DE2141824A1

DE2141824A1 - Carbon fibre diameter measurement - by scanning of laser hologram with photocell for fringe maxima

Info

Publication number: DE2141824A1
Application number: DE19712141824
Authority: DE
Inventors: Patricia Ann Orpington Shaw Robert Geoffrey Meopham Kent West (Großbntan men)
Original assignee: SIRA INSTITUTE
Current assignee: SIRA INSTITUTE
Priority date: 1970-08-26
Filing date: 1971-08-20
Publication date: 1972-03-02

Abstract

Diameter of stationary carbon fibres is measured by diffraction of leaser beam. A condensing lens with position-sensitive photocell on radial arm is swivelled by stepper motor to scan the fringe maxima of the diffraction picture beyond 15 degree from laser axis, and computer calculates fibre diameter from distance of the maxima.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Durchmessers von Fasern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Durchmessers von Fasern, wie beispielsweise Kohlenstoff-Fibern. Method and device for measuring the diameter of fibers The invention relates to a method and an apparatus for measuring the Diameter of fibers, such as carbon fibers.

Beim Auffallen eines monochromatischen Lichtstrahls auf eine Faser bewirkt diese eine Beugung des Lichtes und eine Bildung des Fraunhofer'schen Beugungsbildes in der ebene eines Detektors mittels einer Sammellinse. Die Verbreiterung des Beugungsbildes ist umgekehrt proportional dem Durchmesser der Faser und daher umso größer Je kleiner der Durchmesser ist. Eine Bewegung der Faser im rechten Winkel zu ihrer Länge im Lichtstrahl beeinflußt nicht das Beugungsbild.When a monochromatic light beam hits a fiber this causes a diffraction of the light and the formation of the Fraunhofer diffraction pattern in the plane of a detector by means of a converging lens. The broadening of the diffraction pattern is inversely proportional to the diameter of the fiber and therefore the larger the smaller the diameter is. Movement of the fiber at right angles to its length im The light beam does not affect the diffraction pattern.

Es sind verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Änderungen des Durchmessers einer kontinuierlich bewegten Faser durch Messung ihres Fraunhofer'schen Beugungsbildes bekannt. Im Gegensatz dazu ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.There are several methods of determining the changes in diameter a continuously moving fiber by measuring its Fraunhofer diffraction pattern known. In contrast, it is the object of the present invention.

ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Absolutwerts des Durchmessers einer stillstehenden Faser zu schaffen. Diese Aufgabe löst das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß die Faser im wesentlichen quer und innerhalb eines monochromatischen Lichtstrahls zur Beugung desselben angeordnetund mit Hilfe einer Sammellinse ein Beugungsbild lotrecht zu der Faser abgebildet wird, welches aus einem zentralen Maximum und einer Reihe von Maxima und Minima der Lichtintensität an Jeder Seite des zentralen Maximums besteht, wobei der Abstand zwischen den Maxima und den Minima von dem Durchmesser der Faser abhängt, und daß zumindest eine lageneipfindliche Photozelle eines der ausgewählten Maxima, Jedoch nicht das zentrale Maximum, oder eines der Minima abtastet, so daß kein Ausgangsaignal durch die Photozelle erzeugt wird, anschließend von der Photozelle ein weiteres ausgewähltes Maximum, Jedoch nicht das zentrale Maximum, oder eines der Minima abgetastet wird derart, daß kein Ausgangssignal durch die Photozelle erzeugt wird, des weiteren die Anzahl der Maxima oder Minima zwischen zwei abgetasteten Maxima oder Minima gezählt wird und ein Signal oder mehrere Signale erzeugt worden, die für die Abweichung der Photozelle von den entsprechenden Stellungen charakteristisch sind, an welchen die Photozelle ein Maximum oder Minimum derart abtastet, daß kein Ausgangssignal erhalten wird, und daß anhand des oder der erzeugten Signale der Durchmesser der Faser bestimmt wird.a method and an apparatus for measuring the absolute value of the To create diameter of a stationary fiber. This object is achieved by the invention Method in that the fiber is substantially transverse and within a monochromatic Arranged light beam for diffraction of the same and with the help of a converging lens Diffraction image perpendicular to the fiber is imaged, which from a central Maximum and a series of maxima and minima of light intensity on each side of the central maximum, the distance between the maxima and the minima depends on the diameter of the fiber, and that at least one positionally sensitive Photocell one of the selected maxima, but not the central maximum, or one of the minima is scanned so that no output signal is generated by the photocell is, then another selected maximum by the photocell, However not the central maximum, or one of the minima is scanned in such a way that none Output signal is generated by the photocell, furthermore the number of maxima or minima between two scanned maxima or minima is counted and a signal or several signals have been generated which are responsible for the deviation of the photocell from the corresponding positions are characteristic at which the photocell is at a maximum or minimum samples in such a way that no output signal is obtained and that based on of the generated signal or signals, the diameter of the fiber is determined.

Die Vorrichtung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß eine monochromatischs Lichtquelle und eine Karte für die Anordnung der Faser im wesentlichen quer und innerhalb des monochromatischen Lichtstrahls vorgesehen sind, wobei das Licht durch die Faser gebeugt wird, des weiteren eins Sammellinse ein Fraunhofer'sches Beugungsbild, bestehend aus einem zentralen Maximum und einer Serie von Maxima und Minima der Lichtintensität an Jeder Seite des w;entrlon Maximums in der Brennebene dor Linse abbildet, und daß in der Brennebene der Linse eine oder mehrere lagen-empfindliche Photozellen angeordnet sind, die ein Motor bewegt, so daß diese zumindest zwei der Maxima, Jedoch nicht das zentrale Maximum, oder zwei der Minima oder eines der Maxima und eines der Minima abtasten.The device for applying the method according to the invention is characterized by the fact that a monochromatic light source and a card for the arrangement of the fiber essentially transversely and within the monochromatic Light beam are provided, the light being diffracted by the fiber, des another one converging lens a Fraunhofer diffraction pattern, consisting of one central maximum and a series of maxima and minima of light intensity on each Side of the w; entrlon maximum in the focal plane of the lens, and that in the Focal plane of the lens one or more position-sensitive photocells are arranged, which moves a motor, so that these are at least two of the maxima, however not the central maximum, or two of the minima, or one of the maxima and one sample the minima.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Einrichtung für die Messung der Winkelablenkung der Photozelle zwischen den entsprechenden Stellungen, an welchen die Photozelle zwei Maxima oder zwei Minima abtastet und das Ausgangs signal liefert, vorgesehen.In a further embodiment of the invention is a device for Measurement of the angular deflection of the photocell between the corresponding positions, at which the photocell scans two maxima or two minima and the output signal supplies, provided.

Die Einrichtung für die Messung der Winkelabweichung und für die Bewegung der Photozelle ist vorzugsweise ein Schrittschaltmotor.The device for the measurement of the angular deviation and for the movement the photocell is preferably a stepper motor.

Abweichungen des Faserdurchmessers von dem oder den Signalen, die bei Anwendung des Verfahrens erzeugt werden, können vorteilhafterweise durch einen für diese Zwecke vorgesehenen Digital-Computer registriert werden, sind Jedoch selbstverständlich auch auf andere Weise, sogar manuell, feststellbar.Deviations in fiber diameter from the signal or signals that generated when using the method can advantageously by a It goes without saying that digital computers intended for this purpose must be registered also detectable in other ways, even manually.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Messung der Absolutdurchmesser von Kohlenstoff-Faser geeignet, die Durchmesser im Bereich 5 bis 11 pm besitzen. Obwohl die Erfindung vorwiegend in bezug auf Fasern beschrieben wird, ist es seibstverständlich, daß sie genauso zur Bestimmung einer Abmessung anderer Materialien, wie beispielsweise des Durchmessers eines Drahtes, angewandt werden kann. In bevorzugter Weise ist die Faser aus Kohlenstoff oder sonstigem Material auf einer Karte während der Durchführung des Verfahrens in der Weise angeordnet, daß die Faser im wesentlichen quer und innerhalb des monochromatischen Lichtstrahl liegt.The method according to the invention is particularly useful for measuring the Absolute diameter of carbon fiber suitable, the diameter in the range 5 own until 11 pm. Although the invention has been described primarily in relation to fibers it goes without saying that they are also used to determine a dimension other materials, such as the diameter of a wire, are used can be. The fiber is preferably made of carbon or other material arranged on a card during the implementation of the procedure in such a way that that the fiber is essentially transverse and within the monochromatic light beam lies.

Im allgemeinen werden die Messungen eher in den Lagen der Maxima als der Minima durchgeführt. Der Grund dafür ist, daß die Intensitätsverteilung Jedes Maximums um seinen Scheitelwert nahezu symmetrisch ist und daher die Photozelle die Anzeige Null liefert, wenn sie zentral im Maximum angeordnet ist.In general, the measurements are made in the positions of the maxima rather than the minima carried out. The reason for that is the intensity distribution Each maximum is almost symmetrical about its peak value and therefore the photocell the display returns zero when it is centrally located at the maximum.

Da jedoch Jedes weiter von dem zentralen Maximum wegliegende Maximum mit der Entfernung abnehmende Intensität aufweist, wird Jedes Minimum durch Maxima ungleicher Intensität begrenzt.However, since every maximum further away from the central maximum has decreasing intensity with distance, every minimum is replaced by maxima limited unequal intensity.

Dies bedeutet, daß in dem Fall, daß eine Photozelle zentral auf ein Minimum gerichtet ist, die Lichtintensität an der näher dem Zentralmaximum liegenden Seite größer als auf der anderen Seite ist. In einer Stellung, in welcher die Intensität auf jeder Hälfte der Photozelle die gleiche ist, wird daher die Photozelle nicht zentral im Minimum angeordnet sein.This means that in the event that a photocell is centered on one Minimum is directed, the light intensity at that lying closer to the central maximum Side is larger than the other side. In a position in which the intensity is the same on each half of the photocell, therefore the photocell will not be arranged centrally in the minimum.

Selbstverständlich ist dieser Effekt von der Größe der Photozelle abhängig. Falls diese schmal ist, wird nur das Licht aus dem Bereich des Minimuma zwischen den unmittelbar angrenzenden Maxima gemessen und somit die Anzeige Null geliefert, wenn die Zelle zentral zu dem Minimum angeordnet ist. Im Falle einer großen Photozelle, deren Anwendung eine größere Empfindlichkeit ergibt, kann auch Licht gemessen werden, das nahe vom Scheitel einer der angrenzenden Maxima stammt, und somit der oben beschriebene Fehler erscheinen. Ein weiterer Grund für die Abtastung der Maxima ist der0 daß die größere Lichtintensität im allgemeinen zu größerer Genauigkeit der Ergebnisss führt. Messungen in den Stellungen der Maxima erzeugt hohe Lichtintensität, während Messungen an den Stellen der Minima nahezu die Lichtintensitäten Null ergibt, ausgenommen im Falle von sehr großen Photozellen.Of course, this effect is due to the size of the photocell addicted. If this is narrow, only the light will come out of the area of the minimuma measured between the immediately adjacent maxima and thus the display is zero delivered when the cell is centrally located to the minimum. In case of a large photocell, the application of which results in greater sensitivity, can also Light is measured that comes close to the apex of one of the adjacent maxima, and thus the error described above will appear. Another reason for scanning the maxima is that the greater light intensity generally leads to greater accuracy the result s leads. Measurements in the positions of the maxima generate high light intensity, while measurements at the points of the minima result in almost zero light intensities, except in the case of very large photocells.

Es wurde theoretisch gezeigt und durch das Experiment bestätigt, daß die paar ersten Maxima an Jeder Seite des Zentralmaximums des Fraunhofer'schen Beugungabildes einer Faser nicht gleich weit voneinander entfernt sind. Demgegenüber weisen die ersten Minima Jeweils gleichen Abstand voneinander auf. Aus diesem Grunde stellt es einen Nachteil dar, wenn die Positionen der Maxima nahe des Zentralmaximums gemessen werden. Daher werden vorzugsweise die Messungen an Maxima durchgeführt, die weit genug von dem Zentralmaximum entfernt sind. Es hat sich herausgestellt, daß das vierte Maximum sehr nahe seiner Nominalposition zu liegen kommt, d. h. in der Mitte zwischen dem 4. und 5. Minimum für Fasern aus lichtundurchlässigem Material. Höhere Maxima liegen noch näher zu ihren Nominalpositionen. Es ist daher vorzuziehen, daß zumindest drei Maxima zwischen dem Zentralmaximum und jedem gemessenen Maximum liegen. Sobald eine Position erreicht ist, in welcher kein Ausgangseignal von dir Photozelle erhalten wird, ermöglicht die Messung der totalen Lichtintensität, welche auf die Photozelle auffällt, ein Maximum von einem Minimum zu unterscheiden, d. h. hohe Lichtintensität zeigt ein Maximum und niedere Lichtintensität ein Minimum an.It was shown theoretically and confirmed by experiment that the first few maxima on each side of the central maximum of the Fraunhofer diffraction image of a fiber are not equidistant from each other. In contrast, the first minima in each case the same distance from one another. This is why it provides there is a disadvantage though the positions of the maxima near the central maximum be measured. Therefore, the measurements are preferably carried out at maxima, which are far enough away from the central maximum. It turned out that the fourth maximum comes to be very close to its nominal position, d. H. in the middle between the 4th and 5th minimum for fibers made of opaque material. Higher maxima are even closer to their nominal positions. It is therefore preferable that at least three maxima between the central maximum and each measured maximum lie. As soon as a position is reached in which there is no output signal from you Photocell is obtained, allows the measurement of the total light intensity, which falls on the photocell to distinguish a maximum from a minimum, d. H. high light intensity shows a maximum and low light intensity shows a minimum at.

Im Falle von lichtundurchlässigen Fasern, wie beispielsweise Kohlenstoff-Fibern, wurde bisher fostgestellt, daß die besten Ergebnisse dann erhalten werden, wenn das erste für die Messung ausgewählte Maximum das Maximum ist, welches als erstes bei einem Winkel größer als 15 ° zur optischen Achse, definiert durch den ungebeugten Lichtstrahl, erscheint, und das zweite gemessene Maximum dasjenige ist, welches einen Winkel von etwas weniger als 30 ° $t mit dieser Achse einechließt. Ein Schrittschaltmotor mit 100 Schritten pro Grad der Winkelbewiegung liefert die erforderliche Meßgenauigkeit.In the case of opaque fibers, such as carbon fibers, it has heretofore been found that the best results are obtained when the first maximum selected for the measurement is the maximum, whichever comes first at an angle greater than 15 ° to the optical axis, defined by the non-diffracted Ray of light, appears, and the second maximum measured is the one which forms an angle of slightly less than 30 ° with this axis. A stepper motor with 100 steps per degree of angular movement provides the required measuring accuracy.

Der Grund dafür, daß die besten Ergebnisse mit dorn ausgewählten Maxima wie sie voranstehend angegeben sind, erzielt werden, ist der, daß bei noch weiter entfernt von der optischen Achse liegenden Maxima das Beugungsbild unscharf wird, Die bevorzugten Stellungen unterscheiden sich im Falle von durchscheinenden Fasern oder dergleichen davon.The reason that the best results with thorn selected maxima as indicated above, is that at still further away from the maxima lying on the optical axis the diffraction pattern becomes blurred, The preferred positions differ in the case of translucent fibers or the like thereof.

Die Quelle für das monochromatische Licht weist vorzugsweise einen Kollimator auf und kann in herkömmlicher Weise ein Laser sein. Der Ausdruck "Licht", der in der Beschreibung verwendet wird, ist nicht auf das sichtbare Licht begrenzt, sondern umfaßt genauso die Infrarot- und Ultraviolett-Strahlung.The source for the monochromatic light preferably has one Collimator on and can be in a conventional manner Be a laser. Of the The term "light" used in the description does not refer to the visible Light limits, but also includes infrared and ultraviolet radiation.

Es ist bekannt, daß eine lagen-empfindliche Photozelle die Abweichung einer Lichtuarke oder eines Lichtbildes anzeigt und mißt und ein Ausgangssignal erzeugt. welches für diese Abweichung charakteristisch ist. Beispiele für lagen-empfindliche Photozellen sind Schlitsphotozellen, wie beispielsweise Schlitz-Silizium-Photodioden, die zwei photoempfindliche Flächen mit einer gemeinsamen Basis aufweisen, WALLMARK-Effekt-Dioden und Sonden-Bildfängerröhren. Dir bevorzugten lagen-@mpfindlichen Photozellen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung sind die Schlitz-Photozellen, wobei jedoch genauso dte anderen Arten von lagen-empfindlichen Photozellen mit entsprechend gleichwertigen Resultaten verwendet werden können. Diese Photozellen sind beispielsweise in dem Aufsatz von T. L. Williams "Electro-optical Measurement and Detection of Small Displacements of a Light Spot" in "Instrument Review" vom März, April und Mai 1966 beschrieben. Jede der Arten von lagen-empfindlichen Photozellen, wie sie in der britischen Patentschrift 1 246 o99 beschrieben sind, kann gleichfalls verwendet werden.It is known that a position-sensitive photocell causes the deviation a light mark or a photograph displays and measures and an output signal generated. which is characteristic of this deviation. Examples of position-sensitive Photocells are slit photocells, such as slit silicon photodiodes, which have two photosensitive surfaces with a common base, WALLMARK effect diodes and probe image capture tubes. Your preferred @ sensitive photocells were included the method and the device according to the invention are the slot photocells, However, the other types of position-sensitive photocells are also used accordingly equivalent results can be used. These photocells are for example in the article by T. L. Williams "Electro-optical Measurement and Detection of Small Displacements of a Light Spot "in" Instrument Review "from March, April and May 1966. Any of the types of location-sensitive photocells, like her in British Patent 1,246,099 can also be used will.

Eine bevorzugt. Ausführungsform der Erfindung umfaßt einen Zerhacker für die Unterbrechung des Lichtstrahls, um ein Wechselstromsignal zu erzeugen, elektrische Stromkreise für die Erzeugung und Verstärkung der Differenz der Signale, welche von den verschiedenen Seitenflächen der Photozelle erhalten werden, elektrische Stromkreise für die phasenempfindliche Gleichrichtung und eine automatische Verstärkerregelung, welche große Änderungen in der aufgezeichneten Lichtintensität kompensiert, die bei der Abtastung des Beugungsbildes auftreten, ohne daß dafür Umschaltungen des Verstärkungsbereiches notwendig sind.One preferred. Embodiment of the invention includes a chopper for interrupting the light beam to generate an alternating current signal, electrical Circuits for the generation and amplification of the difference between the signals, which obtained from the various side faces of the photocell, electrical Circuits for phase-sensitive rectification and automatic gain control, which compensates for large changes in the recorded light intensity that occur when scanning the diffraction image without switching the Reinforcement area are necessary.

Die automatische Verstärkungsregelung gewährleistet maximale Empfindlichkeit, wenn die Photozelle zentral über einem Maximum oder einem Minimum, d. h. beim Ausgangssignal Null, angeordnet ist, und reduziert die Empfindlichkeit, wenn die Photozelle nicht derart ausgerichtet ist, d. h. wenn das Ausgangssignal nicht gleich Null ist.The automatic gain control ensures maximum sensitivity, when the photocell is centrally above a maximum or a minimum, i.e. H. at the output signal Zero, is arranged, and reduces the sensitivity when the photocell is not is oriented such, d. H. when the output is not zero.

Es ist ersichtlich, daß Messungen gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht beeinflußt werden, wenn die lagenempfindliche Photozelle einen konstanten "Abweichunga"-Fehler aufweist, d. h. wenn ihre Instrumentierung derart ist, daß ein Ausgangs signal Null erscheint, wenn ein Maximum oder ein Minimum nahezu, Jedoch nicht ganz genau symmetrisch bezüglich der Photozelle angeordnet ist, da eine Differenz bezüglich der Stellungen zweier Maxima oder Minima bestimmt wird und nicht der Absolutwert, so daß bei der Differenzenbildung dieser "Abweichungs"-Fehler kompensiert wird.It can be seen that measurements according to the method according to the invention are not affected if the position-sensitive photocell has a constant Has "deviationa" errors; H. if their instrumentation is such that an output signal of zero appears when a maximum or a minimum is close to, however is not arranged exactly symmetrically with respect to the photocell, because there is a difference is determined with respect to the positions of two maxima or minima and not the absolute value, so that this "deviation" error is compensated for when the difference is formed.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiels näher erläutert.Further details of the present invention are based on a In the drawing Ausführungsbei shown game explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung optische Komponenten einer Vorrichtung für die Messung des Durchmessers einer Kohlenstoff-Faser, Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Komponenten dieser Vorrichtung und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer auf einer Karte angeordneten Kohlenstoff-Faser.They show: FIG. 1 a schematic representation of optical components a device for measuring the diameter of a carbon fiber, Fig. 2 is a block diagram of the electrical components of this device and FIG. 3 a schematic representation of a carbon fiber arranged on a card.

Die Vorrichtung umfaßt einen Laser 1 für die Erzeugung eines im wesentlichen kohärenten, kollimierten, monochromatischen Lichtstrahls 2. Ein Zerhacker 3 in der Form einer durchlöcherten Drehscheibe ermöglicht den Betrieb der elektrischen Komponenten der Vorrichtung durch die Erzeugung eines Wechselstromsignals. Der Zerhacker 3 stellt ein vorteilhaftes, jedoch nicht wesentliches Merkmal der Erfindung dar. Eine Kohlenstoff-Faser 4, deren Durchmesser gemessen werden soll, ist im wesentlichen quer zu dem Strahl 2 und innerhalb desselben angeordnet. Üblicherweise - wie in Fig. 3 gezeigt -ist die Kohlenstoff-Faser 4 auf einer Karte 23 montiert und in ihrer Stellung über Öffnungen 24 durch Klebemittel an den Punkten 25 gehalten. Die Karte 23 ist leicht aus der Vorrichtung entfernbar und durch eine andere Karte ersetzbar. Aus Gründen der besseren Übersicht ist die Karte in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellt. Es sind mindestens zwei Öffnungen 24 vorgesehen, so daß bei dem Bruch der Faser über einer der Öffnungen die Messungen mit hilfe der anderen Öffnung durchgeführt werden können.The device comprises a laser 1 for generating a substantially coherent, collimated, monochromatic Beam of light 2. A Chopper 3 in the form of a perforated turntable enables operation the electrical components of the device by generating an alternating current signal. The chopper 3 represents an advantageous but not essential feature of the Invention. A carbon fiber 4, the diameter of which is to be measured, is arranged substantially transversely to the beam 2 and within the same. Usually As shown in FIG. 3, the carbon fiber 4 is mounted on a card 23 and held in place over openings 24 by adhesive at points 25. The card 23 is easily removable from the device and replaced by another card replaceable. For the sake of clarity, the map in Figures 1 and 2 not shown. At least two openings 24 are provided so that at the breakage of the fiber above one of the openings take the measurements with the help of the other Opening can be carried out.

Eine Sammellinse 5 ist in nicht dargestellter Weise an einem Radialarm angeordnet, so daß die Linse einen Winkel B erfaßt bzw abtastet. Die Abtastung beginnt mit einem Winkel A bezüglich der durch den ungebrochenen Laserstrahl definierten optischen Achse. Vorteilhafterweise betragen die Winkel A und B etwa Jeweils 15 °. Der Mittelpunkt der Bewegungsbahn des Radialarms, an welchen die Linse 5 montiert ist, liegt direkt unterhalb der Stellung der Faser 4. Eine lagen-empfindliche Photozelle 6 ist an dem gleichen Radialarm angeordnet, so daß die Photozelle gleichfalls den Winkel B erfaßt. Ein nicht dargestellter Schrittschaltmotor ist vorgesehen, um die Photozelle 6 entlang eines Teils einer kreisförmigen Führung 7 durch den Winkel B zusammen mit der Linse 5 zu bewegen. Der Schrittschaltmotor führt beispielsweise loo Schritte pro Grad der Bewegungsbahn durch. Ein für diese Zwecke vorgesehener, nicht dargestellter Computer ist mit dem Schrittschaltmotor verbunden und derart programmiert, daß er den gemessenen Winkel und die Wellenlänge der Strahlung in eine Durchmesser-Ablesung umwandelt, welche in Mikron digital angezeigt wird. Die lagen-empfindliche Photozelle 6 kann jede von den in der britischen Patentschrift 1 246 099 beschriebenen Ausführungsformen sein.A converging lens 5 is in a manner not shown on a radial arm arranged so that the lens detects or scans an angle B. The scan begins at an angle A with respect to that defined by the unbroken laser beam optical axis. The angles A and B are advantageously approximately 15 each °. The center of the trajectory of the radial arm to which the lens 5 is mounted is, lies directly below the position of the fiber 4. A position-sensitive photocell 6 is arranged on the same radial arm, so that the photocell also the Angle B detected. A stepping motor, not shown, is provided to the Photocell 6 along part of a circular guide 7 through the angle B to move together with the lens 5. The stepper motor leads, for example loo steps per degree of trajectory. A designated for these purposes, computer, not shown, is connected to the stepper motor and such programmed to read the measured angle and the wavelength of the radiation in one Converts diameter reading, which is digitally displayed in microns. The sensitive one Photocell 6 can be any of those described in British Patent 1,246,099 Be embodiments.

Die photoempfindlichen Flächen 8 und 9 der lagen-empfindlichen Photozelle 6 sind elektrisch mit Versstärkern to und 11 verbunden, welche ihrerseits an einen Differenzverstärker 12 angeschlossen sind, der die Differenz zwischen den beiden verstärkten Signalen von der Photozelle 6 empfängt und verstärkt. Das resultierende Differenzsignal wird einer automatischen Verstärkungsregelung 13 zuge-führt, welche eine Umachaltung der Verstärkerbereiche zum Kompensieren großer Veränderungen in der Lichtintensität beim Abtasten verschiedener Teile des Beugungsbildes überflüssig macht. Anschließend wird das Differenzsignal in einen phasenempfindlichen Gleichrichter 14 zusammen mit einem Bezugssignal von einer Referenz-Photozelle 15 und einem zugeordneten Verstärker 17 eingespeist.The photosensitive surfaces 8 and 9 of the position-sensitive photocell 6 are electrically connected to verse amplifiers to and 11, which in turn are connected to a Differential amplifiers 12 are connected, which is the difference between the two Receives amplified signals from the photocell 6 and amplifies them. The resulting Difference signal is fed to an automatic gain control 13, which a redesign of the amplifier ranges to compensate for large changes in the light intensity when scanning different parts of the diffraction pattern superfluous power. The difference signal is then fed into a phase-sensitive rectifier 14 together with a reference signal from a reference photocell 15 and an associated one Amplifier 17 fed.

Die Referenz-Photozelle 15 wird zusammen mit einer kleinen Lichtquelle 16 betrieben, deren Licht durch den Zerhacker 3 unterbrochen wird, um ein Referenz-Signal zu erzeugen, welches die gleiche Phase wie das Testsignal aufweist. Falls es erforderlich ist, kann die Referenz-Photozelle so angeordnet sein, daß das Licht des zentralen Maximums oder des Scheitelwertes eines Beugungsbildes empfangen wird, welches durch die Faser gebildet ist, wodurch die Verwendung der zusätzlichen Lichtquelle 16 entfällt. Das Signal von dem Gleichrichter 14 läuft durch ein elektronisches Filter 18 zu einem Meß- oder Nulldetektor 19.The reference photocell 15 is used together with a small light source 16 operated, whose light is interrupted by the chopper 3 to a reference signal to generate which has the same phase as the test signal. If necessary is, the reference photocell can be arranged so that the light of the central Maximum or the peak value of a diffraction image is received, which is received by the fiber is formed, whereby the use of the additional light source 16 is omitted. The signal from the rectifier 14 passes through an electronic filter 18 a measurement or zero detector 19.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Die Faser 4 beugt den Lichtstrahl 2 und bildet ein zylindrisches Beugungsbild 20 im Raum ab, wobei das Beugungsbild einen breiten zentralen Scheitelw.rt 21 und eine Vielzahl von breitn Maxima 22 aufweist, zwischen denen die Minima liegen. Bei einer bevorzugten Betriebsweise der Vorrichtung wird die Photozelle 6 durch den Schrittschaltmotor von einer Stellung beim Winkel A in bezug auf den ungebeugten Laserstrahl (die Stellung A) durch einen Winkel B zu einer Stellung bei einem Winkel (A+B)° in bezug auf den ungebeugten Laserstrahl (die Stellung A+B) bewegt. Die Stellung des ersten Intensitätsmaximums nach der Stellung A wird elektronisch registriert und der Winkel zwischen diesem Maximum und dem nächstgelegenen Maximum durch automatische Zählung der Anzahl der Schritte zwischen den beiden Maxima gemssen. Der Computer wandelt das die Winkelmessung direkt in eine Durchmesserablesung um. Wie schon voranstehend ausgeführt wurde, betragen vorzugsweise die Winkel A und ß etwa 15 0. Es ist nicht erforderlich, daß das übernächste Maximum aufgezeichnet wird, das zweite abgetastete maximum wird so gewählt, daß der Winkel zwischen den beiden gewählten Maxima oder den beiden gewählten Minima oder dem gewählten Maximum und dem gewählten Minimum etwa 15 ° beträgt. Charakteristischerweise liegt eine derartige Verbreiterung von etwa 15 ° vom ersten abgetasteten bis zum übernächsten Elaximum für einen Großenbereich von 5 bis t1 rm der Fasern vor. Für eine Faser mit einem Durchmesser von 5 um kann der Abstand der gewählten Maxima bis zu 12 ° betragen und für eine Faser mit einem Durchmesser von 11 µm bis zu 5 °.The mode of operation of the device is as follows: The fiber 4 bends the light beam 2 and forms a cylindrical diffraction image 20 in space, wherein the diffraction pattern has a broad central vertex 21 and a multitude of broads Has maxima 22, between which the minima lie. In a preferred mode of operation the device the photocell 6 is controlled by the stepper motor from a position at angle A with respect to the undiffracted laser beam (the position A) through an angle B to a position at an angle (A + B) ° with respect to the undiffracted laser beam (the position A + B) moves. The position of the first intensity maximum after position A is registered electronically and the angle between this Maximum and the closest maximum by automatically counting the number of Steps must be taken between the two maxima. The computer converts the angle measurement directly into a diameter reading. As stated above, The angles A and β are preferably about 15 0. It is not necessary that the next but one maximum is recorded, the second maximum scanned becomes chosen so that the angle between the two selected maxima or the two selected minima or the selected maximum and the selected minimum about 15 ° amounts to. Typically, such a broadening is around 15 ° from the first scanned to the next but one maximum for a large area from 5 to t1 rm of the fibers. For a fiber with a diameter of 5 µm can the distance between the selected maxima can be up to 12 ° and for a fiber with a Diameters from 11 µm up to 5 °.

Es ist notwendig, die Anzahl der Maxima und/oder Minima zwischen den beiden abgetasteten Maxima, den beiden gemessenen Minima oder dem gemessenen Maximum und dem gemessenen Minimum zu zählen, so daß der Abstand zwischen benachbarter Maxima oder Minima durch einen Computer oder andere Vorrichtungen berechnet werden kann.It is necessary to determine the number of maxima and / or minima between the two scanned maxima, the two measured minima or the measured maximum and to count the measured minimum so that the distance between adjacent maxima or minima can be calculated by a computer or other device.

Nach Erreichen der Position (A+D) wird die Photozelle 6 in die Position A zurückbewegt, während in der Zwischenzeit eine Bedienungsperson die Faserkarte entfernen und durch eine andere für die nächste Messung ersetzen kann. Die gesamte Zykluszeit mit der voranstehend beschriebenen Vorrichtung beträgt etwa 20 Sekunden, sie hängt selbstverständlich von der Geschwindigkeit des Schrittschaltmotors ab und kann noch entsprechend reduziert werden.After reaching the position (A + D) the photocell 6 is in the position A moves back while in the meantime an operator holds the fiber card remove and replace with another for the next measurement. The whole Cycle time with the device described above amounts to about 20 seconds, of course it depends on the speed of the stepper motor and can still be reduced accordingly.

Es ist selbstverständlich auch möglich, eine Messung des Durchmessers vorzunehmen, wenn der Motor die Photozelle in die umgekehrte Richtung, d. h. aus der Stellung (A+B) in die Stellung (A) bewegt.It is of course also possible to measure the diameter to do when the motor turns the photocell in the opposite direction, i. H. the end from position (A + B) to position (A).

Die Meßgenauigkeit des Instrumentes für Kohlenstoff-Fasern beträgt etwa o,2 % der Durchmessergröße.The measuring accuracy of the instrument for carbon fibers is about 0.2% of the diameter size.

Ansprüche: Expectations:

Claims

Claims S method for measuring the diameter of a fiber, it is noted that the fiber is essentially transverse and arranged within a monochromatic light beam for diffraction thereof and with the aid of a converging lens, a diffraction image is imaged perpendicular to the fiber which is made up of a central maximum and a series of maxima and minima of light intensity on either side of the central maximum, where the distance between the maxima and the minima depends on the diameter of the fiber, and that at least one position-sensitive photocell of one of the selected maxima, however does not sample the central maximum, or one of the minimums, so that no output signal is generated by the photocell, then another by the photocell selected maximum, but not the central maximum, or one of the minima sampled is such that no output is generated by the photocell, further the number of maxima or minima between two sampled maxima or minima is counted, and one or more signals are generated representing the deviation of the photocell are characteristic of the corresponding positions at which the photocell scans a maximum or minimum such that no output signal is obtained, and that based on the signal or signals generated, the diameter of the Fiber is determined.

2. A method for measuring the diameter of a fiber according to claim 1, that the position-sensitive photocell with the help of a stepping motor between the positions at which selected Maxima or minima are scanned, is moved.

3. A method for measuring the diameter of a fiber according to claim 1 or 2, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the monochromatic Light beam is chopped to produce an AC signal and that a difference in the signals received from the two sides of the photocell by electrical Circuits (io or 11) are amplified, which have a phase sensitive rectification provide and an automatic gain control to compensate for the changes takes place in the light intensity that occur when scanning the diffraction image.

4. Procedure for measuring the diameter of a fiber according to the Claims 1 to 3, d a d u r c h g e -k e n n z e ic h n e t that at one for the fiber opaque to the monochromatic light beam every scanned maximum forms an angle between 15 ° and 3o with the undiffracted light beam.

5. Procedure for measuring the diameter of a fiber according to the Address 1 to 4, that is, the monochromatic Light beam is collimated or nearly collimated.

6. Apparatus for measuring the diameter of a fiber, d a d u r c h e k e n n n n n e i c h n e t that a monochromatic light source (i) and a card (23) for placing the fiber (4) substantially transversely and within of the monochromatic light beam (2) are provided, the light (2) passing through the fiber (4) is bent, furthermore a Sarmellino (3) a Fraunhofer one Diffraction image (20), consisting of a central maximum and a series of maxima and minima of light intensity at either side of the central maximum / in the focal plane the lens, and that in the focal plane of the lens (3) one or more position-sensitive Photocells (6) are arranged, which moves a motor, so that these at least two of the maxima, but not the central maximum, or two of the Sample minima or one of the maxima and one of the minima.

7. Apparatus for measuring the diameter of a fiber according to claim 6, that a device for the measurement the angular deflection of the photocell (6) between the corresponding positions which the photocell (6) scans two maxima or two minima and the output signal Supplies zero, is provided.

8. Device for measuring the diameter of a fiber according to Claim 7, that is, a stepping motor the device for measuring the angular deviation and for moving the photocell (6) is.

9. Device for measuring the diameter of a fiber according to one or more of claims 6 to 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a chopper (3) interrupts the monochromatic light beam (2) and generates an alternating current signal, electrical amplifiers (to, 11, 12) a difference in the signals received from the different sides of the photocell (6) and provide phase-sensitive rectification and automatic gain control (13) is intended to compensate for the changes in light intensity that occur when scanning the diffraction image.

lo. Device for measuring the diameter of a fiber according to claims 6 to 9, d a d u r c h g e -z e n n z o i c h n o t that the monochromatic Light source (1) has a collimator.

11. Device for measuring the diameter of a fiber according to claims 6 to 10, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that a laser forms the monochromatic light source (1).