CS255153B1

CS255153B1 - A device for contactless and continuous measurement of the cross-sectional dimension of objects by sweeping the laser beam

Info

Publication number: CS255153B1
Application number: CS86822A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Miler; Marta Triskova; Miroslav Skalsky
Original assignee: Miroslav Miler; Marta Triskova; Miroslav Skalsky
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1986-02-05
Publication date: 1988-02-15
Also published as: CS82286A1

Abstract

Řešení spadá do oboru optických měřicích přístrojů. Podstata zařízení spočívá v tom, že na čele rozmítací jednotky je umístěn plochý holografický difrakční rozmítač.The solution falls into the field of optical measuring instruments. The essence of the device is that a flat holographic diffraction scanner is placed at the front of the scanning unit.

Description

Vynález se týká zařízení k bezdotykovému průběžnému měření příčného rozměru předmětu rozmítáním laserového paprsku sestávajícího ze zdroje laserového paprsku směrovaného na odrazné zrcadlo odrážející paprsek na rozmítací jednotku, za kterou je podstava čoček a světelný detektor připojený na vyhodnocovací jednotku.The invention relates to a device for contactless continuous measurement of the transverse dimension of an object by sweeping a laser beam consisting of a laser beam source directed at a reflecting mirror reflecting the beam onto a scanning unit, behind which the lens base and light detector are connected to the evaluation unit.

Dosud se v zařízení k bezdotykovému průběžnému měření příčného rozměru používá ve vysílací hlavici k rozmítání laserového paprsku vícebokého rotujícího hranolového zrcadla. Princip zařízeni spočívá v tom, že laserový paprsek po vhodných odrazech popř. rozšíření dopadá na viceboké rotující hranolové zrcadlo, kterým je rozmítán. Bod dopadu paprsku na zrcadlo leží v ohnisku kolimační čočky, takže za ní je paprsek rozmítán rovnoběžně s osou soustavy. Sem se také vkládá předmět, jehož příčný rozměr se má měřit. Většinou se takto měří průběžně vytahovaný materiál ve formě vlákna, drátu, tyče apod. Dále paprsek prochází kolimační čočkou, která ho nasměruje'do svého ohniska, kde je .umístěn detektor světla. Signál pak pokračuje do elektronické vyhodnocovací jednotky.Until now, in the transverse contactless measuring device, it is used in the transmitter head to sweep the laser beam of a multi-sided rotating prismatic mirror. The principle of the device consists in that the laser beam after suitable reflections respectively. the extension falls on a multi-sided rotating prismatic mirror, through which it is swept. The point of incident of the beam on the mirror lies in the focus of the collimating lens, so that behind it the beam is swept parallel to the axis of the system. The object whose transverse dimension is to be measured is also inserted here. In most cases, the continuously drawn material in the form of a fiber, wire, rod or the like is measured. Further, the beam passes through a collimating lens which directs it to its focus where the light detector is located. The signal then proceeds to the electronic evaluation unit.

Zařízení, ve kterém se k rozmítání laserového paprsku používá vícebokého zrcadla, má mnoho nevýhod. Jde především o relativně značnou hmotnost a její nerovnoměrné rozložení, což ztěžuje funkci při rychlých otáčkách, a dále měnící se vzdálenost bodu dopadu na zrcadlo od jeho osy rotace, což vyvolává obtíže při detekci signálu a přispívá k systematické chybě měření, kterou je nutno v elektronické jednotce kompenzovat. Kromě toho viceboké zrcadlo vyžaduje osvětlení paprskem v rovině kolmé k ose otáčení, čímž se optická sestava stává složitější a prostorově náročnější. Kromě těchto nedostatků má hranolové zrcadlo i výrobní obtíže, protože vyžaduje přesné vybroušení a vyleštění skleněné preformy, přičemž přichází v úvahu více stupňů volnosti při nastavení úhlů a vzdálenosti. Nadto speciální přípravky má k dispozici pouze několik málo světových firem. Viceboké zrcadlo vyrobené z jiného materiálu, např. leštěné mosazi, nemůže mít tak dobrou kvalitu jako zrcadlo skleněné, což se projeví na nepřesnosti měření.A device in which a multi-sided mirror is used to sweep the laser beam has many disadvantages. This is mainly due to the relatively high mass and its uneven distribution, which makes it difficult to operate at high speed, and the varying distance of the mirror point from its axis of rotation, which causes difficulties in signal detection and contributes to a systematic measurement error unit to compensate. In addition, the multi-sided mirror requires beam illumination in a plane perpendicular to the axis of rotation, making the optical assembly more complex and more space consuming. In addition to these drawbacks, the prism mirror also has manufacturing difficulties because it requires precise grinding and polishing of the glass preform, with multiple degrees of freedom in adjusting angles and spacing. In addition, only a few global companies have special products available. A multi-sided mirror made of another material, such as polished brass, cannot be as good as a glass mirror, which results in measurement inaccuracies.

Mnohé z těchto nevýhod odstraňuje zařízeni podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na čele rozmítací jednotky je umístěn plochý holografický difrakční rozmítač.Many of these disadvantages are overcome by the device according to the invention, which is based on the fact that a flat holographic diffractive spreader is placed at the front of the sweeping unit.

Výhody zařízení podle vynálezu spočívají v nízké hmotnosti funkční části rozmítací jednotky a jejím rovnoměrném rozložení, protože může být vyrobena jako plochý kotouč. Současně nevytváří vířivý pohyb vzduchu při rychlé rotaci. Také bod dopadu zůstává na jednom místě, přesně v ohnisku kolimační čočky, během rotace funkční části rozmítací jednotky. Optická sestava je mnohem jednodušší s Chodem paprsku v jedné rovině obsahující osu rotace funkční části rozmítací jednotky. Také její výroba je mnohem jednodušší, vyžaduje pouze otáčení o přesný úhel kolem jedné osy.The advantages of the device according to the invention are the low weight of the functional part of the sweeping unit and its uniform distribution, since it can be made as a flat disc. At the same time, it does not create a swirling air movement with rapid rotation. Also, the point of impact remains at one point, precisely at the focus of the collimating lens, during rotation of the functional portion of the sweep unit. The optical assembly is much simpler with the beam running in one plane containing the axis of rotation of the functional portion of the sweep unit. It is also much easier to manufacture, requiring only a precise angle of rotation about one axis.

Příklad provedení podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu ve schematickém náčrtu.An exemplary embodiment of the invention is illustrated in the accompanying drawing in a schematic diagram.

Zdroj 2 laserového paprsku je nasměrován přes zrcadlo 2 ^na plochý holografický difrakční rozmítač 3a připojený ke hřídeli motorku £. Za tímto plochým holografickým difrakčním rozmítačem 3a je upravena kolimační čočka 2 ^a fokusující čočka ]_. Mezi těmito čočkami 5 ^a 7 je umístěn měřený předmět 2· ^Za fokusující čočkou T_ je upraven detektor světla 2' napojený na elektronickou vyhodnocovací jednotku 9.The laser beam source 2 is directed through the mirror 2 ^{to a} flat holographic diffractive sweeper 3a connected to the motor shaft 6. A collimating lens 2 ^{and a} focusing lens 11 are provided downstream of this flat holographic diffraction sweeper 3a. Between these lenses 5 ^and 7 is a measured object 2. ^A light detector 2 'connected to the electronic evaluation unit 9 is arranged downstream of the focusing lens T'.

Funkce zařízení probíhá tak, že ze zdroje 2 vychází laserový paprsek odrážející se od zrcadla 2 na plochý holografický difrakční rozmítač 3a poháněný motorkem 4. Plochý holografický difrakční rozmítač 3a rozmítá laserový paprsek. Princip plochého holografického difrakč ního rozmítače 2 spočívá v tom, že se využívá odchylky difraktovaného paprsku na mřížce při šikmém dopadu. Plochý holografický difrakční rozmítač 3a je tvořen segmenty difrakčníoh mřížek na kotouči. Mřížky mají mřížkové linie orientovány tečně. Rozmítaný paprsek prochází kolimační čočkou 5 a postupuje rovnoběžně s osou soustavy na fokusující čočku 7_. Mezi tyto čočky 2» Z ^se umístuje měřený předmět 2- Fokusující čočka 7_ dále soustřeňuje rozmítaný papr255153 sek na detektor světla 8. Rozmítaný paprsek vytvoří mezi kolimačnl čočkou 5 a fokusující čočkou 2 dynamickou světelnou clonu. Měřený předmět 6 vložený do tohoto prostoru odstíní po určitou dobu rozmítaný paprsek a detektor .8 po tuto dobu nezaznamenává signál. Elektronická vyhodnocovací jednotka 2 pak odměřuje na základě doby zastínění příčný rozměr měřeného předmětu 6_.The operation of the device is such that a laser beam reflecting off the mirror 2 is emitted from the mirror 2 onto a flat holographic diffractive sweeper 3a driven by a motor 4. The flat holographic diffractive sweeper 3a sweeps the laser beam. The principle of the flat holographic diffraction sweeper 2 is to utilize the diffracted beam deviation on the grid at an oblique incidence. The flat holographic diffraction spreader 3a is formed by segments of diffraction gratings on the disc. Grids have grid lines oriented tangentially. The sweep beam passes through the collimating lens 5 and progresses parallel to the axis of the assembly onto the focusing lens 7. These lenses 2 »of ^the measured object locates 2- Focusing lens 7_ further soustřeňuje sweep papr255153 sec to the light detector eighth swept beam kolimačnl formed between the lens 5 and the focusing lens 2 dynamic light curtain. The measured object 6 inserted in this space shields the swept beam for a certain period of time and the detector 8 does not record a signal during this period. The electronic evaluation unit 2 then measures the transverse dimension of the measured object 6 based on the shading time.

Zařízení podle vynálezu je možno s výhodou využít k bezdotykovému průběžnému měření příčného rozměru vytahovaných materiálů ve formě vláken, drátů, tyčí apod.The device according to the invention can be advantageously used for non-contact continuous measurement of the transverse dimension of the extracted materials in the form of fibers, wires, rods and the like.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A device for contactless and continuous measurement of the transverse dimension of an object by sweeping a laser beam comprising a laser beam source directed at a reflecting mirror reflecting the beam onto a scanning unit, behind which a lens assembly and a light detector are connected to an evaluation unit. ), a flat holographic diffraction sweeper (3a) is placed.