DE1900924A1

DE1900924A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Faserstaerke

Info

Publication number: DE1900924A1
Application number: DE19691900924
Authority: DE
Inventors: Baker Lionel Richard
Original assignee: BRITISH SCIENT INSTR RES ASSOC
Current assignee: BRITISH SCIENT INSTR RES ASSOC
Priority date: 1968-01-12
Filing date: 1969-01-09
Publication date: 1969-07-31
Also published as: FR2000213A1; GB1246099A; NL6900376A; BE726769A

Description

PATENTANWÄLTE ' . 1 9 O O 9 2 A

DIPL-INQ. JOACHIM STRASSE, HANAU "· DR. INQ. ARNO SCHMIDT, MÜNCHEN HANAU · FRANKFURTER LANDSTR. 1 · POSTFACH 7»3 · TEL. tOIOS · TELEQRAMME: HANAUPATENT

BRITISH SCIENTIFIC INSTRUMENT

RESEARCH ASSOCIATION of "Sira" 3. Januar 1969

South Hill, Chielehurst, Kent Str/Nie - Io 21o Großbritannien

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Faserstärke

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Faserstärke.

Wird ein monochromatischer Lichtstrahl auf eine Faser gerichtet, wird das Licht durch die Faser gebrochen, und das Beugungsbild kann von einer Sammellinse in der Ebene eines Detektors abgebildet werden. Die Ausbreitung des Beugungsbildes ist dem Faserdurchmesser umgekehrt proportional, und deshalb ist die Ausbreitung um so größer, je kleiner der Durchmesser ist. Darüber hinaus wirkt eine Bewegung der Fasern in eine Richtung, die rechtwinklig zu ihrer Länge im Lichtstrahl verläuft, nicht auf das Beugungsbild ein.

Für ein fortlaufendes Verfahren ist schon vorgeschlagen worden, die Intensität von einem oder mehreren Teilen des Beugungsbildes nacheinander zu prüfen, wobei das Verhältnis

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der Intensitäten ein Maß für den Faserdurchmesser wäre. Wenn dieses Verfahren Jedoch bei einer sich bewegenden Faser angewandt wird, kann es nur die abgesonderten Teile der Faser prüfen, und es kann deshalb nicht behauptet werden, daß der Durchmesser der Faser über ihre ganze Länge richtig erfaßt wird. Außerdem wird die Kontinuität des fortlaufenden Meßverfahrens hierbei schlechter, je schneller sich die Faser durch den monochromatischen Lichtstrahl bewegt, so daß Schritte unternommen werden müssen, um die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Prüfungen zu. verkürzen. Es. ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein tatsächlich kontinuierliches Verfahren für die Messung von Faserdurchmessern zu schaffen und eine Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens.

Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren für die Messung eines Faserdurchmessers oder ähnlichem darin, daß ein monochromatischer Lichtstrahl auf eine zu prüfende Faser gerichtet wird, um ein Beugungsbild zu erzeugen, und daß gleichzeitig die Intensität von zumindest zwei Abschnitten des Beugungsbildes mit einer stellungsenipfindlichen Fotozelle abgetastet wird.

Mit der Erfindung wird ebenfalls eine Vorrichtung zur Messung eines Faserdurchmessers verfügbar gemacht, die aus einer monochromatischen Lichtquelle, Mitteln zum Ausrichten des monochromatischen Lichtes auf eine zu prüfende Faser zur Erzeugung eines Beugungsbildes und aus einer stellungsempfindlichen Fotozelle zum gleichzeitigen Abtasten der Intensität von zumindest zwei Abschnitten des Beugungsbildes besteht.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform, die in der Zeichnung beispielhaft dargestellt ist.

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Es zeigen:

Fig. i die Erzeugung eines Fraunhofer'sehen Beügühgsbildes durch eine Faser,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Beugungsbildes, das durch vier Fasern, die in einem Winkel zueinander liegen, erzeugt wird,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine ringförmige stellungsempfindliche Fotozelle.

In Fig. 1 wird ein im wesentlichen kohärenter monochromatischer Lieh strahl Io, beispielsweise von einem Laser, auf eine Faser 12 gerichtet. Als nächstes ist in der optischen Reihenfolge eine Sammellinse Ik angeordnet, um ein Beugungsbild 16 in der Brennpunktebene 18 der Linse zu bilden. Eine stellungsempfindliche Fotozelle ist so angeordnet, daß sie eines der Maxima 2o im Beugungsbild heraussucht. Vorzugsweise ist das ausgewählte Maximum 2o über einige Maxima von dem mittleren Maximum 26 entfernt, da die Verschiebung durch die Änderung des Faserdurchmessers größer wird, obwohl die Beleuchtungsstärke geringer wird, je größer die Anzahl der zwischen dem ausgewählten und dem mittleren Maximum liegenden Maxima ist. Der vorzugsweise angewandte Typus der stellungsempfindlichen Fotozelle weist zwei nebeneinanderliegende zusamraengelcoppelte Fotozellen auf, damit es keinen Unterschied zu ihren Ausgabesignalen gibt, wenn beide Fotozellen dieselbe Lichtmenge anzeigen.

Wie bereits zuvor festgestellt, läßt ein Anwachsen oder ein Verringern des Faserdurchmessers das ausgewählte Maximum des Beugungsbildes sich auf die optische Achse zu- bzw. veg von ihr bewegen. Die Bewegung des ausgewählten Maximums über die

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stellungsempfindliche Fotozelle verursacht die Erzeugung eines abweichenden Signals, wobei der Sinn des Signals ein Anwachsen oder eine Verringerung des Faserdurchmessers anzeigt.

Das -zuvor beschriebene Verfahren für die Prüfung eines Faserdurchmessers kann insbesondere für Kunstfasern angewandt werden, die während ihrer Herstellung geprüft werden können, beispielsweise wenn die Fasern aus der Spinndüse austreten. Bei der Herstellung von Fasern, beispielsweise Glasfasern, werden die Fasern von der Spinndüse über eine Zugwalze derart gelegt, daß .die Fasern leicht zueinander geneigt sind.

Das von einer Anzahl von Fasern erzeugte Beugungsbild ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. In Fig. 2 wird das Beugungsbild von vier Fasern dargestellt, θ., θ_ο und Θ, sind die Winkel zwischen benachbarten Fasern. Das aus dem Beugungsbild ausgewählte Maximum ist für jede Faser mit 2o bezeichnet. Die Reihe der .Beugungsbilder kann folgendermaßen analysiert werden:

Eine zuvor beschriebene stellungsempfindliche Fotozelle kann entlang einem Weg bewegt werden, um das ausgewählte ^xirautn für jede Faser abzutasten. Der Durchschnitt der Stellungen der ausgewählten Maxima ergibt den mittleren Durchmesser aller von der Fotozelle geprüfter Fasern. Als Alternative kann der Durchmesser einer jeden von der Fotozelle geprüften Faser herausgefunden werden.

Anstelle einer beweglichen lageempfindlichen Fotozelle kann auch eine ringförmige lageempfindliche Fotozelle, wie sie

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in Fig. 3 dargestellt wird, angewandt werden, um den mittleren Durchmesser aller Fasern herauszufinden. Die in Fig. dargestellte stellungsenipfindliche Fotozelle weist zwei nebeneinanderliegende ringförmige Fotozellen 22 und 2h auf, die so angeordnet sind, daß sie die Stellung des ausgewählten Maximums 2o abtasten. Die Bewegung der Fotozelle entlang der optischen Achse ermöglicht es, daß verschiedene Abschnitte der Bougungsbildreihe geprüft werden, oder sie ermöglicht, daß die verwendete Vorrichtung Fasern mit abweichendem mittleren Durchmesser prüft. Wenn es erwünscht ist, kann die lageeupfindliche Fotozelle auch nur aus einem Segment der ganzen in Fi^. 3 gezeigten ringförmigen Vorrichtung bestehen. Bei dieser Art von Vorrichtung ist es wichtig, daß die Empfindlichkeit der Fotozelle über ihren gesamten Bereich konstant ist.

Ii-In weiteres Verfahren zum Herausfinden des mittleren Durchmessers der Fasürn besteht darin, alle Buugungsbilder mit einer zylindrischen Linse zu sammeln. Das gesammelte Bcugungsbild kann dann mit einer lageempfindlichen Fotozelle von duin Typ, der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben* wurde, abgetastet werden. In Abänderung können zwei stellungsempfindliche Fotozellen angewandt worden, um auf jeder Seite uGii zentralen liaximuuis dieselbe Ordnung von ilaxima und die von den beiden Fotozellen verglichenen Signale zu prüfen. Lino Änderung im Bougimgsbild wird ein Fehlersignal von den Fotozellen erzeugen, wobei das Fehlersignal die Änderung In mittleren Durchmesser der Fasern anzeigt.

Wo fortlaufend Änderungen im Faserdurchmesser erwartet werduii, kann es für gowisso Anwendungen vorteilhaft sein, eine elektronische Schaltung anzuordnen, um die Anzahl der Maxima zu zählen, die an der Stelle des Bougungsbildes über den Detektor wandern.

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BAD ORIGINAL

Die zuvor beschriebenen Verfahren zum Herausfinden der Faserdurchmesser können zur Steuerung von Faserherstellverfahren benutzt werden. So bestimmt bei der Herstellung von Glasfasern die Ziehge schvrindi gke it der Fasern den Durchmesser der Fasern,und die Ziehgeschwindigkeit kann durch Signale von der stellungsempfindlichen Fotozelle gesteuert werden.

Obgleich die Erfindung hinsichtlich der Messung von Fasern beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, daß sie auch für die Messung einer Dimension von anderen Materialien, beispielsweise dem Durchmesser von Draht, Anwendung finden kann. Allerdings ist bei der Verwendung von transparenten Haterialien das erhaltene Beugungsbild ein anderes als box der Vorwendung von lichtundurchlässigem Material mit den gleichen Dimensionen, und die Vorrichtung muß deshalb demgemäß eingestellt werden. Beispielsweise ergibt eine transparente Glasfaser ein Beugungsbild, das gleich dem von zwei parallelen eng aneinanderliegenden lichtundurchlässigen Fasern ist, die jede annähernd den halben Durchmesser der Glasfaser haben.

Ansprüche:

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Claims

PATENTANWÄLTE 1 9 O O 9 2 A

DIPL-INQ. JOACHIM STRASSE, HANAU · DR. INQ. ARNO SCHMIDT, MÜNCHEN 64S HANAU · FRANKFURTER LANDSTR. 1 · POSTFACH 7»I · TEL. JOiOI · TELEQRAMME: HANAUPATENT

BRITISH SCIENTIFIC INSTRUMENT

RESEARCH ASSOCIATION of "Sira" 8. Januar 1969

South Hill, Chislehurst, Kent Str/Nlo - Io 2Io

Großbritannien

Ansprüche

1« Verfahren zum Messen dos Durchmessers einer Faser oder ähnlichem, dadurch gekennzeichnet, daß ein monochromatischer Lichtstrahl auf die zu prüfende Faser gerichtet wird, um ein Beugungebild au erzeugen, und daß gleichzeitig die Intensität von zumindest zwei Abschnitten des Beugungsbildes mit einer stellungsempfindlichen Fotozelle abgetastet wird·

2. Wrfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn» zeichnet , daß die lageempfindliche Fotozelle zuta Abtasten der Intensität von Abschnitten des Beugung«·» bildes angeordnet ist, die im Abstand vom mittleren Maximum des Beugungsbildes liegen«

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3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Faser fortlaufend durch den Lichtstrahl fortbewegt wird, wobei die Längsachse der Faser im wesentlichen im rechten Winkel zur Achse des Lichtstrahls verläuft.'

4. Verfahren nach einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stellungsetrpf indliche Fotozelle zum fortlaufenden Abtasten der Intensität der Abschnitte des Beugungsbildes angeordnet ist.

5· Verfahren zum Messen des Durchmessers oder des mittleren Durchmessers einer Anzahl von Fasern oder ähnlichem, dadurch gekennzeichnet, daß ein monochromatischer Lichtstrahl auf die Fasern gerichtet wird, um eine Anzahl von Beugungsbildern zu erzeugen, und daß gleichzeitig die Intensität von zumindest zwei Abschnitten eines jeden Bcugungsbildes mit einer stellungsempfindlichen Fotozelle abgetastet wird, um die Intensität des Abschnittes herauszufinden.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in einer oder mehreren

Ebenen im wesentlichen in rechten Winkeln zu der Achse des Lichtstrahls liegen.

7· Vorfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die stellungsempfindliche Fotozelle aus einer ringförmigen stellungsempfindlichen Fotozelle besteht, wobei ein Toil der Fotozelle zum Abtasten der Intensität der ersten Abschnitte der

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Beugungsbilder und der andere Teil der Fotozelle zum Abtasten der Intensität der zweiten Abschnitte der Beugungsbilder angeordnet ist, wodurch der mittlere Durchmesser der Fasern bestimmt wird·

3. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der Beugungsbilder auf der stellungsenipf xndlichen Fotozelle durch eine zylindrische Linse zusammengeführt wird, wodurch der mittlere Durchmesser der Fasern bestimmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Beugungsbild aufeinanderfolgend von einer beweglichen stellungsempfindlichon Fotozelle abgetastet wird.

10. Vorrichtung zxir Kessung des Durchmessers von Fasern oder ähnlichem, gekennzeichnet durch eine monochromatische Lichtquelle, Mitteln zum Ausrichten des monochromatischen Lichts auf eine zu prüfende Faser zur Erzeugung eines Beugungsbildes und eine stellungsempfindliche Fotozelle zum gleichzeitigen Abtasten der Intensität von zumindest zwei Abschnitten des Beugungsbildes.

11. Vorrichtung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet , daß die stellungsempfindliche Fotozelle zum Abtasten der Intensität der Abschnitte angeordnet ist, die im Abstand vom zentralen Maximum des Beugungsbildes liegen»

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12. Vorrichtung zum Messen des Durchmessers oder mittleren Durchmessers einer Anzahl von Fasern oder ähnlichem, gekennzeichnet durch eine monochromatische Lichtquelle, Mittel zum Ausrichten des monochromatischen Lichtes auf eine Anzahl von zu prüfenden Fasern zur Erzeugung einer Anzahl von Bougungsbildern und .zumindest eine lageompfindliche Fotozelle zum gleichzeitigen Abtasten von zumindest zwei Abschnitten der Beugungsbilder. ' "

13· Vorrichtung nach Ansprach 12 _s dadurch gekennzeichne t , daß eine bewegliche lageempfindliche Fotozelle vorgesehen ist, die so angeordnet ist, daß sie aufeinanderfolgend jedes Beugungsbild abtastet.

14, Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine ringförmige stellüngsempfindliche Fotozelle vorgesehen ist, deren erster Teil so angeordnet ist, daß die Intensität der ersten Abschnitte der Beugungsbilder und deren zweiter Teil so angeordnet ist, daß er die Intensität der zweiten Abschnitte der Bougungsbilder ebtastet«

15· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine zylindrische Linse zum Sammeln der Deugungsbilder auf zumindest einer stellungsempfindlichen Fotozelle vorgesehen ist.

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