SU1522029A1 - Method and apparatus for measuring thickness of walls olf trasparentt tubes - Google Patents

Method and apparatus for measuring thickness of walls olf trasparentt tubes Download PDF

Info

Publication number
SU1522029A1
SU1522029A1 SU884384469A SU4384469A SU1522029A1 SU 1522029 A1 SU1522029 A1 SU 1522029A1 SU 884384469 A SU884384469 A SU 884384469A SU 4384469 A SU4384469 A SU 4384469A SU 1522029 A1 SU1522029 A1 SU 1522029A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
plane
axis
pipe
image transfer
optical
Prior art date
Application number
SU884384469A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Евсеенко
Евгений Гурьянович Попов
Софья Львовна Медник
Original Assignee
Предприятие П/Я М-5532
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я М-5532 filed Critical Предприятие П/Я М-5532
Priority to SU884384469A priority Critical patent/SU1522029A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1522029A1 publication Critical patent/SU1522029A1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  толщины стенки труб. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений за счет устранени  вли ни  смещени  трубы относительно оптической системы. Дл  этого от источника 1 трубы направл ют на поверхность 6 пучок излучени  в виде узкой полосы. Оптической системой 2 стро т в плоскости фотоприемника 5 изображени  световых пучков, отраженных от наружной и внутренней поверхностей трубы 6. Посредством коллиматора и пространственного фильтра 4 отраженные пучки ограничивают до параксиальных. 2 с.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.The invention relates to measuring technique and can be used to measure the wall thickness of pipes. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy by eliminating the effect of pipe displacement relative to the optical system. For this purpose, a beam of radiation is directed to the surface 6 in the form of a narrow strip from the source 1 of the pipe. The optical system 2 builds in the plane of the photodetector 5 images of light beams reflected from the outer and inner surfaces of the tube 6. By means of a collimator and spatial filter 4, the reflected beams are limited to paraxial ones. 2 sec. f-ly, 1 zp f-ly, 3 ill.

Description

СП К9 ЮSP K9 Yu

ОABOUT

соwith

//

ffff

Изобретение относитс  к контроль- но Измерительнрй технике, а именно к оптико-электронным измерительньв : приборам, и может быть использовано дл  измерени  толщины стенки труб из стекла, кварца или прозрачной пластмассы .The invention relates to a control measuring technique, namely, an optoelectronic measuring device, and can be used to measure the wall thickness of glass, quartz, or transparent plastic pipes.

Цель изобретени  - повышение точности измерений за счет, устранени  вли ни  смещени  контролируемой трубы и ее переноса относительно оптической системы.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by eliminating the effect of displacement of the test tube and its transfer relative to the optical system.

На фиг. 1 показано устройство, обпщй вид; на фиг. 2 - разрез А-А на |иг. 1 j на фиг. 3 -«разрез Б-Б на фиг. 1.FIG. 1 shows the device, overall view; in fig. 2 - section A-A on | u. 1 j in FIG. 3 - “section BB in FIG. one.

Устройство содержит источник .1 направленного пучка излучени , оптическую систему 2 переноса изображе- ни  (цилиндрическую линзу), цилиндрический объектив 3, пространственны фильтр (щелевую диафрагму) 4 и сканирующий фотоприемник 5 (линейку фотодиодов , в которой совмещены функции узла сканировани  и фотоприемника). Оптические оси источника 1 излучени  и оптической системы 2 расположены в плоскости XOY, образованной осью трубы и осью освещающего пучка под .углом 2о/ друг к другу. Между источником 1 излучени  и оптической сие-. темой 2 переноса изображени  в точке пересечени  их оптических осей щена стенка контролируемой трубы 6.The device contains a source .1 of a directional radiation beam, an image transfer optical system 2 (a cylindrical lens), a cylindrical lens 3, a spatial filter (slit diaphragm) 4 and a scanning photodetector 5 (a line of photodiodes in which the functions of the scanning unit and the photodetector are combined). The optical axes of the radiation source 1 and the optical system 2 are located in the XOY plane formed by the axis of the tube and the axis of the illuminating beam under the angle 2o / to each other. Between the radiation source 1 and the optical signal. Subject 2 of the image transfer at the point of intersection of their optical axes of the wall of the test tube 6.

Способ осуществл етс ; следующим образом.The method is carried out; in the following way.

Контролируемую трубу ;6 устанавливают между источником 1 излучени  и оптической системой 2 переноса изоб- ражени . От источника 1 излучени  на поверхность трубы 6 направл ют пучок излучени  в виде узко и светово полосы, перпендикул рной к плоскости XOY, Большую ось сечени  освещающе- го пучка, располо юнную перпендикул рно оси трубы, выбирают равной, например , диаметру трубы (зависит от диапазона колебаний трубы при измерении ) . Оптическа  система 2 строит в плоскости 5)отоприемника 5 изображение двух световых пучков, отраженных от наружной и внутренней поверхностей стенки трубы. Цилиндрическа  оптическа  система 2 расположена так, что радиусы кривизны ее преломл ющих поверхностей лежат в плоскости XOY, а сама она работает как система переноса изображени . Отраженные от стенA controllable tube; 6 is installed between the radiation source 1 and the image transfer optical system 2. From the radiation source 1, a beam of radiation in the form of a narrow and light stripe perpendicular to the XOY plane is directed to the surface of the pipe 6. oscillation range of the tube during measurement). The optical system 2 builds in the plane 5) of the receiver 5 an image of two light beams reflected from the outer and inner surfaces of the pipe wall. The cylindrical optical system 2 is positioned so that the radii of curvature of its refracting surfaces lie in the XOY plane, and it itself works as an image transfer system. Reflected from the walls

o o

s s

0 5 о 0 5 o

Q п Q p

5five

ки трубы пучки излт чени  ограничивают по апертуре при помощи коллиматора , состо щего из объектива 3 и пространственного фильтра 4. В плоскости изображени  сканируют фотоприемником 5 изображени  отраженных пучков и преобразуют их в электрические сигналы (последовательность двух коротких импульсов), по которым определ ют толщину стенки трубы. Временной интервал между импульсами пропорционален толщине стенки трубы.Beam tubes are limited by aperture using a collimator consisting of lens 3 and spatial filter 4. In the image plane, the photoreceiver 5 scans the images of reflected beams and transforms them into electrical signals (a sequence of two short pulses), which determine the wall thickness pipes. The time interval between pulses is proportional to the wall thickness of the pipe.

Цилиндрический объектив 3 расположен таким образом, что его оптическа  ось совпадает с осью оптической системы 2, а радиусы кривизны преломл ющих поверхностей лежат в плоскости , перпендикул рной к плоскости XOY. При этом в плоскости XOY объектив 3 работает как плоскопараллельна  пластина, котора  практически не измен ет параметры системы переноса изображени  и величину эквивалентного фокусного рассто ни  оптической системы. В задней фокальной плоскости объектива 3 расположен пространственный фильтр 4, имеющий форму щелевой диафрагмы, длинна  сторона которой параллельна плоскости XOY, В плоскости, перпендикул рной к плоскости XOY, объектив 3 совместно с диафрагмой 4 работает как коллиматор, а оптическа  система. 2 - как плоско- параллельна  пластинка, котора  практически не измен ет эквивалентное фокусное рассто ние коллиматора. При этом объектив 3 собирает на щели пространственного фильтра 4 только световые лучи, отраженные от определенных участков трубы, в данном случае - от ее вершины (точка В), которые распростран ютс  параллельно оптической оси объектива. Лучи, отраженные от соседних участков трубы под другими углами к оптической оси (ц| 0), экранируютс  пространственным фильтром 4 и не достигают фотоприемника 5. Благодар  такой схеме при смещени х трубы относительно оптической .системы на величину Л на фотоприемник всегда попадают лучи, отраженные от одних и тех же участков трубы, в данном случае от ее вершины (точка В). При этом рассто ние между изображени ми световых лучей, отраженных от наружной и внутренней поверхностей стенки трубы, остаетс  неизменным, а значит не измен етс The cylindrical lens 3 is positioned in such a way that its optical axis coincides with the axis of the optical system 2, and the radii of curvature of the refractive surfaces lie in a plane perpendicular to the XOY plane. In the XOY plane, the lens 3 operates as a plane-parallel plate, which practically does not change the parameters of the image transfer system and the magnitude of the equivalent focal length of the optical system. A spatial filter 4 is located in the rear focal plane of the lens 3, which has the shape of a slit diaphragm, the long side of which is parallel to the XOY plane. 2 - as a plane-parallel plate, which practically does not change the equivalent focal length of the collimator. In this case, the lens 3 collects on the slits of the spatial filter 4 only the light rays reflected from certain sections of the tube, in this case from its top (point B), which propagate parallel to the optical axis of the lens. Rays reflected from adjacent pipe sections at different angles to the optical axis (q | 0) are shielded by spatial filter 4 and do not reach the photodetector 5. Due to this scheme, when the pipe is displaced relative to the optical system by an amount L, from the same sections of the pipe, in this case from its top (point B). In this case, the distance between the images of the light rays reflected from the outer and inner surfaces of the pipe wall remains unchanged, and therefore does not change.

и результат измерени  толщины стенки трубы.and the result of measuring the wall thickness of the pipe.

Рассто ние t между ос ми световых пучков в плоскости фотоприемника 5 св зано с толщиной стенки трубы и углом падени  освещающего зависимостью: The distance t between the axes of the light beams in the plane of the photodetector 5 is related to the thickness of the pipe wall and the angle of incidence illuminating the dependence:

t 2.S-V -coso tg/3,t 2.S-V -coso tg / 3,

где S толщина стенки трубы}where S pipe wall thickness}

V - коэффициент увеличени  оптической системы;V is the magnification factor of the optical system;

, /sini v р, - arcs in С) - угол между, / sini v p, - arcs in C) - the angle between

направлением распространени  переломленного луча и плоскостью поперечного сечени  трубы the direction of propagation of the fractured beam and the plane of the cross section of the pipe

п - показатель преломлени  материала трубы.n is the refractive index of the pipe material.

Величина t достигает максимального значени  при угле падени  с о „т Вблизи этого угла рассто ние t между ос ми регистрируемых световых пучков достигает максимального значени , а его частна  производна  равна нулюThe value of t reaches the maximum value at the angle of incidence with a0. Near this angle, the distance t between the axes of the recorded light beams reaches the maximum value, and its partial derivative is zero.

jt Qdjt Qd

0.0

Следовательно, вблизи угла о/опт достигаетс  максимальна  чувствительность устройства к изменению толщины стенки и минимальна  чувствительность к наклону трубы относительно оптической схемы. Оптимальный угол падени   вл етс  корнем этого уравнени , которое после дифференцировани  и тождественных преобразований принимает вид:Consequently, near the angle o / opt the maximum sensitivity of the device to changes in wall thickness is achieved and the sensitivity to the inclination of the tube relative to the optical circuit is minimal. The optimal angle of incidence is the root of this equation, which after differentiation and identical transformations takes the form:

1one

Vni - - sinV) ОVni - - sinV) O

Согласно предлагаемому способу величина угла t/ выбрана равной корню уравнени  (1). Благодар  этому устройство имеет минимально возможную чувствительность к наклону трубы относительно оптической схемы, что повышает точность измерени  толщины стенки трубы при колебани х и наклонах трубы.According to the proposed method, the angle t / is chosen equal to the root of equation (1). Due to this, the device has the lowest possible sensitivity to the inclination of the tube relative to the optical circuit, which improves the accuracy of measuring the wall thickness of the tube during oscillations and inclinations of the tube.

В устройстве система переноса изображени  может быть выполнена изIn the device, the image transfer system can be made of

двух сферических линз. Цилиндрический объектив 3, расположенный между этими линзами, работает в плоскости XOY как плоскопараллельна  пластинкаj котора  не измен ет эквивалентного фокусного рассто ни  системы переноса изображени . Роль коллиматора в плоскости , перпендикул рной к плоскости XOY, выполн ют сферические и цилиндрические линзы и пространственный .фильтр 4, расположенный в их эквивалентной фокальной плоскости F .two spherical lenses. A cylindrical lens 3 located between these lenses operates in the XOY plane as a plane-parallel plate that does not change the equivalent focal length of the image transfer system. The role of the collimator in the plane perpendicular to the XOY plane is performed by spherical and cylindrical lenses and a spatial filter 4 located in their equivalent focal plane F.

Аберрационный расчет оптической схемы -.устройства показал, что система переноса изображени  обладает наименьшими полевыми аберращ1. ми, а значит и более высокой точностью передачи изображени  в том случае, если она выполнена с однократным увеличением по симметричной схеме с телецентрическим ходом лучей. В такай схеме полевые аберрации первой с.фери- ческой линзы кокшенсируютс  равными по величине и обратными по знаку аберраци-  ми второй линзы,что обеспечивает при смещени х стенки трубы относительно оп- тичееКой схемы неизменное рассто ниеThe aberration calculation of the optical circuit of the device showed that the image transfer system has the smallest field aberration 1. MI, and therefore a higher accuracy of image transmission in the event that it is made with a single increase in a symmetric scheme with telecentric ray path. In such a scheme, the field aberrations of the first spherical lens are co-sensitized by the equal and reverse aberrations of the second lens, which ensures a constant distance of the tube with respect to the optical circuit

между изображени м отраженных лучей .between the images of the reflected rays.

ь s

3535

4040

4545

5050

Claims (3)

Формула изобретени Invention Formula 1, Способ измерени  толщины стенки прозрачных труб, заключающийс  в том, что направл ют пучок излvчeни  на измер емую трубу под углом 0° х 90 к плоскости ее поперечного сечени , формируют изображени  двух пучков, отраженных от наружной к внутренней поверхностей стен ки трубы в плоскости фотоприемного устройства, сканируют полученные изображени.ч и преобразуют их в электрические сигналы, по которым определ ют толщину стенки трубы, о т л и ч а ю ct и и с   тем, что, с целью повышени  точности из- мерений, ограничивают отраженные пучки излучени  по апертуре до параксиальных пучков в направлении, перпендикул рном плоскости, образованной осью трубы и осью освещающего пучка, а угол определ ют из уравнени 1, A method for measuring the wall thickness of transparent pipes, which means sending a beam of radiation to the pipe to be measured at an angle of 0 ° x 90 to the plane of its cross section, forms images of two beams reflected from the outer wall of the pipe in the plane photodetectors, scan the received images. h and convert them into electrical signals, which determine the thickness of the pipe wall, and with the fact that, in order to improve the measurement accuracy, the reflected beams are limited Over the aperture to the paraxial beams in the direction perpendicular to the plane formed by the axis of the tube and the axis of the illuminating beam, and the angle is determined from the equation 1one Vn - sinVVn - sinV (t cos «cos " г g sin о(sin o ( - ) О,- ) ABOUT, где п - показатель преломлени  материала .трубы.where n is the refractive index of the material of the pipe. 2. Устройство дл  измерени  толщины стенки прозрачных труб, содер- жащее источник излучени , систему формировани  освещающего пучка, оптическую систему переноса изображени  и сканирукнций фотоприемник, расположенные так, что ось оптической сие- темы переноса изображени  расположена под углом к оси системы формировани  освещающего пучка, причем угол У лежит в интервале 0 о( 90 а фотоириемник расположен в плоское- ти изображени  оптической системы, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено коллиматором, расположенным между оптической системой переноса изобра- жени  и фотоприемником и выполненным в виде последовательно установленных объектива и пространственного фильт- 2. A device for measuring the wall thickness of transparent tubes, comprising a radiation source, an illumination beam forming system, an optical image transfer system and a scanning receiver, arranged so that the axis of the optical image transfer system is at an angle to the axis of the illumination beam forming system, moreover, the angle Y lies in the range of 0 ° (90 a photo-receiver is located in the image plane of the optical system, characterized in that, in order to improve the accuracy, it is equipped with a collimator, located m between optical transfer system izobra- voltage and photodetector and configured as a series arrangement of the lens and the spatial filtered /7о BepxHocnf mptjSt/ 7о BepxHocnf mptjSt ра, объектив выполнен из сферических или цилиндрических линз и ориентирован так, что радиусы кривизны линз расположены в плоскости, перпендикул рной плоскости, образованной осью системы формировани  освещающего пучка и осью оптической системы переноса изображени , а пространственный фильтр установлен в эквивалентной фокальной плоскости объектива и оптической систеьб) переноса изображени , совмещенной с плоскостью, фотоприемника .The lens is made of spherical or cylindrical lenses and is oriented so that the radii of curvature of the lenses are located in a plane perpendicular to the plane formed by the axis of the illumination beam forming system and the axis of the optical image transfer system, and the spatial filter is installed in the equivalent focal plane of the lens and optical system a) image transfer, aligned with the plane, of the photodetector. 3. Устройство по п. 2, отличающеес  тем, что оптическа  система переноса изображени  вьшол- нена по симметричной схеме с однократным увеличением и телецентрическим ходом лучей как в пространстве предметов, так и в пространстве изображений .3. A device according to claim 2, characterized in that the optical image transfer system is implemented in a symmetrical pattern with a single magnification and telecentric ray path both in the space of objects and in the space of images. г,зg, h
SU884384469A 1988-02-25 1988-02-25 Method and apparatus for measuring thickness of walls olf trasparentt tubes SU1522029A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884384469A SU1522029A1 (en) 1988-02-25 1988-02-25 Method and apparatus for measuring thickness of walls olf trasparentt tubes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884384469A SU1522029A1 (en) 1988-02-25 1988-02-25 Method and apparatus for measuring thickness of walls olf trasparentt tubes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1522029A1 true SU1522029A1 (en) 1989-11-15

Family

ID=21358075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884384469A SU1522029A1 (en) 1988-02-25 1988-02-25 Method and apparatus for measuring thickness of walls olf trasparentt tubes

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1522029A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент DE 3503086, кл. G 01 В 11/06. 1986. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100660952B1 (en) Laser scanner measurement system
US4660980A (en) Apparatus for measuring thickness of object transparent to light utilizing interferometric method
CN113015882A (en) Measuring head for determining the position of at least one object
US5636027A (en) Apparatus for making contactless measurements of the thickness of an object made of transparent material
CN110836642A (en) Color triangular displacement sensor based on triangulation method and measuring method thereof
EP0110937A1 (en) Apparatus for measuring the dimensions of cylindrical objects by means of a scanning laser beam.
US4341473A (en) Measuring head in or for a densitometer
JPH0345322B2 (en)
SU1522029A1 (en) Method and apparatus for measuring thickness of walls olf trasparentt tubes
US5355209A (en) Device for measuring the diameter of an object that is largely cylindrical, for example an optical fiber, without contact
US20080130014A1 (en) Displacement Measurement Sensor Using the Confocal Principle with an Optical Fiber
US3832063A (en) Lens axis detection using an interferometer
JPS63173940A (en) Optical type defect detector
SU836518A1 (en) Method of measuring geometrical parameters of glass pipes or fiber glass during drawing
SU1516795A1 (en) Apparatus for measuring displacement of object
SU1268950A1 (en) Level indicator
SU1379610A1 (en) Spherometer
JPH01304339A (en) Instrument for measuring angle of refraction
SU1430742A1 (en) Optronic device for measuring angle of twist of object
SU937982A2 (en) Measuring module head
SU1620832A1 (en) Optical device for measuring roughness of surface
SU1597532A1 (en) Device for checking diameter of translucent fibers
SU754203A1 (en) Photoelectric device for measuring angular turns
RU2006792C1 (en) Device for measurement of radius of curvature of surface of part
SU1670410A1 (en) Device for measuring distance to reflecting surface