RU1779920C

RU1779920C - Method for checking diameter of filamentary articles

Info

Publication number: RU1779920C
Application number: SU904896651A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Ларин; Вячеслав Иванович Нестеров
Priority date: 1990-12-26
Filing date: 1990-12-26
Publication date: 1992-12-07

Description

11

(21)4896651/28 (22)26.12.90 (46)07.12.92. Бюл. №15(21) 4896651/28 (22) 12/26/90 (46) 12/07/92. Bull. Number 15

(71)Научно-производственное объединение Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт(71) Research and Production Association All-Union Research, Design and Technological Institute

(72)Е.Н.Ларин и В.И.Нестеров(72) E.N. Larin and V.I. Nesterov

(56)Авторское свидетельство СССР N 1052858, кл.О 01 В 11/08, 1984.(56) Copyright certificate of the USSR N 1052858, class O 01 B 11/08, 1984.

Авторское свидетельство СССР №1117918. кл. G 01 В 11/08, 1984.USSR copyright certificate No. 1117918. class G 01 B 11/08, 1984.

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА НИТЕВИДНЫХ ИЗДЕЛИЙ(54) METHOD FOR MONITORING THE DIAMETER OF THREAD PRODUCTS

(57)Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени оптического волокна в процессе его производства. Цель изобретени - повышение точности контрол диаметра(57) The invention relates to measuring technique and can be used to measure optical fiber during its production. The purpose of the invention is to improve the accuracy of diameter control

нитевидных изделий. Согласно способа формируют световой пучок, производ т им сканирование издели с формированием теневого импульса фототока, формируют масштабные импульсы, а о диаметре издели суд т по количеству масштабных импульсов, сформированных втечение теневого импульса. Отличительный признак - формирование масштабных импульсов, сформированных в течение теневого импульса. Отличительный признак - формирование масштабных импульсов осуществл ют путем регистрации электрического сигнала с выхода фотоприемника , вход щего в состав интерферометра Майкельсона, подвижное зеркало которого перемещают со скоростью, пропорциональной скорости сканировани луча, а в качестве источника излучени используют источник когерентного монохроматического излучени . 1 ил.threadlike products. According to the method, a light beam is formed, the product is scanned with the formation of a shadow pulse of the photocurrent, scale pulses are formed, and the diameter of the product is judged by the number of scale pulses generated during the shadow pulse. A distinctive feature is the formation of large-scale pulses formed during the shadow pulse. A distinctive feature is the formation of large-scale pulses by recording an electrical signal from the output of a photodetector, which is part of the Michelson interferometer, the moving mirror of which is moved at a speed proportional to the scanning speed of the beam, and a source of coherent monochromatic radiation is used as a radiation source. 1 ill.

СОWith

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике, в частности может быть использовано при производстве и контроле диаметра проволоки и оптических волокон .The invention relates to a measuring and control technique, in particular, it can be used in the production and control of the diameter of wire and optical fibers.

При контроле диаметра нитевидных изделий известен способ бесконтактного контрол , предусматривающий сканирование издели тонким световым лучом, регистрацию возникающего вследствие сканировани теневого импульса фототока на фотоприемнике и определение диаметра издели по длительности теневого импульса или по моментам возникновени его фронтов.JWhen monitoring the diameter of filamentary products, a contactless control method is known, which involves scanning the product with a thin light beam, detecting the photocurrent resulting from scanning the shadow pulse at the photodetector, and determining the diameter of the product by the duration of the shadow pulse or by the moments of its fronts. J

Измеритель диаметра оптического волокна MSOOt Проспект фирмы Anrltsu (Япони ). Недостатком известного способа вл етс относительно невысока точность контрол , обусловленна , t главным образом, необходимостью пересчета временных характеристик теневого импульса в характеристики линейных перемещений сканирующего луча.Optical fiber diameter meter MSOOt Prospectus from Anrltsu (Japan). A disadvantage of the known method is the relatively low accuracy of the control, caused mainly by the need to recalculate the temporal characteristics of the shadow pulse in the linear motion characteristics of the scanning beam.

Наиболее близким техническим решением вл етс способ контрол диаметра нитевидных изделий, который нар ду со сканированием издели световым пучком и последующей регистрацией импульса фотоvj VI Ю ЮThe closest technical solution is a method for controlling the diameter of filamentary products, which, along with scanning the product with a light beam and subsequent recording of a photographic pulsevj VI Yu Yu

ю оu o

тока предусматривает непрерывное формирование масштабных импульсов, частота следовани которых пропорциональна скорости сканировани луча в плоскости контрол диаметра издели (а.с. № 1117918). О диаметре издели в данном случае суд т по количеству масштабных импульсов, сформированных в течение теневого импульса фототока.of the current provides for the continuous formation of large-scale pulses, the repetition rate of which is proportional to the speed of scanning the beam in the plane of control of the diameter of the product (AS No. 1117918). In this case, the diameter of the article is judged by the number of scale pulses generated during the shadow pulse of the photocurrent.

В отличии от известных способов, такой способ не требует пересчета временных параметров теневого импульса и линейные, однако также не обеспечивает достаточной точности контрол вследствие низкой частоты следовани масштабных импульсов ввиду ограниченной дискретности эпемен- тов дифракционных решеток(используемых дл формировани масштабных импульсов. Целью предложенного способа вл етс повышение точности контрол диаметра нитевидных изделий путем повышени частоты следовани масштабных импульсов при реализации теневого способа контрол со сканированием светового луча.Unlike the known methods, this method does not require recalculation of the time parameters of the shadow pulse and linear, but also does not provide sufficient control accuracy due to the low repetition rate of the scale pulses due to the limited discreteness of the diffraction grating episodes (used to generate scale pulses. The aim of the proposed method is to the accuracy of controlling the diameter of filamentary products is improved by increasing the repetition rate of large-scale pulses during the implementation of the shadow method ba control scanning light beam.

. Поставленна цель достигаетс тем, что в известном способе контрол диаметра нитевидных изделий заключающемс в том, что формируют световой пучок, производ т их сканирование издели с формированием теневого импульса фототока, формируют масштабные импульсы, а о диаметре издели суд т по количеству масштабных импульсов , сформированных в течение теневого импульса.. The goal is achieved in that in the known method for controlling the diameter of the filamentary products, the light beam is formed, the products are scanned with the formation of a shadow photocurrent pulse, scale pulses are generated, and the diameter of the product is judged by the number of scale pulses generated in shadow impulse flow.

Дл формировани масштабных им- пульсов используетс оптическа схема интерферометра Майкельсона, подвижное зеркало которого перемещаетс со скоростью, пропорциональной скорости сканировани луча, а в качестве источника излучени используетс источник когерентного монохроматического излучени . Сопоставительный анализ за вл емого решени с прототипом показывает, что за вл емый способ отличаетс от известного тем, что масштабные импульсы формируютс с помощью интерферометра Майкельсона, источником излучени которого служит источник когерентного монохроматического излучени (например гелий-неоновый ла- зер), а подвижное зеркало перемещаетс синхронно с сканирующим лучом с пропорциональной ему скоростью.To generate scaled pulses, the optical scheme of a Michelson interferometer is used, the moving mirror of which moves at a speed proportional to the scanning speed of the beam, and the source of coherent monochromatic radiation is used as the radiation source. A comparative analysis of the claimed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that scale pulses are generated using a Michelson interferometer, the radiation source of which is a source of coherent monochromatic radiation (for example, a helium-neon laser) and a movable mirror moves synchronously with the scanning beam at a rate proportional to it.

Использование оптической схемы интерферометра Майкельсона в качестве фор- мировател масштабных импульсов в соответствии с за вл емым техническим решением позвол ет существенно повысить чувствительность устройства контрол обеспечива инвариантность его результатов ошосительно погрешностей характеристик сканировани и положени объекта измерени в зоне контрол . Следует отметить, что указанные положительные свойства предлагаемого способа достигаютс при высокой степени монохроматичности источника излучени , поэтому при реализации за вл емого решени целесообразно использовать источник высокой степени монохроматичности , например гелий-неоновый лазер.Using the optical design of the Michelson interferometer as a shaper of scale pulses in accordance with the claimed technical solution allows to significantly increase the sensitivity of the control device by ensuring the invariance of its results regarding the errors in the scanning characteristics and the position of the measurement object in the control zone. It should be noted that these positive properties of the proposed method are achieved with a high degree of monochromaticity of the radiation source, therefore, when implementing the claimed solution, it is advisable to use a source of high degree of monochromaticity, for example a helium-neon laser.

Вычислительна схема реализации за вл емого способа представлена следующими соотношени ми.The computational scheme for implementing the claimed method is represented by the following relations.

Исходным соотношением при реализации теневого способа измерени геометрических размеров при сканировании луча с регистрацией теневого импульса фототока вл етс соотношениеThe initial ratio for the implementation of the shadow method for measuring geometric dimensions when scanning a beam with the registration of the shadow pulse of the photocurrent is the ratio

0)0)

где D - значение контролируемого размера;where D is the value of the controlled size;

г - моменты начала и конца теневого импульса в течение цикла сканировани ;g - moments of the beginning and end of the shadow pulse during the scanning cycle;

V(t) - скорость сканирующего луча в момент t (0 t Т).V (t) is the speed of the scanning beam at time t (0 t T).

Ввиду пропорциональности скорости сканировани и частоты следовани масштабных импульсов соотношение (1) эквивалентно соотношениюDue to the proportionality of the scanning speed and the repetition rate of large-scale pulses, relation (1) is equivalent to

D ( п Т2 )D (n T2)

-J. и 1 2 -J. and 1 2

(2)(2)

где Ki - коэффициент пропорциональности (отношение скорости сканировани луча к скорости перемещени подвижного зеркала интерферометра);where Ki is the coefficient of proportionality (the ratio of the scanning speed of the beam to the speed of movement of the moving mirror of the interferometer);

п( Г1, Г2 ) - количество масштабных импульсов , сформированных в течение теневого импульса (с момента п до момента Г2);p (G1, G2) - the number of scale pulses generated during the shadow pulse (from the moment p to the moment G2);

А- длина волны излучени ;A is the radiation wavelength;

- параметр, определ ющий погрешность измерени . is a parameter defining a measurement error.

Соотношение (2) определ ет максимальное значение погрешности за вл емого способа - Ki Q n и естественным образомRelation (2) determines the maximum value of the error of the claimed method - Ki Q n and in a natural way

обуславливает пути ее снижени . Одним из таких путей вл етс использование высокочастотных источников излучени (дл примера - длина волны гелий-неонового лазера А « 0,63 мкм), другим увеличение частоты следовани импульсов с помощью хорошо известных электронных схем умножени частоты синусоидальных сигналов.determines the ways to reduce it. One of these ways is the use of high-frequency radiation sources (for example, the wavelength of a helium-neon laser A «0.63 µm), and the other is to increase the pulse repetition rate using well-known electronic frequency multiplication sinusoidal signals.

Таким образом, вычислительна схема за вл емого способа сводитс к подсчету количества масштабных импульсов сформированных в течение теневого импульса (с точностью до коэффициента пропорцио- Thus, the computational scheme of the claimed method is reduced to counting the number of scale pulses generated during the shadow pulse (accurate to the ratio of

нальности), При этом сомножитель Ki B (2)), while the factor Ki B (2)

может быть с помощью выбора Ki выдан таким, что подсчитанное количество масштабных импульсов при контроле численно будет равно значению контроли-/ руемого диаметра D в выбранных единицах, например в микронах. Это значительно может упростить техническую реализацию вычислительного блока и процесс юстировки устройства.can be selected by choosing Ki so that the calculated number of scale pulses during the control will be numerically equal to the value of the controlled / controlled diameter D in the selected units, for example, in microns. This can greatly simplify the technical implementation of the computing unit and the process of adjusting the device.

На чертеже изображена оптическа схема одного из вариантов устройства.The drawing shows an optical diagram of one embodiment of the device.

Устройство состоит из плоского зеркала 1, закрепленного, на оозвратно-поступа- тельно перемещающемс сканирующемс элементе (направление перемещени - нормальное плоскост м отражени ), источник 2 монохроматического излучени , зондирующего обьект 3 измерени ; фотоприемник А, полупрозрачных плоских зеркал 5, 6 (неподвижные ), непрозрачные плоские зеркала 7, 8 (неподвижные) фотоприемник 9, формирующего масштабные импульсы.The device consists of a flat mirror 1 mounted on a reciprocating moving scanning element (the direction of movement is normal to the reflection planes), a source 2 of monochromatic radiation probing the measurement object 3; photodetector A, translucent flat mirrors 5, 6 (fixed), opaque flat mirrors 7, 8 (fixed) photodetector 9, forming a large-scale pulses.

Дл технической реализации процесса сканировани может быть использован ска- натор, выполненный в соответствии с а.с. СССР №1521100.For the technical implementation of the scanning process, a scanner made in accordance with A.S. USSR No. 1521100.

Оптические элементы интерферометра Майкельсона (элементы 1, 2, 6, 8, 9 фиг.1) конструктивно могут быть размещены непосредственно в корпусе указанного скана- тора.The optical elements of the Michelson interferometer (elements 1, 2, 6, 8, 9 of FIG. 1) can be structurally placed directly in the housing of the specified scanner.

Устройство работает следующим образом . The device operates as follows.

При подаче возбуждающей частоты на привод сканатора зеркало 1 совершает возвратное поступательное перемещение, обеспечива сканирование лазерным пучком объекта измерени 3 и периодическую генерацию теневого импульса фототока с выхода фотоприемника 4.When the exciting frequency is applied to the scanner drive, the mirror 1 performs a reciprocal translational movement, ensuring that the laser beam scans the measurement object 3 and periodically generates a shadow photocurrent pulse from the output of the photodetector 4.

Часть лазерного излучени , образованна зеркалами 5 и 7. направл етс по нормам к направлению сканировани зеркала 1, где после делени интенсивности зеркалом 6, установленным под углом 45° к направлению сканировани зеркала 1, направл етс на фотоприемник 9 после отражени неподвижным зеркалом в.установ- ленным параллельно направлению перемещени зеркала 1 и подвижным зеркалом 1.Part of the laser radiation formed by mirrors 5 and 7. is directed according to the norms to the scanning direction of mirror 1, where after dividing the intensity by mirror 6, set at an angle of 45 ° to the scanning direction of mirror 1, is sent to the photodetector 9 after reflection by a fixed mirror in the installation. - parallel to the direction of movement of the mirror 1 and the movable mirror 1.

В результате действи эффекта Доплера на выходе фотоприемника 9 возникают импульсы фототока - масштабные импульсы .As a result of the action of the Doppler effect at the output of the photodetector 9, photocurrent pulses occur - scale pulses.

Импульсы с фотоприемников 4 и 9 по- ступают на блок обработки информации, где обрабатываютс в соответствии с соотношением (2) (коэффициент Ki определ етс однозначно выбором угла а).The pulses from photodetectors 4 and 9 arrive at the information processing unit, where they are processed in accordance with relation (2) (the coefficient Ki is determined uniquely by choosing the angle a).

Использование предлагаемого способа нар ду с поставленной целью обеспечивает упрощение его технической реализации, в частности вследствие отказа от жестких требований к параметрам сканировани , а также вследствие упрощени процесса юстировки оптической схемы.Using the proposed method along with the intended purpose simplifies its technical implementation, in particular due to the refusal of strict requirements for scanning parameters, as well as due to the simplification of the alignment of the optical circuit.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и Способ контрол диаметра нитевидных изделий, заключающийс в том, что сканируют изделие световым пучком, регистрируют теневой импульс фототока, одновременно осуществл ют формирование последовательности масштабных импульсов, частота следовани которых пропорциональна скорости сканировани , о диаметре издели суд т по количеству масштабных импульсов, сформированных в течение теневого импульса, отличающийс тем, что, с целью повышени точности, формирование масш-. табных импульсов осуществл ют путем регистрации электрического сигнала с выхода фотоприемника, вход щего в состав интерферометра Майкельсона. подвижное зеркало которого перемещают со скоростью, пропорциональной скорости сканировани , а потоком излучени сканирующего издели вл етс монохроматический когерентный поток.Formula and Method for controlling the diameter of filamentary products, which consists in scanning the product with a light beam, registering a shadow pulse of the photocurrent, simultaneously generating a sequence of scale pulses, the repetition rate of which is proportional to the scanning speed , the diameter of the article is judged by the number of scale pulses generated during the shadow pulse, characterized in that, in order to increase accuracy, the formation of scale. The pulses are carried out by recording an electrical signal from the output of a photodetector, which is part of the Michelson interferometer. whose movable mirror is moved at a speed proportional to the scanning speed, and the monochromatic coherent flux is the radiation flux of the scanning article.