Способ контроля линейных размеров шестигранных световодов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ШЕСТИГРАННЫХ СВЕТОВОДОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(72) Автор Ильин Виктор Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(57) Способ контроля линейных размеров шестигранных световодов, заключающийся в освещении световода первым параллельным световым пучком перпендикулярно продольной оси, регистрации интенсивности светового пучка за световодом и определении размера между противоположными гранями световода по измеренной интенсивности, отличающийся тем, что дополнительно одновременно с первым световым пучком световод освещают вторым и третьим световыми пучками, расположенными под углом 120 к первому пучку и друг другу, при этом формируют узкий протяженный пучок света, проецируют его на одну из граней световода под углом 45 к его продольной оси, формируют увеличенное изображение освещенного участка световода в виде светлой полосы, определяют угол наклона светлой полосы по отношению к углу в 45, с учетом значения которого определяют размер между противоположными гранями световода.(56) Курбатов Е.И. и др. Оптико-механическая промышленность. -5. - 1974. - С. 32-34.2729217 , 1996.0294889 1, 1988. Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля геометрических размеров поперечного сечения шестигранных световодов. Известен способ контроля геометрических параметров шестигранных световодов, по которому контролируемый отрезок световода укладывают одной гранью на установочную базу, выполненную в виде двух ленточных опор, измеряют с помощью фотоэлектрической системы суммарную интенсивность частей светового потока, проходящего над световодом и под ним, которая пропорциональна сумме размеров сечений этих частей, и по измеренной интенсивности определяют размер поперечного сечения световода. Далее перемещают световой поток вдоль неподвижного световода, за исключением концов отрезка световода и его участков, прилегающих к установочной базе. Затем световод поворачивают на другую грань и измерения повторяют. Таким образом, контроль производят последовательно по трем парам граней и в результате определяют расстояния между всеми противоположными гранями шестигранного световода 1. Данный способ имеет большую погрешность измерения вследствие неточности позиционирования световода при его укладке на установочную базу. В этом случае длина базы не превышает половины диаметра световода, что приводит к погрешности измерения расстояния между противоположными гранями световода. Кроме этого, для контроля других пар граней требуется переустановка световода путем последовательного его поворота. Техническая задача, которую позволяет решить предлагаемое изобретение, - повышение точности контроля геометрических параметров поперечного сечения шестигранных световодов при одновременном повышении производительности контроля за счет обеспечения получения дополнительной информации об угловых перекосах световода в процессе перетяжки. Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе контроля линейных размеров шестигранных световодов, заключающемся в освещении световода первым параллельным световым пучком перпендикулярно продольной оси, регистрации интенсивности светового пучка за световодом и определении размера между противоположными гранями световода по измеренной интенсивности, дополнительно одновременно с первым световым пучком световод освещают вторым и третьим световыми пучками, расположенными под углом 120 к первому пучку и друг к другу, при этом формируют узкий протяженный пучок света, проецируют его на одну из граней световода под углом 45 к его продольной оси, формируют увеличенное изображение освещенного участка световода в виде светлой полосы, определяют угол наклона светлой полосы по отношению к углу в 45, с учетом значения которого определяют размер между противоположными гранями световода. В предлагаемом способе контроля исключается методическая погрешность, возникающая вследствие случайного поворота световода (кручения) на измерительной позиции,которая по величине может быть сопоставима или превышать погрешность размера между противоположными гранями, полученной только по измеренной интенсивности, как это осуществлено в прототипе. Способ осуществляют следующей совокупностью операций. Формируют три параллельных световых пучка, расположенных под углом 120 друг к другу, и освещают ими контролируемый световод перпендикулярно его продольной оси. Далее регистрируют интенсивность световых пучков за световодом и по измеренной интенсивности определяют размер между противоположными гранями световода И в виде проекции поперечного сечения световода на линию измерения. Одновременно на контролируемой грани световода 2 5497 1 формируют в виде узкой светлой полосы изображение (проецированием на нее) щели под углом 45 к продольной оси световода с помощью светового пучка, расположенного в плоскости, перпендикулярной освещающему параллельному световому пучку. Далее получают увеличенное изображение светлой полосы с поверхности грани в плоскости изображения объектива, оптическая ось которого составляет с осью проецирования щели угол 90, а биссектриса этого угла совпадает с нормалью к контролируемой грани. После чего измеряют уголнаклона светлой полосы по отношению к углу в 45, по значению которого вычисляют уголтекущего поворота поперечного сечения световода вокруг продольной оси на измерительной позиции, а по значению углавычисляют поправкуувеличения размера И проекции поперечного сечения световода на линию измерения и вычисляют действительный размерпутем вычитания поправкииз размера И. Размер И проекции поперечного сечения световода на линию измерения будет колебаться в зависимости от случайного поворота на уголпоперечного сечения световода на измерительной позиции в процессе его вытяжки (погрешность динамического базирования). Размер И будет отличаться оти в случае наличия начального отклонения направления оси измерительного канала по отношению к поперечному сечению шестигранного световода (погрешность статического базирования). При наличии погрешности базирования размер И будет увеличен на 3 (1),где- радиус описанной окружности. В свою очередь уголфункционально связан с измеряемым по дополнительному каналу угломнаклона светлой полосы(1 / (122 ) ) . Оценим величину методической погрешности расчетным путем, возникающую при случайном повороте поперечного сечения световода относительно линии измерения в пределах 0,55. Абсолютнаяи относительная / погрешности при 1 мм и 3 соответственно составят при 308,7 мкм, /0,3 , при 117,2 мкм и 1 , при 2- 33,8 мкм и 1,96 , при 3- 50 мкм и 2,8 , при 580,6 мкм и 4,7 . На фиг. 1 и 2 представлено устройство для осуществления предлагаемого способа. На фиг. 1 изображены 1, 2, 3 - соответственно первый, второй и третий светоизлучатели, 4, 5, 6 - соответственно первый, второй и третий коллиматоры, 7 - контролируемый световод, 8, 9, 10 - соответственно первая, вторая и третья диафрагмы, 11, 12, 13 - соответственно первая, вторая и третья линзы, 14, 15, 16 - соответственно первый, второй и третий фотоприемники, 17, 18, 19 - соответственно первый, второй и третий усилители, 20 блок обработки измерительной информации, 21 - устройство отображения измерительной информации, 22 - светоделительная пластина, 23 - плоскость изображения объектива наблюдательного микроскопа, 24 - окуляр наблюдательного микроскопа. На фиг. 2 (разрез фиг. 1 по АОБ) изображены 25 - источник света, 26 - конденсор, 27 щель, 28, 29 - соответственно объективы проектирующего и наблюдательного микроскопов, 30 - узкая светлая полоса (изображение щели на грани световода) в плоскости изображения объектива наблюдательного микроскопа, 31 - плоскость изображения объектива 29 в пространстве считывания положения светлой полосы, 32 - узкая светлая полоса в пространстве считывания изображения, 33 - модулятор, 34 - первая щель модулятора, 35 вторая щель модулятора, 36 - привод модулятора, 37, 38 - соответственно четвертый и пятый фотоприемники, 39, 40 - соответственно четвертый и пятый усилители. Кроме того,на фиг. 2 обозначены- угол наклона светлой полосы,- угол текущего поворота поперечного сечения световода вокруг его продольной оси на измерительной позиции,- расстояние между первой и второй щелями модулятора,- перепад по высоте изображения 5497 1 светлой полосы на расстоянии ,- угловая скорость модулятора, М 1 и 2 - соответственно радиусы, на которых расположены первая и вторая щели модулятора. Способ реализован следующим образом. Лучи от светоизлучателей 1, 2 и 3 в каждом из трех измерительных каналов с помощью коллиматоров 4, 5 и 6 преобразуют в параллельные световые пучки и направляют на контролируемый световод 7 перпендикулярно его продольной оси и параллельно его противоположным граням. Суммарный световой поток, прошедший над противоположными гранями, ограничивается соответственно диафрагмами 8, 9 и 10. С помощью линз 11, 12 и 13 прошедшие через диафрагмы пучки фокусируются на фотоприемники 14, 15 и 16, в которых происходит фотоэлектрическое преобразование измерительных сигналов. При минимальном значении размера поперечного сечения через диафрагмы проходят световые пучки максимальной интенсивности и, соответственно, вырабатывается максимальный импульс фототока. Усиленные усилителями 17, 18 и 19 импульсы фототока поступают в блок 20 обработки измерительной информации, в котором после соответствующего вычисления, с учетом информации с дополнительного канала о величине угла , определяется действительный размермежду противоположными гранями световода и выдается на устройство 21 отображения измерительной информации. Дополнительный канал включает в себя элементы 2240 и предназначен для формирования на контролируемой грани световода узкой светлой полосы и измерения угла ее наклона, который свидетельствует о случайном повороте поперечного сечения световода вокруг продольной оси в момент измерения. В дополнительном канале свет от источника света 25 через конденсор 26 освещает щель 27, которая с помощью объектива 28 проецируется на грань контролируемого световода 7. С помощью объектива 29 изображения участка грани и расположенной на нем щели через светоделительную пластину 22 формируется, во-первых, в плоскости 23 изображения объектива наблюдательного микроскопа в виде узкой светлой полосы 30 (в виде светового сечения, окаймляющего контролируемую грань), которые можно наблюдать с увеличением через окуляр 24, во-вторых, узкая светлая полоса 32 формируется также в пространстве считывания изображения 31. В этом же пространстве считывания над светлой полосой располагается вращающийся модулятор 33 с соответственно первой 34 и второй 35 щелями модулятора, расположенными по радиусам М 1 и М 2 на диске модулятора и на расстояниидруг от друга. Вращение модулятору придается от привода 36 модулятора. В случае наклона светлой полосы на уголзасветка щелей 34 и 35 происходит не одновременно, а с пространственным перепадомили временным интервалом между импульсами фототока, так как разность во времени засветки в щелях пропорциональна . Параметропределяется через угловую скоростьмодулятора, известные его конструктивные параметры (М 1 и М 2) и время-импульсные параметры, полученные в дополнительном канале, и выражается следующим образом( 1122 ) ,где 1 и 2 - моменты времени прохождения первой и второй щелей модулятора над изображением узкой светлой полосы в пространстве считывания. Фотоэлектрическое преобразование сигнала с засвеченных щелей осуществляется четвертым 37 и пятым 38 фотоприемниками. После усиления сигналов четвертым 39 и пятым 40 усилителями они подаются в блок 20 обработки измерительной информации для учета при вычислении действительного размера между противоположными гранями световода. Реализация способа осуществлялась на макете, собранном по принципиальной схеме(фиг. 1 и 2) в однопучковом варианте (один измерительный канал и один дополнительный канал). В измерительный канал входили светодиод АЛ-107 Б в качестве светоизлучателя,коллиматор, обеспечивающий параллельный пучок диаметром 4 мм, двухщелевая ограничивающая диафрагма с размерами щелей 13 мм, фокусирующая линза, фотодиод ФД 256 и усилитель фототока. Дополнительный канал представлял собой систему двух микроскопов - проектирующего и наблюдательного, дополненного устройством считывания положения изображения светлой полосы. В качестве системы двух микроскопов использо 4 5497 1 вался узел двойного микроскопа МИС-11 - держатель тубусов проектирующего и наблюдательного микроскопов. Предметные точки объективов (фокусное расстояние 13,9 мм, апертура 0,3, линейное поле зрения 1,0 мм) микроскопов были совмещены друг с другом, а их оси составляли между собой угол 90 и биссектриса этого угла совпадала при первоначальной настройке с нормалью к грани световода. В наблюдательном микроскопе в пространстве между объективом и плоскостью его изображения устанавливалась светоделительная пластина (коэффициент деления 11) под углом 45 к оптической оси наблюдательного микроскопа для вывода изображения светлой полосы через выполненное в тубусе отверстие в плоскость считывания ее положения (степени наклона). Модулятор представлял собою диск с радиальным двухрядным расположением щелей, расстояние между которыми в направлении радиуса составляло 10 мм. Оно выбиралось из условияОБ, где ширина грани контролируемого световода 1 мм, а увеличение объектива ОБ 10,5 Х. Щели на модуляторе выполнялись диаметром 0,2 мм с угловым шагом 45. Диск модулятора укреплялся на валу электродвигателя Д-32 с редуктором и вращался со скоростью 24 об/мин. В качестве фотоприемников считывания положения светлой линии использовались фотодиоды ФД-256. Все усилители фототоков выполнялись на операционных усилителях с фотовольтаическим включением фотодиодов. Электрические сигналы с измерительного и дополнительного каналов, соответствующие оптическим сигналам, через блок электроники и устройства ввода подавались в блок обработки измерительной информации, в качестве которого использовался компьютер. Случайный поворот поперечного сечения световода вокруг его оси имитировался путем поворота отрезка шестигранного световода 2 мм в приспособлении, укрепленном в центре предметного стола измерительного микроскопа. Источники информации 1. Курбатов и др. Оптико-механическая промышленность. -5. - 1974. - С. 32-34. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5