PL224191B1 - Sposób wyznaczania wartości wymiaru liniowego obiektu oraz optyczne urządzenie do wyznaczania wymiaru liniowego obiektu - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy sposobu wyznaczania wartości wymiaru liliowego obiektu, oraz, dotyczy optycznego urządzenia do wyznaczania wymiaru liniowego obiektu.

Publikacja międzynarodowa WO 86/06159 dotyczy optycznego przyrządu pomiarowego wyposażonego w źródło wiązki świetlnej, w wirujące zwierciadło wielokątne do odbicia wiązki świetlnej w postaci wirującej wiązki świetlnej, oraz w soczewki do wytworzenia równoległej wiązki skanującej mierzony obiekt. Urządzenie jest wyposażone w element odbierający wiązkę skanującą mierzony obiekt oraz jest dostosowane do wykrywania czasu trwania zaciemnień i rozjaśnień wywoływanych wskutek przesłaniania wiązki przez obiekt mierzony.

Europejski opis patentowy EP 16I9467B1 dotyczy optycznego urządzenia pomiarowego obejmującego źródło kolimowanej wiązki świetlnej do powtarzalnego skanowania regionu, w którym znajduje się mierzony obiekt, element fotoreceptorowy do przyjmowania wiązki emitowanej przez skanowany region i wytwarzania sygnału skanowania, oraz, środków generowania sygnału binarnego skonfigurowanych do binaryzacji sygnału skanowania z wieloma różnymi wartościami progowymi oraz środków obliczeniowych do obliczenia na podstawie binaryzowanych sygnałów wymiaru mierzonego obiektu. Opis dotyczy także sposobu wykrywania odchylenia od normy mierzonego obiektu, z użyciem optycznego urządzenia pomiarowego.

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu wyznaczania dokładnej wartości wymiaru liniowego obiektu z użyciem źródła zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności, zespołu optycznego do przyjmowania wyemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowania tej wiązki przed przejściem przez, rejon lokalizacji obiektu mierzonego oraz z użyciem zespołu fotoreceptorowego do wykrywania wiązki świetlnej po przejściu przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego, a także dostarczenie optycznego urządzenia do wyznaczania wymiaru liniowego obiektu, które to urządzenie zawiera źródło zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności, zespół optyczny do przyjmowania wyemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowania tej wiązki przed przejściem przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego, oraz zespół fotoreceptorowy do wykrywania wiązki świetlnej po przejściu przez, rejon lokalizacji obiektu mierzonego.

Sposób wyznaczania dokładnej wartości wymiaru liniowego obiektu z użyciem źródła zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności, zespołu optycznego do przyjmowania wyemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowaniu tej wiązki przed przejściem przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego oraz zespołu fotoreceptorowego do wykrywania wiązki świetlnej po przejściu przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że umieszcza sic na wspólnej osi optycznej źródło wiązki świetlnej, zespół optyczny i zespół fotoreceptorowy, i prowadzi się wiązkę świetlną od źródła wiązki świetlnej poprzez zespół optyczny tak, aby ogniskować wiązkę świetlną do przewężenia na osi optycznej w obszarze pomiędzy zespołem optycznym a rejonem lokalizacji obiektu mierzonego, i przemieszcza się obiekt mierzony przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego zasadniczo prostopadle do wiązki świetlnej tak, aby obiekt mierzony całym swym obrysem przemieścił się przez szerokość wiązki świetlnej, i w trybie zasadniczo ciągłym odbiera się sygnał optyczny za pomocą zespołu fotoreceptorowego, i rejestruje się co najmniej pary danych zawierające współrzędną położenia obiektu mierzonego, w trakcie przemieszczania, oraz, poziom natężenia sygnału optycznego synchronicznie w kolejnych punktach czasowych uzyskując zbiór danych dyfrakcyjnych, na podstawie których wyznacza się dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu. Korzystnie, wiązkę świetlną prowadzoną przez zespół optyczny ogniskuje się do uzyskania przewężenia wiązki świetlnej w odległości 10-20 mm od punktu przecięcia osi optycznej i drogi ruchu obiektu mierzonego. Korzystnie, dla zbioru danych dyfrakcyjnych określa się pierwszy szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego i drugi szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego, oraz określa się poziom tła natężenia sygnału optycznego, i wyznacza się połówkowe wartości poziomów natężenia sygnału optycznego z pierwszego i drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału, optycznego pomniejszone o poziom tła, a następne wyznacza się współrzędne położenia odpowiadające połówkowym wartościom poziomów natężenia sygnału optycznego, i wyznacza się wstępny wynik pomiarowy jako wymiar liniowy odpowiadający przemieszczeniu obiektu od położenia o współrzędnej do położenia o współrzędnej, który to wstępny wynik przelicza się na dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu z wykorzystaniem, zbioru danych, kalibracyjnych. W szczególności, po wyznaczeniu współrzędnych położeniu odpowiadających połówkowym wartościom poziomów natężenia sygnału optycznego, określa się pierwszy przedział domknięty w bezpośrednim sąsiedztwie jednej współrzędnej położenia

PL 224 191 B1 i drugi przedział domknięty w bezpośrednim sąsiedztwie drugiej współrzędnej położenia, który to pierwszy i drugi przedział zawiera jako środkową wartość odpowiednią współrzędną położenia, wyznacza się pierwszą aproksymację liniową poziomów natężenia sygnału optycznego odpowiadających wartościom współrzędnych położenia pierwszego przedziału i drugą aproksymację liniową poziomów natężenia sygnału optycznego odpowiadających wartościom współrzędnych położenia drugiego przedziału, a następnie wyznacza się średnią arytmetyczną poziomu należenia sygnału optycznego według pierwszej aproksymacji i odpowiadającą tej średniej wartość współrzędnej położenia oraz wyznacza się średnią arytmetyczną poziomu natężenia sygnału optycznego według drugiej aproksymacji i odpowiadającą tej średniej wartość współrzędnej położenia, i wyznacza się korygowany wynik pomiarowy jako wymiar liniowy odpowiadający odcinkowi przemieszczenia obiektu od położenia o współrzędnej do położenia o współrzędnej, który to korygowany wynik przelicza się nu dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu z wykorzystaniem zbioru danych kalibracyjnych. Korzystnie, pierwszy przedział domknięty obejmuje zakres wartości w przybliżeniu ±0,5 μm względem wartości współrzędnej położenia, i drugi przedział domknięty obejmuje zakres wartości w przybliżeniu ±0,5 μm względem wartości współrzędnej położenia. W szczególności, po przeliczeniu wstępnego albo korygowanego wyniku na dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu mierzonego, wprowadza się poprawkę temperaturową.

Ewentualnie, jeśli wartość pierwszego szczytowego poziomu należenia sygnału optycznego i wartość drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego różna się o wielkość przekraczającą wartość dopuszczalną, koryguje się współosiowość źródła zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej i zespołu fotoreceptorowego, i ponownie przeprowadza się wyznaczanie wartości wymiaru liniowego obiektu mierzonego.

Korzystnie, współrzędne położenia obiektu mierzonego w kolejnych punktach czasowych określa się za pomocą interferometru. W szczególności, przemieszczanie się obiektu mierzonego przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego, zasadniczo prostopadle do wiązki świetlnej, zapewnia zespół transportu mający silnik krokowy i przekładnię, u współrzędne położenia obiektu mierzonego w kolejnych punktach czasowych określa się na podstawie liczby kroków silnika krokowego i stosunku przełożenia przekładni. Źródłem zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności jest, zwłaszcza, urządzenie laserowe wybrane z grupy obejmującej jednomodowe urządzenia laserowe i wielomodowe urządzenia laserowe przystosowane do funkcjonowania w trybie jednomodowym, korzystnie emitujące wiązkę światła w zakresie 380-780 nm, bardziej korzystnie u zakresie 600-700 nm.

Optyczne urządzenie do wyznaczania wymiaru liniowego obiektu, zawierające źródło zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności, zespół optyczny do przyjmowania w yemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowania tej wiązki przed przejściem przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego oraz zespół fotoreceptorowy do wykrywania wiązki świetlnej po przejściu przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego, według wynalazku charakteryzuje się tym. że źródło wiązki świetlnej, zespół optyczny i zespół fotoreceptorowy leżą na zasadniczo wspólnej osi optycznej, przy czym zespół optyczny generuje na wyjściu wiązkę świetlną ogniskowaną na osi optycznej do przewężenia w obszarze pomiędzy zespołem optycznym a rejonem lokalizacji obiektu mierzonego, a ponadto urządzenie zawiera zespół transportu obiektu mierzonego przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego, który to zespół transportu zapewnia przemieszczanie się obiektu mierzonego zasadniczo prostopadle do wymienionej osi optycznej, przy czym zespół transportu i zespół fotoreceptorowy są sprzężone z co najmniej jednym urządzeniem sterująco-rejestrującym zawierającym co najmniej pamięć, do zsynchronizowanej w czasie rejestracji co najmniej jednej daty danych zawierającej współrzędną położenia obiektu mierzonego, w trakcie przemieszczania, i poziom natężenia sygnału optycznego. Korzystnie. zespół fotoreceptorowy jest sprzężony z interfejsem zespołu fotoreceptorowego zawartym w urządzeniu sterująco-rejestrującym, a zespół transportu obiektu mierzonego jest sprzężony z interfejsem pozycjonowania obiektu mierzonego, zawartym w urządzeniu sterująco-rejestrującym. W szczególności, zespół transportu obiektu mierzonego zawiera silnik sprzężony z zespołem przekładniowym. Korzystnie, zespół transportu obiektu mierzonego jest sprzężony z interferometrem kontrolującym współrzędną położenia obiektu mierzonego, w trakcie przemieszczania obiektu mierzonego wzdłuż drogi ruchu zasadniczo prostopadłej do osi optycznej.

Korzystnie, zespół optyczny zawiera soczewki skupiające o odpowiednich ogniskowych, przy czym pierwsza soczewka znajduje się najbliżej źródła zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej, dalej znajduje się druga soczewka w odległości od pierwszej soczewki zasadniczo odpowiadającej sumie ogniskowych soczewki pierwszej i drugiej, a następnie jest umieszczona trzecia soczewka

PL 224 191 B1 wysyłająca wiązkę świetlną ogniskowaną na osi optycznej, która to wiązka świetlna wykazuje maksymalne przewężenie za trzecią soczewką w odległości od trzeciej soczewki odpowiadającej ogniskowej trzeciej soczewki. W szczególności, soczewki są zestawione tak, aby przewężenie wiązki świetlnej występowało w odległości 10-20 mm od punktu przecięcia osi optycznej i drogi ruchu obiektu mierzonego. Zespół optyczny, zwłaszcza, jest wyposażony w przysłonę umieszczoną za trzecią soczewką.

Korzystnie, źródłem zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności jest urządzenie laserowe wybrane z grupy obejmującej jednomodowe urządzenia laserowe i wielomodowe urządzenia laserowe przystosowane do funkcjonowania w trybie jednomodowym, korzystnie emitujące wiązkę światła w zakresie 380-780 nm, bardziej korzystnie w zakresie 600-700 nm.

Korzystnie, w urządzeniu sterująco-rejestrującym, interfejs pozycjonowania obiektu mierzonego i interfejs zespołu fotoreceptorowego są niezależnie sprzężone z, zespołem sterownikowym do automatycznego sterowania zespoleni transportu i rejestrowania danych położenia obiektu mierzonego synchronicznie wraz z danymi poziomu natężenia sygnału świetlnego wykrywanego przez zespół fotoreceptorowy. Ewentualnie, urządzenie sterująco-rejestrujące jest sprzężone z zespołem wyświetlacza i drukarką.

W dalszej części opisu wynalazku przedmiotowe urządzenie, tj. optyczne urządzenie do wyznaczania wymiaru liniowego obiektu, jest określane krócej jako optyczne urządzenie pomiarowe.

Rozwiązanie według wynalazku, ze względu na możliwość uzyskania poziomu niepewności wynoszącego ±0,02· 10^- mm przy jednokrotnym pomiarze, ma przede wszystkim zastosowanie do wykonywania wysoce precyzyjnych pomiarów. W optycznym urządzeniu pomiarowym według wynalazku, źródło wiązki świetlnej i zespół fotoreceptorowy leżą na wspólnej osi optycznej, a ewentualne odchylenie jednego z wymienionych elementów od tej osi jest natychmiast wykrywane w sposobie wykonywania pomiaru według wynalazku i uwzględniane w sposobie według wynalazku. Optyczne urządzenie pomiarowe według wynalazku posiada tylko jeden element ruchomy, tj. zespół transportu obiektu mierzonego, co ogranicza możliwość powstawania błędów. W jednej z realizacji wynalazku, pomiar przemieszczania się obiektu mierzonego w optycznym urządzeniu pomiarowym według wyna-3 lazku jest realizowany z użyciem wysokojakościowego interferometru o niepewności ±0,7·10^- lub, co pozwala na bardzo wysoką precyzję określania, współrzędnych położenia obiektu, a zatem, i na bardzo wysoką precyzję wyznaczania wartości, wymiaru liniowego obiektu.

Rozwiązanie według wynalazku jest dodatkowo zilustrowane rysunkiem, na którym fig. 1 prezentuje układ blokowy optycznego urządzenia pomiarowego według wynalazku, fig. 2 przedstawia przykładowe rozwiązanie zespołu optycznego urządzenia pomiarowego według wynalazku, a fig. 3 przedstawia przykładową reprezentację graficzną poziomu sygnału optycznego wykrywanego przez zespół fotoreceptorowy.

Fig. 1 przedstawia schemat blokowy optycznego urządzenia pomiarowego według wynalazku. Urządzenie zawiera źródło 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności, zespół optyczny 2 do przyjmowania wyemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowania tej wiązki przed przejściem przez rejon lokalizacji 3 obiektu mierzonego 4 oraz zespół fotoreceptorowy 5 do wykrywania wiązki świetlnej po przejściu przez rejon lokalizacji 3 obiektu mierzonego 4. Źródło 1 wiązki świetlnej, zespół optyczny 2 i zespół fotoreceptorowy 5 leżą na zasadniczo wspólnej osi optycznej 6. Korzystnie, źródłem 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności jest urządzenie laserowe wybrane z grupy obejmującej jednomodowe urządzenia laserowe i wielomodowe urządzenia laserowe przystosowane do funkcjonowania w trybie jednomodowym. Bardziej korzystnie źródłem 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności jest urządzenie laserowe emitujące wiązkę światła w zakresie 380-780 nm, bardziej korzystnie w zakresie 600-700 nm. W przykładowej realizacji wynalazku, źródłem 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności jest laser helowo-neonowy emitujący wiązkę światła o długości fali 632,8 nm i o rozbieżności 1,0 mrad.

Zespół optyczny 2 do przyjmowania wyemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowania tej wiązki jest zespołem generującym na wyjściu wiązkę świetlną ogniskowaną na osi optycznej 6 do przewężenia w obszarze pomiędzy zespołem optycznym 2 a rejonem lokalizacji 3 obiektu mierzonego 4. Zespół optyczny 2 zawiera co najmniej jedną soczewkę skupiającą a korzystnie (jak pokazuje fig. 2) zawiera zespół trzech soczewek skupiających, przy czym pierwsza soczewka S1 znajduje się najbliżej źródła 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej, dalej znajduje się druga soczewka S2 w odległości od pierwszej soczewki zasadniczo odpowiadającej sumie ogniskowej f1 soczewki pierwszej S1 i ogniskowej f₂ soczewki drugiej S₂, a następnie jest umieszczona trzecia soczewka S₃ wysyłająca wiązkę

PL 224 191 B1 świetlną ogniskowaną na osi optycznej 6, która to wiązka świetlna wykazuje maksymalne przewężenie za trzecią soczewką S₃ w odległości od trzeciej soczewki S₃ odpowiadającej ogniskowej f₃ trzeciej soczewki S₃. Korzystnie, soczewki są tak zestawione, aby wiązka świetlna wychodząca z zespołu optycznego 2 była ogniskowana do przewężenia na osi optycznej 6 w odległości 10-20 mm od punktu przecięcia osi optycznej 6 i drogi 7 ruchu obiektu mierzonego 4. W szczególnie korzystnej realizacji, zespół optyczny 2 jest wyposażony w przysłonę P umieszczoną za trzecią soczewką S₃.

Dla zrealizowania przemieszczenia obiektu mierzonego 4 wzdłuż drogi 7 ruchu, która to droga 7 ruchu przebiega zasadniczo prostopadle do osi optycznej 6, optyczne urządzenie pomiarowe według wynalazku jest wyposażone w zespół transportu 8 obiektu mierzonego 4. Zespół transportu 8 zawiera środki mechaniczne do wprawiania w ruch obiektu mierzonego 4 wzdłuż drogi 7 ruchu. Korzystnie, zespół transportu 8 zawiera silnik elektryczny sprzężony z zespołem przekładniowym i ramieniem wysięgnikowym wprawianym w ruch przez silnik z zespołem przekładniowym, wzdłuż drogi 7 ruchu. Bardziej korzystnie, silnikiem jest silnik krokowy połączony z przekładnią planetarną i przekładnią ślimakową. W jednej z praktycznych realizacji, napęd silnikiem krokowym z użyciem zespołu precyzyjnych przekładni gwarantuje stabilny ruch krokami pomiarowymi 0,0001 mm z błędem w ramach jednego kroku pomiarowego nieprzekraczającym 0,00002 mm. Rozwiązanie takie zapewnia łatwe ustalanie precyzyjnego położenia obiektu mierzonego 4 w każdym punkcie czasowym pomiaru, gdyż współrzędna położenia obiektu mierzonego 4 w danym punkcie czasowym może być bezpośrednio wyliczona na podstawie zarejestrowanej liczby kroków silnika. W alternatywnym rozwiązaniu, położenie obiektu mierzonego 4 w każdym punkcie czasowym jest ustalane z użyciem interferometru zapewniającego pomiar współrzędnej położenia z dokładnością ±0,00001 mm.

Zespół transportu 8 i zespół fotoreceptorowy są sprzężone z co najmniej jednym urządzeniem sterująco-rejestrującym 9 zawierającym co najmniej pamięć, do zsynchronizowanej w czasie rejestracji co najmniej jednej pary danych zawierającej współrzędną położenia przemieszczanego obiektu i poziom natężenia sygnału optycznego. Korzystnie, urządzenie sterująco-rejestrujące 9 zawiera interfejs 10 fotoreceptora sprzężony z zespołem fotoreceptorowym 5 oraz interfejs 11 pozycjonowania obiektu mierzonego 3, które to interfejsy 9, 10 są sprzężone z zespołem sterownikowym 12 urządzenia sterująco-rejestrującego 9. Zespół sterownikowy 12 automatyzuje funkcjonowanie optycznego urządzenia pomiarowego, automatycznie steruje zespołem transportu 8 i rejestruje dane położenia obiektu mierzonego 4 w kolejnych punktach czasowych, rejestruje dane poziomu sygnału świetlnego wykrywanego przez zespół fotoreceptorowy 5, a także analizuje i przetwarza synchronicznie zarejestrowane pary danych zawierające co najmniej współrzędną położenia przemieszczanego obiektu 4 i poziom natężenia sygnału optycznego, do uzyskania wyniku pomiaru mierzonego obiektu 4. Korzystnie, optyczne urządzenie pomiarowe jest wyposażone w zespół wyświetlacza i drukarkę (niepokazane) sprzężone z urządzeniem sterująco-rejestrującym 9.

W sposobie wyznaczania dokładnej wartości wymiaru liniowego, według wynalazku, stosuje się źródło 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności, zespół optyczny 2 do przyjmowania wyemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowania tej wiązki oraz zespół fotoreceptorowy 5 do wykrywania wiązki świetlnej. Źródło 1 wiązki świetlnej, zespół optyczny 2 do przyjmowania wyemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowania tej wiązki, oraz zespół fotoreceptorowy 5 umieszcza się na wspólnej osi optycznej 6. Wiązkę świetlną wychodzącą ze źródła 1 prowadzi się przez zespół optyczny 2 tak, aby ogniskować wiązkę świetlną do przewężenia na osi optycznej 6 w obszarze pomiędzy zespołem optycznym 2 a rejonem lokalizacji 3 obiektu mierzonego 4, korzystnie do przewężenia w odległości 10-20 mm od punktu przecięcia osi optycznej 6 i drogi 7 ruchu obiektu mierzonego 4. W sposobie według wynalazku, przemieszcza się obiekt mierzony 4 przez rejon lokalizacji 3 obiektu mierzonego 4, zasadniczo prostopadle do wiązki świetlnej i do drogi optycznej 6 tak, aby całym swym obrysem przemieścił się przez szerokość wiązki świetlnej. Synchronicznie z ruchem obiektu mierzonego 4, w kolejnych punktach czasowych i w trybie zasadniczo ciągłym, odbiera się sygnał optyczny za pomocą zespołu fotoreceptorowego 5 i rejestruje się co najmniej pary danych zawierające współrzędną położenia przemieszczanego obiektu i poziom natężenia sygnału optycznego. Uzyskuje się zbiór danych dyfrakcyjnych, który służy do wyznaczenia dokładnej wartości wymiaru liniowego obiektu mierzonego 4.

W przykładowej realizacji, po synchronicznym zarejestrowaniu wielu par danych zawierających co najmniej współrzędną położenia przemieszczanego obiektu 3 i poziom natężenia sygnału optycznego, oraz po przetworzeniu przez zespół sterownikowy 12 zbioru takich par danych, uzyskuje się (po przesłaniu wygenerowanego pliku do drukarki sprzężonej z zespołem sterownikowym 12)

PL 224 191 B1 wykres zależności poziomu natężenia sygnału świetlnego od współrzędnej położenia obiektu mierzonego 4. Przykładowy profil takiego wykresu przedstawia fig. 3. Profil charakteryzuje się występowaniem dwóch szczytowych poziomów natężenia sygnału optycznego, pierwszego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego Amax i drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego Bmax. Wartości poziomów natężeń sygnału optycznego Amax i Bmax są zasadniczo zbliżone i przy zachowanej współosiowości źródła 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlej i zespołu fotoreceptorowego 5 nie powinny się różnić więcej niż w przybliżeniu o 0,5%. Przyrost poziomu natężenia sygnału optycznego do wartości szczytowych Amax lub Bmax jest skutkiem dyfrakcji wiązki świetlnej na powierzchni obiektu mierzonego 4 w trakcie przemieszczania się obiektu mierzonego 4 zasadniczo prostopadle do wiązki świetlnej i osi optycznej 6, przy czym pierwszy szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego Amax odpowiada szczytowemu poziomowi natężenia sygnału optycznego dyfrakcji wiązki świetlnej w procesie przysłaniania tej wiązki świetlnej przez obiekt mierzony 4, a drugi szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego Bmax odpowiada szczytowemu poziomowi natężenia sygnału optycznego dyfrakcji wiązki świetlnej w procesie odsłaniania tej wiązki świetlnej przez obiekt mierzony 4.

W punktach czasowych, gdy obiekt mierzony 4 w trakcie przemieszczania się wzdłuż drogi 7 ruchu całkowicie przesłania wiązkę świetlną na osi optycznej 6, zespół fotoreceptorowy 5 odbiera sygnał optyczny o takiej wartości natężenia, jaka odpowiada jedynie poziomowi tła T.

Jeśli podczas wykonywania pomiaru źródło 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności i zespół fotoreceptorowy 5 nie będą dokładnie umieszczone na wspólnej osi optycznej 6, to pierwszy szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego A_max i drugi szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego Bmax będą się różnić od siebie co do wartości. W przypadku, gdy różnica wartości szczytowych poziomów przekracza dopuszczalną wielkość, koryguje się współosiowość źródła 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności, i zespołu fotoreceptorowego 5. W praktycznej realizacji wyznaczania dokładnej wartości wymiaru liniowego obiektu mierzonego 4, koryguje się współosiowość źródła 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności i zespołu fotoreceptorowego 4, jeśli różnica wartości pierwszego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego Amax i drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego Bmax w proporcji do uśrednionej wartości Amax i Bmax przekracza wartość dopuszczalną C, która to wartość C jest obliczana zgodnie z poniższym równaniem I.

Równanie I

x!00% = C

W praktycznej realizacji pomiaru, w którym obiektem mierzonym jest walec zasadniczo obrotowy a wyznaczanym wymiarem liniowym średnica tego walca, wartość dopuszczalna C mieszcząca się w zakresie 0-0,5% jest wartością poprawną zapewniającą wykonanie wiarygodnego pomiaru. W przypadku wartości dopuszczalnej C większej od 0,5%, przewiduje się rekomendację dla korekty współosiowości źródła 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej i zespołu fotoreceptorowego 5, która to korekta byłaby pilnie wymagana dla wartości dopuszczalnej C przekraczającej 1%. Wartość dopuszczalna C przekraczająca 1,5% wskazuje na absolutnie niezbędną korektę geometrii ustawienia źródła 1 zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności i zespołu fotoreceptorowego 5.

Na podstawie analizy zarejestrowanych danych dyfrakcyjnych, które zawierają co najmniej współrzędne położenia mierzonego obiektu 4 i poziomy natężenia sygnału optycznego zarejestrowane synchroniczne w kolejnych punktach czasowych, określa się pierwszy szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego Amax i drugi szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego Bmax. Następnie określa się poziom tła T, zarejestrowany przez zespół fotoreceptorowy, i wyznacza się połówkowe wartości A_1/2, B_1/2 poziomów natężenia sygnału optycznego z pierwszego i drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego Amax, Bmax, po uprzednim pomniejszeniu wartości Amax i Bmax poziom tła T (celem wyznaczenia rzeczywistych poziomów natężenia sygnału optycznego pierwszego i drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego A_Rmax, B_Rmax). W kolejnej operacji

AB wyznacza się współrzędne położenia X_1/2, X_1/2 obiektu mierzonego 4 odpowiadające połówkowym wartościom A_1/2, B_1/2 poziomów natężenia sygnału optycznego. Wstępny wynik pomiarowy uzyskuje

AB się jako wymiar liniowy odpowiadający przemieszczeniu obiektu od położenia X_1/2 do położenia X_1/2. W praktycznej realizacji, jeśli wartość współrzędnej położenia X jest określona w milimetrach względem

PL 224 191 B1 punktu odniesienia leżącego na drodze 7 ruchu obiektu mierzonego 4, na przykład jeśli punktem odniesienia jest punkt przecięcia osi optycznej 6 i drogi 7 ruchu obiektu mierzonego 4, to wstępny wynik

AB pomiarowy odpowiada sumie wartości ^AX1/2, ^BX1/2.

Uzyskany wstępny wynik przelicza się na dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu z wykorzystaniem zbioru danych kalibracyjnych. Ewentualnie przed przeliczeniem, wynik wstępny jest korygowany z wykorzystaniem metody korygowania błędów przypadkowych.

Przedstawiona procedura uwzględniająca wyznaczanie połówkowych wartości A_1/2, B_1/2 poziomów natężenia sygnału optycznego z pierwszego i drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego Amax, Bmax, wykorzystuje przyjęcie wartości połówkowej rzeczywistych poziomów natężenia sygnału optycznego pierwszego i drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego A_Rmax, B_Rmax jako wartości bazowej dla przeprowadzenia wyliczenia wyniku pomiaru, i jako taka stanowi jedynie przykładową realizację sposobu według wynalazku. Procedura ta może być ekwiwalentnie zastąpiona przez procedurę przewidującą wyznaczanie wartości ułamkowej różnej od 1/2 rzeczywistych wartości poziomów natężenia sygnału optycznego pierwszego i drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego A_RmaX i B_Rmax, na przykład przez procedurę, w której wyznacza się wartość 43% albo 64% ARmax, BRmax. W przypadku zastosowania procedury, w której wyznacza się wartości odpowiadające 43% albo 64% wartości ARmax, BRmax, uzyskany wynik przelicza się na dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu z wykorzystaniem zbioru danych kalibracyjnych, specyficznie opracowanego, odpowiednio, dla wartości 43% A_Rmax, B_Rmax, albo 64% A_Rmax, B_Rmax.

Dla ograniczenia błędów przypadkowych wywoływanych przez zakłócenia, możliwe pulsacje itp., przeprowadza się interpolację liniową dla określonych podzbiorów danych obejmujących współrzędne położenia obiektu mierzonego oraz poziomy natężenia sygnału optycznego zarejestrowane synchroniczne w kolejnych punktach czasowych. Korzystnie, podzbiory określa się jako zawierające pary danych obejmujące współrzędne położenia z przedziałów domkniętych w bezpośrednim sąsiedztwie współrzędnych położenia X_1/2 i X_1/2 wraz z odpowiadającymi im wartościami poziomu sygnału optycznego. Korzystnie określa się przedziały w promieniu w przybliżeniu 0,5 μm, w szczególności następujące przedziały:

< ^AX1/2 - θ,5 μΓη; ^AX1/2 + 0,5 μιη >

< ^V2 ^_ 0, 5 μηι; ^B X-,/₂ + 0,5 μΓη >

dla których wyznacza się aproksymację liniową przebiegu poziomu natężenia sygnału optycznego a następnie uśrednione poziomy natężenia sygnału optycznego. Na podstawie wyliczonych uśrednionych poziomów natężenia sygnału optycznego wyznacza się odpowiadające tym średnim wartościom

AB korygowane współrzędne położenia X_1/2(s) i Xi/2(S)· W przypadku, jeśli wartość współrzędnej położenia X jest określona w milimetrach względem punktu odniesienia leżącego na drodze 7 ruchu obiektu mierzonego 4, na przykład jeśli punktem odniesienia jest punkt przecięcia osi optycznej 6 i drogi 7 ruchu obiektu mierzonego, to korygowany wynik pomiarowy odpowiada sumie wartości ^AX1/2(S) i ^BX1/2(S)· Wynik ten przelicza się na dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu mierzonego 4 z wykorzystaniem zbioru danych kalibracyjnych oraz wprowadzając poprawkę temperaturową.

Korzystnie, dokładny wymiar liniowy mierzonego obiektu określa się na podstawie korygowanych współrzędnych położenia ^AX1/2(S) i BX1/2(S) wprowadzając poprawkę określoną empirycznie, która to poprawka jest wyznaczana na podstawie wielokrotnych pomiarów. W przypadku, gdy obiektem mierzonym 4 jest walec zasadniczo obrotowy a wymiarem wyznaczanym jest średnica tego walca, to dla wartości średnicy walca z zakresu 1-4 mm i przy wyznaczaniu tej średnicy sposobem według wynalazku z użyciem połówkowych wartości A_1/2 i B_1/2, wartość poprawki wynosi zawsze 0,01305 mm, co oznacza, że wyliczona wartość średnicy walca dla poziomu 50% szczytowych poziomów natężenia sygnału optycznego jest zawsze większa od wartości rzeczywistej o 0,01305 mm.

Wynalazek jest dodatkowo zilustrowany poniższym przykładem realizacji, który jednak nie ogranicza jego zakresu·

P r z y k ł a d wykonania pomiaru

Do przeprowadzenia dokładnego pomiaru średnicy walca obrotowego stosuje się urządzenie zawierające:

- jako źródło zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności - laser HeNe o długości fali 632,8 nm, rozbieżności wiązki 1,0 mrad i mocy znamionowej 5 mW, z ustawieniem polaryzacji: - RANDOM;

PL 224 191 B1

- jako zespół optyczny - zestaw trzech soczewek skupiających: S1 (φ 4,0) o ogniskowej f = 12,18 mm, S₂ (φ 12,5) o ogniskowej f = 25,0 mm i S₃ (φ 12,5) o ogniskowej f = 64,0 mm; zespół optyczny w takim zestawieniu poszerza średnicę wiązki świetlnej emitowanej przez laser HeNe z 0,8 mm do 2 mm a następnie skupia wiązkę świetlną do przewężenia wiązki φ 0,028 mm;

- jako zespół fotoreceptorowy - przetwornik optoelektroniczny zawierający fotodiodę Hamamatsu P9217 (średnica czynna fotodetektora 0,3 mm);

- jako zespół transportu - silnik krokowy typ E 103-591-0340 (krok 0,9 deg) z przekładnią planetarną typ AF042-P4010102 (przełożenie 50:1) i przekładnią ślimakową (przełożenie 240:1) połączoną z ramieniem do transportu o długości r = 43 mm.

Przedmiotem mierzonym jest walec obrotowy o nominalnej średnicy 2 mm, którym jest standardowa igiełka łożyskowa. Odległość pomiędzy przedmiotem mierzonym a przewężeniem wiązki laserowej wynosi 12 mm. Odległość pomiędzy przedmiotem mierzonym a fotodiodą Hamamatsu P9217 wynosi 410 mm.

Urządzenie jest wyposażone w zespół sterowników - system automatyzacji pomiarów wykorzystujący kartę akwizycji danych firmy Advantech typ PCI 1710L zainstalowaną w złączu PCI komputera PC, a także w zespół wzmacniaczy do sterowania silnikiem krokowym sterowanym przez wyjście cyfrowe karty, oraz wzmacniacz dla zespołu fotoreceptorowego, a także w urządzenie wyświetlające i drukarkę.

Wykonanie pomiaru:

i) Uruchamia się zasilanie lasera, przetwornika optoelektronicznego i pozostawia urządzenia do ustabilizowania. Umieszcza się mierzoną igiełkę łożyskową w położeniu pionowym na zakończeniu ramienia zespołu transportu. Wprowadza się zadane parametry pracy silnika krokowego (liczba kroków).

ii) Uruchamia się zespół transportu. Silnik krokowy - skokowo - poprzez układ przekładni przesuwa ramię wraz z igiełką łożyskową po torze ruchu w przybliżeniu poprzecznym względem osi optycznej 6. Po każdym kroku automatycznie odczytuje się i zapisuje współrzędne położenia walca oraz poziom natężenia sygnału optycznego.

iii) Przeprowadza się analizę zapisanych danych, znajduje się wartości poziomu sygnału optycznego odpowiadające pierwszemu szczytowemu natężeniu sygnału optycznego Amax i drugiemu szczytowemu natężeniu sygnału optycznego Bmax, oblicza się asymetrię wartości szczytowych na podstawie różnicy poziomów natężeń; sprawdza się, czy asymetria wartości szczytowych wyznaczona wartością dopuszczalną C obliczoną według równania I mieści się w granicach 0-0,5%; jeśli zależność nie jest spełniona - wyświetla się informację o konieczności korekty geometrii urządzenia; jeśli zależność jest spełniona - przechodzi do punktu iv.

iv) Określa się poziom tła T natężenia sygnału optycznego (jako średni poziom natężenia sygnału optycznego rejestrowanego, gdy mierzony przedmiot przesłania wiązkę świetlną na drodze optycznej 6) i oblicza się rzeczywiste wartości pierwszego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego ARmax oraz drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego BRmax, zgodnie z poniższymi równaniami:

^ARmax ^{= A}max ^{- T}

BRmax = Bmax ^{- T} a następnie wylicza się połówkowe wartości A_1/2, B_1/2 poziomów natężenia sygnału optycznego dla pierwszego i drugiego szczytowego poziomu natężenia, według poniższych równań:

Al/2 = ARmax/2

B1/2 = BRmax/2

AB i wyznacza się współrzędne położenia X_1/2, X_1/2 odpowiadające połówkowym wartościom A_1/2, B_1/2 poziomów natężenia sygnału optycznego (wykorzystując dane współrzędnych położenia walca i poziomów natężenia sygnału optycznego zarejestrowane w kolejnych punktach czasowych, określonych kolejnymi krokami silnika krokowego), i wyznacza się wstępny wynik pomiarowy jako wymiar liniowy

AB odpowiadający przemieszczeniu walca (igiełki łożyskowej) od położenia X_1/2 do położenia X_1/2.

v) Przeprowadza się obliczenia korygujące w celu eliminacji błędów przypadkowych. Dla wyznaczonej współrzędnej położenia AX_1/2 określa się pierwszy przedział domknięty taki, że graniczną dolną wartością przedziału jest AX_1/2 - 0,5 μm a graniczną górną wartością przedziału jest AX_1/2 +

PL 224 191 B1

0,5 μm. Dla wartości skrajnych AX_1/2 - 0,5 μm i AX_1/2 + 0,5 μm wyznacza się odpowiadające wartości poziomu sygnału optycznego (wykorzystując dane współrzędnych położenia walca i poziomów natężenia sygnału optycznego zarejestrowane w kolejnych punktach czasowych, określonych kolejnymi krokami silnika krokowego), przeprowadza się interpolację liniową przebiegu poziomu sygnału optycznego dla wartości współrzędnych położenia zawartych w wymienionym przedziale, i dla średniej arytmetycznej poziomu natężenia sygnału optycznego wyznacza się odpowiadającą wartość współrzędnej

AB położenia ^AX1/2(S). W sposób analogiczny, dla wyznaczonej współrzędnej położenia ^BX1/2(S) wyznacza się wartość współrzędnej położenia ^BX1/2(S).

vi) Wyznacza się korygowany wstępny wynik pomiarowy jako wymiar liniowy odpowiadający przemieszczeniu walca (igiełki łożyskowej) od położenia ^AX1/2(S) do położenia ^AX1/2(S).

vii) Wprowadza się poprawkę określoną empirycznie, która to poprawka jest wyznaczana na podstawie wielokrotnych pomiarów. W przypadku, gdy obiektem mierzonym 4 jest walec zasadniczo obrotowy a wymiarem wyznaczanym jest średnica tego walca, to dla wartości średnicy walca z zakresu 1-4 mm i przy wyznaczaniu tej średnicy sposobem według wynalazku z wyznaczaniem połówkowych wartości A_1/2 i B_1/2, wartość poprawki wynosi zawsze 0,01305 mm, co oznacza że wyliczona wartość średnicy walca dla poziomu 50% szczytowych poziomów natężenia sygnału optycznego jest zawsze większa od wartości rzeczywistej o 0,01305 mm.

viii) Wprowadza się poprawkę temperaturową.

Przykład obliczenia wartości średnicy walca w milimetrach na podstawie wyznaczonej liczby kroków silnika krokowego.

Dane pomiarowe:

I droga walca wyrażona w krokach silnika (I = 35702,778765);

P_T współczynnik wynikający z konstrukcji stanowiska pomiarowego w temperaturze pomiaru 22,5°C; P_T = W,/R_T (mm/krok silnika), gdzie W_u - współczynnik przełożenia układu (W_u = 2π/480000), a R_T - wartość długości ramienia transportu w temperaturze pomiaru 22,5°C (43,00127925 mm po uwzględnieniu poprawki temperaturowej);

Wielkości wynikowe:

φ_τ średnica walca w temperaturze pomiaru (T = 22,5°C) wyznaczona na podstawie poniższego równania II;

φ₂₀ średnica walca w temperaturze 20°C.

Równanie II φ_τ = 2 R_T s in (I P_T/2R_r)

Wartość wyliczona φ_τ wynosi 2,00940 mm, a po uwzględnieniu poprawki empirycznej (0,01305 mm) wartość φ_τ wynosi 1,99635 mm.

Po uwzględnieniu poprawki temperaturowej wartość średnicy przeliczona na temperaturę 20°C wynosi φ₂₀ = 1,99628 mm.

Claims (21)

1. Sposób wyznaczania dokładnej wartości wymiaru liniowego obiektu z użyciem źródła zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności, zespołu optycznego do przyjmowania wyemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowania tej wiązki przed przejściem przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego oraz zespołu fotoreceptorowego do wykrywania wiązki świetlnej po przejściu przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego, znamienny tym, że umieszcza się na wspólnej osi optycznej (6) źródło (1) wiązki świetlnej, zespół optyczny (2) i zespół fotoreceptorowy (5), i prowadzi się wiązkę świetlną od źródła (1) wiązki świetlnej poprzez zespół optyczny (2) tak, aby ogniskować wiązkę świetlna do przewężenia na osi optycznej (6) w obszarze pomiędzy zespołem optycznym (5) a rejonem lokalizacji (3) obiektu mierzonego (4) i przemieszcza się obiekt mierzony (4) przez rejon lokalizacji (3) obiektu mierzonego (4) zasadniczo prostopadle do wiązki świetlnej tak, aby obiekt mierzony (4) całym swym obrysem przemieścił się przez szerokość wiązki świetlnej, i w trybie zasadniczo ciągłym odbiera się sygnał optyczny za pomocą zespołu fotoreceptorowego (5), i rejestruje się co najmniej pary danych zawierające współrzędna położenia obiektu mierzonego (4), w trakcie przemieszczania, oraz poziom natężenia sygnału optycznego synchronicznie w kolejnych punktach czasowych uzyskując zbiór danych dyfrakcyjnych, na podstawie których wyznacza się dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu.

PL 224 191 B1

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wiązkę świetlną prowadzoną przez zespół optyczny (2) ogniskuje się do uzyskania przewężenia wiązki świetlnej w odległości 10-20 mm od punktu przecięcia osi optycznej (6) i drogi (7) ruchu obiektu mierzonego (4).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dla zbioru danych dyfrakcyjnych określa się pierwszy szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego (Amax) i drugi szczytowy poziom natężenia sygnału optycznego (Bmax), raz określa się poziom tła (T) natężenia sygnału optycznego, i wyznacza się połówkowe wartości (A_1/2, B_1/2) poziomów natężenia sygnału optycznego i pierwszego i drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego (A_max, B_max) pomniejszone o poziom

AB tła (T) a następne wyznacza się współrzędne położenia ( X_1/2, X_1/2) odpowiadające połówkowym wartościom (A_1/2, B_1/2) poziomów natężenia sygnału optycznego, i wyznacza się wstępny wynik pomiarowy jako wymiar liniowy odpowiadający przemieszczeniu obiektu (4) od położenia o współrzędnej

AB ( X_1/2) do położenia o współrzędnej ( X_1/2) który to wstępny wynik przelicza się na dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu z wykorzystaniem zbioru danych kalibracyjnych.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że po wyznaczeniu współrzędnych położenia

AB (X_1/2, X_1/2) odpowiadających połówkowym wartościom fA_1/2, B_1/2) poziomów natężenia sygnału optycznego, określa się pierwszy przedział domknięty w bezpośrednim sąsiedztwie współrzędnej poAB łożenia ( X_1/2,) i drugi przedział domknięty w bezpośrednim sąsiedztwie współrzędnej położenia ( X_1/2) który to pierwszy i drugi przedział zawiera jako środkowa wartość współrzędnej położenia, odpowiedAB nio ( X_1/2, X_1/2), wyznacza się pierwszą aproksymację liniową poziomów natężenia sygnału optycznego odpowiadających wartościom współrzędnych położenia pierwszego przedziału i drugą aproksymacje liniową poziomów natężenia sygnału optycznego odpowiadających wartościom współrzędnych położenia drugiego przedziału, a następnie wyznacza się średnią arytmetyczną poziomu natężenia sygnału optycznego według pierwszej aproksymacji i odpowiadającą tej średniej wartość współrzędnej położenia (^AX_1/2<_S)) oraz wyznacza się średnią arytmetyczną poziomu natężenia sygnału optycznego _B według drugiej aproksymacji i odpowiadającą lej średniej wartość współrzędnej położenia ( X_1/2(s)) i wyznacza się korygowany wynik pomiarowy jako wymiar liniowy odpowiadający odcinkowi przemieszczenia obiektu od położenia o współrzędnej (^AX1/2<S)) do położenia o współrzędnej (^AX1/2<_S)), który to korygowany wynik przelicza się na dokładną wartość wymiaru liniowego obiektu z wykorzystaniem zbioru danych kalibracyjnych.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że pierwszy przedział domknięty obejmuje zakres wartości w przybliżeniu ±0,5 pin względem wartości współrzędnej położenia (^AX1/2<S)), i drugi przedział domknięty obejmuje zakres, wartości w przybliżeniu ±0,5 μm względem wartości współrzędnej położenia (^AX1/2<_S)).

6. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że po przeliczeniu wstępnego albo korygowanego wyniku na dokładną wartość wymiaru liniowego - obiektu mierzonego (4), wprowadza się poprawkę temperaturową.

7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jeśli wartość pierwszego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego (A_max) i wartość drugiego szczytowego poziomu natężenia sygnału optycznego (Bmax) różnią się o wielkość przekraczającą wartość dopuszczalną (C), koryguje się współosiowość źródła (1) zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej i zespołu fotoreceptorowego (5), i ponownie przeprowadza się wyznaczanie wartości wymiaru liniowego obiektu mierzonego (4).

8. Sposób według zastrz. 1-4, znamienny tym, że współrzędne położenia obiektu mierzonego (4) w kolejnych punktach czasowych określa się za pomocą interferometru.

9. Sposób według zastrz. 1-4, znamienny tym, że przemieszczanie się obiektu mierzonego (4) przez rejon lokalizacji (3) obiektu mierzonego (4), zasadniczo prostopadle do wiązki świetlnej, zapewnia zespół transportu (8) mający silnik krokowy i przekładnie, a współrzędne położenia obiektu mierzonego (4) w kolejnych punktach czasowych określa się na podstawie liczby kroków silnika krokowego i stosunku przełożenia przekładni.

10. Sposób według zastrz. 1-3, znamienny tym, że źródłem (1) zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności jest urządzenie laserowe wybrane z grupy obejmującej jednomodowe urządzenia laserowe i wielomodowe urządzenia laserowe przystosowane do funkcjonowania w trybie jednomodowym, korzystnie emitujące wiązkę światła w zakresie 380-780 nm, bardziej korzystnie w zakresie 600-700 nm.

11. Optyczne urządzenie do wyznaczania wymiaru liniowego obiektu, zawierające źródło zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności, zespół optyczny do przyjmowania wyemitowanej wiązki świetlnej i modyfikowania tej wiązki przed przejściem przez rejon lokalizacji

PL 224 191 B1 obiektu mierzonego oraz zespół fotoreceptorowy do wykrywania wiązki świetlnej po przejściu przez rejon lokalizacji obiektu mierzonego, znamienne tym, że źródło (1) wiązki świetlnej, zespół optyczny (2) i zespół fotoreceptorowy (5) lezą na zasadniczo wspólnej osi optycznej (6). przy czym zespół optyczny (2) generuje na wyjściu wiązkę świetlną ogniskowaną na osi optycznej (6) do przewężenia w obszarze pomiędzy zespołem optycznym (2) a rejonem lokalizacji (3) obiektu mierzonego (4), a ponadto urządzenie zawiera zespół transportu (8) obiektu mierzonego (4) przez rejon lokalizacji (3) obiektu mierzonego (4), który to zespół transportu (8) zapewnia przemieszczanie się obiektu mierzonego (4) zasadniczo prostopadle do wymienionej osi optycznej (6), przy czym zespół transportu (8) i zespół fotoreceptorowy (5) są sprzężone z co najmniej jednym urządzeniem sterująco-rejestrującym (9) zawierającym co najmniej pamięć, do zsynchronizowanej w czasie rejestracji co najmniej jednej pary danych zawierającej współrzędną położenia obiektu mierzonego (4) w trakcie przemieszczania i poziom natężenia sygnału optycznego.

12. Optyczne urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że zespół fotoreceptorowy (5) jest sprzężony z interfejsem (10) zespołu fotoreceptorowego (5) zawartym w urządzeniu sterująco-rejestrującym (9).

13. Optyczne urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że zespół transportu (8) obiektu mierzonego (4) jest sprzężony z interfejsem (11) pozycjonowania obiektu mierzonego (4), zawartym w urządzeniu sterująco-rejestrującym (9).

14. Optyczne urządzenie według zaostrz. 11, znamienne tym, że zespół transportu (8) obiektu mierzonego (4) zawiera silnik sprzężony z zespołem przekładniowym.

15. Optyczne urządzenie według zaostrz. 11, znamienne tym, że zespół transportu (8) obiektu mierzonego (4) jest sprzężony z interferometrem kontrolującym współrzędną położenia obiektu mierzonego (4),l w trakcie przemieszczania obiektu mierzonego (4) wzdłuż drogi (7) ruchu zasadniczo prostopadłej do osi optycznej (6).

16. Optyczne urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że zespół optyczny (2) zawiera soczewki (S₁, S₂, S₃) skupiające o ogniskowych odpowiednio (f₁, f₂, f₂), przy czym pierwsza soczewka (S₁) znajduje się najbliżej źródła (1) zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej, dalej znajduje się druga soczewka (S₂) w odległości od pierwszej soczewki (S₁) zasadniczo odpowiadającej sumie ogniskowych (f₁, f₂) soczewki pierwszej i drugiej (S₁,S₂), a następnie jest umieszczona trzecia soczewka (S₃) wysyłająca wiązkę świetlną ogniskowaną na osi optycznej (6), która to wiązka świetlna wykazuje maksymalne przewężenie za trzecią soczewką (S₁) w odległości od trzeciej soczewki (S₃) odpowiadającej ogniskowej (f₁) trzeciej soczewki (S₃).

17. Optyczne urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że soczewki są zestawione tak, aby przewężenie wiązki świetlnej występowało w odległości 10-20 min od punktu przecięcia osi optycznej (6) i drogi (7) ruchu obiektu mierzonego (4).

18. Optyczne urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że zespół optyczny (2) jest wyposażony w przysłonę (P) umieszczoną za trzecią soczewką (S₃).

19. Optyczne urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że źródłem (1) zasadniczo monochromatycznej wiązki świetlnej o małej rozbieżności jest urządzenie laserowe wybrane z grupy obejmującej jednomodowe urządzenia laserowe i wielomodowe urządzenia laserowe przystosowane do funkcjonowania w trybie jednomodowym, korzystnie emitujące wiązkę światła w zakresie 380-780 nm, bardziej korzystnie w zakresie 600-700 nm.

20. Optyczne urządzenie według zastrz. 11-13, znamienne tym, że w urządzeniu sterująco-rejestrującym (9), interfejs (11) pozycjonowania obiektu mierzonego (4) i interfejs (10) zespołu fotoreceptorowego (5) są niezależnie sprzężone z zespołem sterownikowym (12) do automatycznego sterowania zespołem transportu (8) i rejestrowania danych położenia obiektu mierzonego (4) synchronicznie wraz z danymi poziomu natężenia sygnału świetlnego wykrywanego przez zespół fotoreceptorowy (5).

21. Optyczne urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że urządzenie sterująco-rejestrujące (9) jest sprzężone z zespołem wyświetlacza i drukarką.