехники и электроники АН СССР (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК

ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ СТЕКЛОВОЛОКНА

Изобретение относится к оптико-электронным приборам, более точно к приборам для бесконтактного измерения и контроля геометрических размеров прозрачных тонкостенных трубчатых диэлектрических волокон.

Известен бесконтактный датчик геометрических размеров стекловолокна (1), содержащий монохроматический источник света, оптическую систему, включающую, по крайней мере, один цилиндрический элемент, и индикатор. В этом приборе изображение источника света (щели) проектируется при помощи оптической системы, содержащей цилиндрический объектив, на измеряемую трубку так, что указанное изображение располагается вблизи оси измеряемой трубки параллельно ей. Тот же цилиндрический объектив, а также светоделительная пластина и окуляр используются для наблюдения света, отраженного от поверхности трубки.

Диаметр отверстия определяется из наблюдения интерференционных колец при различных длинах волн используемого света.

Основным недостатком этого прибора является необходимость фиксации измеряемого объекта в пространстве с тем, чтобы его ось не удалялась от оси изображения источника (щели). Особенно жестким становится это требование, когда измеряемым объектом является микрокапилляр, при этом его ось должна быть фиксирована в пространстве с точностью порядка микрона, что трудно выполнимо, если измерение должно производиться в процессе вытяжки указанного микрокапил5 ляра.

Для обеспечения одновременного бесконтактного измерения абсолютного значения диаметра и толщины стенки трубчатого волокна, а также относительного изменения

10 толщины стенки в процессе его вытяжки,т.е. без фиксации его положения в пространстве, в предлагаемом датчике плоскость симметрии цилиндрического элемента, проходящая через цилиндрическую образующую, 15 наклонена к оси измеряемого волокна на угол не менее 20 и не более 70, а апертурный угол в этой плоскости составляет 10—

90, На фиг. 1 и 2 приведены два варианта вы20 полнения описываемого датчика.

Источник 1 света и оптическая система 2, содержащая, по крайней мере, один элемент, обладающий цилиндрической симметрией в плоскости, перпендикулярной оптической оси

25 системы, линзу (фиг. 1) или зеркало (фиг.2), закреплены на общей базе с экраном 3 так, что фокальный штрих, формируемый оптической системой 2, перпендикулярен оси измеряемого волокна 4, а экран перехватывает свет, 30 отраженный измеряемым волокном.

532000

Устройство работает следующим образом.

Свет от монохроматического источника 1 формируется при помощи оптической системы

2 в линию, перпендикулярную к волокну 4.

Свет, отраженный от четырех поверхностей, ограничивающих волокно 4, падает на экран

3, на котором наблюдается интерференционная картина.

Варианты датчика, показанные на фиг. 1 и

2, служат лишь для иллюстрации действия устройства, хода лучей в нем и для наглядного изображения существенных отличий устройства, заключающихся в выборе угла наклона плоскости симметрии цилиндрического элемента оптической системы по отношению к оси измеряемого волокна.

Различия этих вариантов не существенны и сводятся к тому, является ли цилиндрический элемент линзой или зеркалом.

Нс существенно также количество примененных цилиндрических элементов и их взаимное расположение.

Существенным является лишь взаимное положение плоскости симметрии к оси измеряемого волокна и величина угловой апертуры системы в указанной плоскости.

Наблюдаемая интерференционная картина одинакова в обоих примерах систем полос, отличающихся пространственным периодом, Как показывает расчет, указанные системы интерференционных полос содержат информацию о подлежащих измерению геометрических размерах трубчатого волокна.

Внешний радиус R волокна равен: (1) (i> — ".-,) 4 sin а где L расстояние от волокна до экрана;

Х вЂ” длина волны света ОКГ; а — угол падения осевого луча ОКГ на измеряемое волокно; (5 > — E z) — расстояние между соседними максимумами (минимумами) интерференционной картины, обладающей меньшим пространственным периодом.

Толщина стенки трубчатого волокна д =L 3.) п " — sin а

) (П) (= =2) 81п2й где а — показатель преломления вещества стенки волокна; (р — (z) — расстояние между двумя соседними максимумами (минимумами) интерфереционной картины, обладающей большим пространственным периодом.

Расчет показывает, что оптимальный угол наклона плоскости симметрии цилиндрического оптического элемента по отношению к оси измеряемого волокна должен совпадать с углом падения осевого луча монохроматическо5

40 го источника на измеряемое волокно и лежать в пределах 20 (а(70 .

Количество наблюдаемых на экране полос интерференции большого пространственного периода зависит от угловой апертуры цилиндрической оптики Ч . Для измерений абсолютной величины толщины стенки необходимо иметь как минимум два максимума (минимума) . Расчет показывает, что для измерения стенки волокон с толщиной стенки 2 мкм угол

Ч" должен быть не менее 60, Этот угол изменяется в зависимости от минимального значения толщины стенки измеряемого волокна в пределах от 10 до 90 для наиболее тонкой стенки.

Датчик пригоден не только для измерения трубчатого волокна, но и для измерения двухслойного и многослойного прозрачного волокна.

Для увеличения контраста интерференционной картины в случае многослойных волокон в датчик могут быть дополнительно введены элементы, повышающие фазовый контраст (например, фазосдвигающие пластинки, ножи или диафрагмы), расположенные надлежащим образом.

Датчик, в соответствии с изобретением, предназначен для одновременного измерения абсолютных величин внешнего диаметра и толщины стенки трубчатого волокна с точностью до десятых долей микрона, а также для измерения относительных значений изменения толщины стенки с более высокой точностью.

Предлагаемое устройство позволяет, кроме того, судить о наличии неоднородностей в материале стенки.

Существенным преимуществом предлагаемого устройства является независимость результатов измерения как от поперечных, так и от продольных перемещений измеряемого волокна в пределах измерительного поля, таким образом, предлагаемое устройство легко применять в процессе вытяжки стекловолокна.

Формула изобретения

Бесконтактный датчик геометрических размеров стекловолокна, содержащий монохроматический источник света, оптическую систему, включающую, по крайней мере, один цилиндрический элемент, и приемный экран, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения одновременного измерения диаметра и толщины стенки трубки (оболочки) без фиксации образца в пространстве, плоскость симметрии цилиндрического элемента, проходящая через цилиндрическую образующую, наклонена к оси измеряемого волокна на угол не менее и не более 70, а апертурный угол в этой плоскости составляет 10 — 90 .

Источник информации, принятый во внимание прн экспертизе:

1. Лвт. св. № 203927, кл. С вЂ” 01 в 9/02, 1966.

532000 ф;а >

Корректор Л. Орлова

Редактор С. Хейфиц

Заказ 2196/8 Изд. 1653 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР

IIo делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель В. Комаров

Техред Е. Подурушина