DD240777A1

DD240777A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE CRUSHING PROFILE OF CYLINDRICAL OBJECTS

Info

Publication number: DD240777A1
Application number: DD28042085A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Freitag; Wilfried Grossmann
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1985-09-09
Publication date: 1986-11-12

Abstract

Verfahren und Einrichtung zur Messung des Brechzahlprofils zylindrischer Objekte, insbesondere von Preforms. Ziel der Erfindung ist die Verringerung der Messzeit und die Erhoehung der Messgenauigkeit. Als Aufgabe steht die Angabe eines Verfahrens und die Schaffung einer Einrichtung, bei denen der zur Auswertung dienende Fotoempfaenger oertlich feststeht und das Messergebnis nicht von der Einstellung der Triggerschwelle beeinflusst wird. Die Erfindung besteht darin, dass das durch den Pruefling hindurchtretende Licht mit einer rotierenden Blende abgetastet wird und der Ort der Beugungsfiguren aus zweimaligen Triggern aus entgegengesetzten Abtastrichtungen bestimmt wird. Die Abtastung aus zwei entgegengesetzten Richtungen erfolgt mittels einer rotierenden Scheibe, die zwei mit archimedischen Spiralen begrenzte Durchbrueche aufweist. Fig. 1Method and device for measuring the refractive index profile of cylindrical objects, in particular preforms. The aim of the invention is the reduction of the measuring time and the increase of the measuring accuracy. The task is the specification of a method and the creation of a device in which the photoreceptor used for the evaluation is fixed locally and the measurement result is not influenced by the setting of the trigger threshold. The invention is that the light passing through the test is scanned with a rotating shutter and the location of the diffraction figures is determined from two triggers from opposite scanning directions. The scanning from two opposite directions takes place by means of a rotating disk, which has two apertures bounded by Archimedean spirals. Fig. 1

Description

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben und eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglichen durch Abtastung die örtliche Lage von symmetrischen Beugungsfiguren in Abhängigkeit von der Strahleinfallshöhe zu ermitteln, wobei der zur Auswertung dienende Fotoempfänger örtlich feststeht, und das Meßergebnis nicht von der Einstellung der Triggerschwelle beeinflußt wird.The invention has for its object to provide a method and to provide a device which make it possible to determine by scanning the local position of symmetrical diffraction patterns as a function of the beam incidence height, said serving for the evaluation photoreceptor is fixed locally, and the measurement result of the Setting the trigger threshold is affected.

Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe bei Anwendung des in Anspruch 1 formulierten Verfahrens unter Benutzung einer den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 entsprechend ausgebildeten Einrichtung zur Messung des Brechzahlprofils zylindrischer Objekte.According to the invention results in the solution of this problem when applying the formulated in claim 1 method using a the characterizing features of claim 2 correspondingly designed means for measuring the refractive index profile of cylindrical objects.

Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß die Meßgenauigkeit bei der Bestimmung des Brechzahlprofils erhöht werden kann, da durch die zweimalige Triggerung der unsymmetrischen verwaschenen Beugungsfiguren das Meßergebnis nicht von der Höhe der Triggerschwelle beeinflußt wird. Die Aufnahme mehrerer Meßreihen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Messung, sowie ein zeitaufwendiges Einstellen der Triggerschwelle mit speziellen zylindrischen Referenzobjekten können entfallen. Die Einrichtung ist erfindungsgemäß so aufgebaut, daß die Abtastung des durch das Meßobjekt hindurchtretenden Strahlenbündels bei gleichförmiger Drehung der Scheibe um ihre Achse erfolgt. Das Strahlenbündel wird damit über seinen gesamten Durchmesser linear mit den Drehwinkel der Scheibe in zwei entgegengesetzten Richtungen senkrecht zur optischen Achse abgetastet. Die Triggerung und elektronische Auswertung des modulierten Lichtes kann durch die gleichförmige Bewegung der Scheibe vorteilhaft mit der Drehzahl der Scheibe synchronisiert werden. Mechanische Störschwingungen, wie sie bei translatorisch bewegten Blenden vorhanden wären, treten bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht in Erscheinung.This results in the advantage that the measurement accuracy in the determination of the refractive index profile can be increased, since the measurement result is not influenced by the height of the trigger threshold by the two-time triggering of the asymmetrical blurred diffraction figures. The inclusion of several series of measurements to increase the reliability of the measurement, as well as a time-consuming setting of the trigger threshold with special cylindrical reference objects can be omitted. The device according to the invention is constructed so that the scanning of the beam passing through the measuring object takes place with uniform rotation of the disc about its axis. The beam is thus scanned linearly over its entire diameter with the angle of rotation of the disc in two opposite directions perpendicular to the optical axis. The triggering and electronic evaluation of the modulated light can be synchronized by the uniform movement of the disc advantageously with the speed of the disc. Mechanical disturbing vibrations, as would be present in translationally moving diaphragms, do not occur in the device according to the invention.

embodiment

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und zwar zeigen:In the drawing an embodiment of the invention is shown and show:

Fig. 1: ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung Fig. 2: eine Darstellung der Scheibe zur AbtastungFig. 1: a schematic of the device according to the invention Fig. 2: an illustration of the disc for scanning

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht nach Fig. 1 aus einer Lichtquelle 1, aus einer spaltförmigen Blende 2, der ebenfalls in der optischen Achse 3 liegend ein Kollimator 4 nachgeordnet ist. Das auszumessende zylindrische Objekt, im Ausführungsbeispiel ein Preform 5, befindet sich von einer Immersionsflüssigkeit 6 umgeben in einer Küvette 7, die mit einer Translationseinrichtung 8 gekoppelt ist. Das Preform 5 ist im dingseitigen Strahlengang 9 senkrecht zur optischen Achse 3 und senkrecht zur Translationsrichtung 10 angeordnet. Entlang der Achse 3 sind der Küvette 7 ein Objektiv 11 nachgeordnet, in dessen bildseitiger Brennebene 12 im bildseitigen Strahlengang 13 eine lichtundurchlässige Scheibe 14 angeordnet ist. Die Scheibe 14 ist um eine Achse 15 drehbar gelagert, wobei die Achse 15 einen festen Abstand zur Achse 3 hat und parallel zu dieser liegt. Die Scheibe 14 ist mit einem rotatorischen Antrieb 16 gekoppelt. Dem Objektiv 11 nachfolgend sind in der Achse 3 eine spaltförmige Blende 17 angeordnet, hinter der ein fotoelektrischer Empfänger 18 sitzt. Der Empfänger 18 ist mit einer Auswerteelektronik 19 gekoppelt, die ebenfalls mit dem Antrieb 16 verbunden ist.The device according to the invention consists of Fig. 1 from a light source 1, from a slit-shaped aperture 2, which is also located downstream of the collimator 4 in the optical axis 3. The cylindrical object to be measured, in the exemplary embodiment a preform 5, is surrounded by an immersion liquid 6 in a cuvette 7, which is coupled to a translation device 8. The preform 5 is arranged in the longitudinal beam path 9 perpendicular to the optical axis 3 and perpendicular to the translation direction 10. Along the axis 3 of the cuvette 7, a lens 11 downstream, in the image-side focal plane 12 in the image-side beam path 13, an opaque disc 14 is arranged. The disc 14 is rotatably mounted about an axis 15, wherein the axis 15 has a fixed distance from the axis 3 and is parallel to this. The disk 14 is coupled to a rotary drive 16. The lens 11 below a slit-shaped aperture 17 are arranged in the axis 3, behind which a photoelectric receiver 18 is seated. The receiver 18 is coupled to a transmitter 19, which is also connected to the drive 16.

In Fig. 2 ist die Geometrie der als Blendenanordnung dienenden Scheibe 14 mit Sicht in Richtung Achse 3 dargestellt. Demnach besitzt die Scheibe 14 zwei Ausbrüche 20 und 21, die bezüglich der in Figur 2 senkrecht zur Darstellungsebene stehenden Achse 15 in zwei sich nicht überschneidenden Sektoren 22, 23 gegenüberliegen und eine radiale Breite 24 und 25 haben, die größer als der Durchmesser des Strahlenganges 13 ist. Die der Achse 15 zugewandte radiale Begrenzung 26 des Ausbruches 20 und die der Achse 15 abgewandte radiale Begrenzung 27 des Ausbruches 20 sind jeweils Teilstücke einer archimedischen Spirale mit ihrem Ursprung im Durchstoßpunkt der Achse 15 durch die Scheibe 14. Auf der Winkelhalbierenden 31 zwischen den beiden Sektoren 22 und 23 ist in radial größerer Entfernung als die Ausbrüche 20 und 21 eine schlitzförmige Öffnung 32 eingebracht.In Fig. 2, the geometry of serving as a diaphragm assembly disc 14 is shown with a view in the direction of the axis 3. Accordingly, the disc 14 has two outbreaks 20 and 21 which, with respect to the vertical axis 15 in Figure 2 axis 15 in two non-overlapping sectors 22, 23 are opposite and have a radial width 24 and 25, which is greater than the diameter of the beam path thirteenth is. The axis 15 facing the radial boundary 26 of the outbreak 20 and the axis 15 facing away from the radial boundary 27 of the outbreak 20 are each sections of an Archimedean spiral with its origin in the piercing point of the axis 15 through the disc 14. On the bisector 31 between the two sectors 22 and 23, a slot-shaped opening 32 is introduced in radially greater distance than the outbreaks 20 and 21.

Mit der gemäß Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Einrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchgeführt werden: In der Brennebene des Kollimators 4 steht durch die Blende 2 ein beleuchteter Spalt, der ein schmales Parallelbüschel kleiner Apertur erzeugt. Dieses Büschel wird durch die Küvette 7 und die Immersionsflüssigkeit 6 hindurch vom Preform 5 winkelmäßig abgelenkt. In den Außenzonen wirkt die Küvette 7 mit der an die Mantelbrechzahl des Preforms 5 angepaßten Immersionsflüssigkeit 6 wie eine planparallele Platte ohne Winkelablenkung des schmalen Parallelbüschels. In der Mittelebene des Preforms tritt ebenfalls keine Winkelablenkung auf. Bei Verschiebung in Translationsrichtung 10 erzeugt das Preform in Abhängigkeit von der Durchtrittshöhe des Parallelbüschels seine sich selbst charakterisierende Winkelverteilung. Das nachfolgende Objektiv 11 hat eine Doppelfunktion. Einerseits formt es in seiner bildseitigen Brennebene 12 ein durch die Beugung an der inhomogenen Schichtung des Preforms 5 verwaschenes geometrisch-optisches Bild des Beleuchtungsspaltes, andererseits projeziert das Objektiv 11 rückwärts ein virtuelles Bild 28 der Blende 17 in die neutrale Ebene des Preforms 5, so daß zur Erzeugung von getriggerten Signalen nur Licht auf den Empfänger 18 fällt, welches aus der zugehörigen Preformschicht herangezogen wird. In der hinteren Brennebene des Objektives 19 rotiert zur Abtastung die als Blendenanordnung wirkende Scheibe 14, die aus zwei Richtungen kommend senkrecht zur Achse 3 das vom Preform zur Blende 17 laufende Licht unterbricht. Das wechselseitige Abtasten der Beugungsfiguren wird durch die Ausführung der Begrenzungen 26 und 27 der an- und absteigenden Ausbrüche 20 und 21 als archimedische Spiralen bewirkt. Während der Rotation der Scheibe 14 um die Achse 15 werden durch zweimaliges Triggern der Signale am Empfänger 18 Zählimpulse in der Auswerteelektronik abgeleitet.With the device shown in FIG. 1 and FIG. 2, the method according to the invention can be carried out as follows: In the focal plane of the collimator 4, through the diaphragm 2 there is an illuminated gap which produces a narrow parallel bundle of small aperture. This tuft is angularly deflected by the preform 5 through the cuvette 7 and the immersion liquid 6. In the outer zones, the cuvette 7 interacts with the immersion liquid 6, which is matched to the mantle-refractive index of the preform 5, like a plane-parallel plate without angular deflection of the narrow parallel tuft. In the middle plane of the preform also occurs no angular deflection. When displaced in the direction of translation 10, the preform generates its self-characterizing angular distribution as a function of the passage height of the parallel tuft. The subsequent objective 11 has a double function. On the one hand, it forms in its image-side focal plane 12 a blurred by the diffraction of the inhomogeneous layering of the preform 5 geometric-optical image of the illumination gap, on the other hand projected the lens 11 backwards a virtual image 28 of the diaphragm 17 in the neutral plane of the preform 5, so that to generate triggered signals only light falls on the receiver 18, which is used from the associated preform layer. In the rear focal plane of the lens 19 rotates for scanning acting as a diaphragm arrangement disc 14, which comes from two directions perpendicular to the axis 3, the light from the preform to the aperture 17 is interrupted. The mutual scanning of the diffraction figures is effected by the execution of the boundaries 26 and 27 of the ascending and descending outbreaks 20 and 21 as Archimedean spirals. During the rotation of the disc 14 about the axis 15 are derived by triggering the signals twice at the receiver 18 counts in the transmitter.

In Fig. 1 sind in der Brennebene 12 stilisiert die Lichtintensitäten 29 und 30 für zwei unsymmetrische Beugungsfiguren dargestellt. Die gestrichelte Darstellung in Fig. 1 gilt für eine weitere Relativlage des Preform 5 bezüglich der Achse 3. Aus den Zählraten der Zählimpulse, die sich aus dem Zeitraum zwischen dem mittels der schlitzförmigen Öffnung 32 und außerhalb des Abbildungsstrahlenganges 13 fotoelektrisch erzeugten Startimpuls und den jeweils von den zwei verschiedenen Seiten durch Triggern der Empfängersignale an den Triggerpunkten 33 und 34 erzeugten Stopimpulsen bilden, ergeben sich aus der Auswerteelektronik 19 zwei in Fig. 1 dargestellte Entfernungsmaße a und b. Aus diesen Entfernungsmaßen a und b läßt sich trotz der unsymmetrisch schwankenden Verwaschungsbrejten die Mittelpunktslage der Beugungsfigur bestimmen, indem wie in Fig. 1 dargestellt in der Auswerteelektronik 19 der Wert %(b - a) gebildet wird. Die Auswerteelektronik 19 ist dabei mit dem Antrieb 16, dem Empfänger 19 und einer in Fig. 1 nicht weiter dargestellten fotoelektrischen Initiatoranordnung zur Generierung des Startimpulses verbunden und kann einen Rechner beinhalten.In FIG. 1, the light intensities 29 and 30 for two asymmetrical diffraction patterns are shown stylized in the focal plane 12. The dashed line in Fig. 1 applies to a further relative position of the preform 5 with respect to the axis 3. From the count rates of counting pulses resulting from the period between the means of the slot-shaped opening 32 and outside the imaging beam path 13 photoelectrically generated start pulse and each of form the two different sides generated by triggering the receiver signals at the trigger points 33 and 34 stop pulses, resulting from the transmitter 19 two shown in Fig. 1 distance measurements a and b. From these distance measures a and b, the center point position of the diffraction figure can be determined, despite the asymmetrically fluctuating bleaching beams, by the value % (b- a) being formed in the evaluation electronics 19, as shown in FIG. The transmitter 19 is connected to the drive 16, the receiver 19 and a not shown in Fig. 1, photoelectric initiator arrangement for generating the start pulse and may include a computer.

Claims

Claim:

A method for measuring the refractive index profile of cylindrical objects, in which the object is illuminated with a parallel light beam emitted by a slit in a collimator, and the object for detecting the refractive index profile is moved across the entire diameter range transverse to the optical axis relative to the light beam the light transmitted through the object is imaged by an objective on the receiver slit of a photovoltaic component, the refractive index being determined by the distance of a location of defined intensity of the transmitted light from the optical axis for each defined relative position of the object Level after the lens is modulated by a uniformly moving scanning diaphragm, that the time interval of the signal edges, which arise by triggering the modulated light upon reaching the defined intensity, from the signal edges of a start pulse, the durc the scanning aperture is formed by a fixed location, as a function of the distance of said location of defined intensity of the transmitted light, characterized in that the signal edges, which result from triggering of the modulated light upon reaching the defined intensity, are formed by triggering twice by the Triggers each at locations of defined intensity when scanning the light of two opposite directions perpendicular to the optical axis directions, and these trigger signal edges for determining the signal edges, which correspond to the location of the center of gravity of the transmitted light, processed in an electronic evaluation unit.

2. A device for measuring the refractive index profile of cylindrical objects, consisting of a lighting device that projects the light passing through a slit-shaped aperture light in the form of parallel rays perpendicular to the object, the object with its axis perpendicular to the optical axis in a device for Translation of the object is arranged transversely to the optical axis and the object axis, further comprising an objective which images the light passing through the object on the receiver surface of a behind a gap arranged photoelectric receiver, further comprising a diaphragm assembly between the lens and the receiver, perpendicular to the object axis and to the optical axis periodically scans the light passing through the object, and consisting of an evaluation, which is connected to the receiver and the scanning device, characterized in that the aperture arrangement a an opaque disc (14) which is arranged in the beam path perpendicular to the optical axis (3) in the focal plane (12) of the objective (11), which is rotatably mounted about an axis (15), which to the optical axis (3 ) has a fixed distance and is parallel to it, which is coupled to a drive (16) for rotary movement, which has two openings (20), (21), which with respect to the axis of rotation (15) in two non - overlapping sectors (22 ), (23) and have a radial width (24), (25) which is greater than the diameter of the beam path (13), wherein the rotation axis (15) facing the radial boundary (26) of the first outbreak (20) and the rotational axis (15) facing away from the radial boundary (27) of the second outbreak (21) are pieces of each branch of two opposing Archimedean spirals whose origin lies in the piercing point of the axis of rotation (15) through the disc (14), and on the bisector (31) i n a sector between the two outbreaks (20), (21) at least one further slot-shaped radially extending opening (32) for starting pulse generation, wherein the opening (32) has a greater radial distance than the two outbreaks (20), (21) ,

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Method and device for measuring the refractive index profile of cylindrical objects, in particular preforms.

Characteristic of the known technical solutions

To determine the refractive index profile of transparent cylinder rods, a method and an arrangement has become known in which the measured data are determined in an optical arrangement by detecting the angular deflection of a probing beam as a function of its passage height. The angular deflection is detected from a diffraction figure to be measured by the diffraction figure is imaged on a differential photo element and there is decomposed locally into two sub-areas. A controller causes a shift of the differential photoelement until the separating edge of the large-area differential photoelement is always in a position where the partial luminous fluxes on both sides of the separating edge are the same. At this point, the formation of the measured value for determining the refractive index is also carried out. Since the control process is associated with the displacement of inertial masses, this causes unacceptably long measurement times for the determination of the angular deflection as a function of the incident beam height. (DD 160 585) In another known solution, the light transmitted through a cylindrical object is imaged onto a receiver slit with a lens. In the focal plane of an objective is a device for light modulation, so that from a time measurement, the angular deflection can be determined in dependence on the incident beam height. The length of time results from the spacing of signal edges which arise from the triggering of the light transmitted through the object at a defined intensity, and which are derived by the passage of the modulated scanning apertures through a defined location. Although the method operates at increased speed, the measurement result is highly dependent on the choice of trigger level, such as half-voltage or zero-crossing. The cause lies in the asymmetry of the diffraction patterns to be scanned with respect to the scanning device. (WO 81/02 634)

Object of the invention

The aim of the invention is to reduce the time required in the measurement of the refractive index profile of cylindrical objects and to increase the accuracy of the measurement.