DD286086A7 - Anordnung zur gewinnung des fourierspektrums eindimensionaler objekte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gewinnung des Fourierspektrums eindimensionaler Objekte und findet Anwendung bei der Messung von Draehten, Faeden, Roehren und Fasern, insbesondere zur Bestimmung von Durchmessern und Wandstaerken sowie anderer jeweils interessierender Parameter aus dem Fourierspektrum der Objekte. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz unter Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung, welche das Objekt mittels eines Lichtbuendels beleuchtet, einer Linse oder Linsenkombination zur Abbildung des Fourierspektrums des Objektes auf einem Sensor, die in senkrecht zueinander stehenden Schnitten unterschiedliche Brechkraefte aufweist und ein Bild des Objektes in der Richtung senkrecht zum eindimensionalen Fourierspektrum am Ort des Fourierspektrums erzeugt. Fig. 1{Messung; Draht; Faden; Roehre; Faser; Durchmesser; Wandstaerke; Fourierspektrum; Beleuchtungseinrichtung; Lichtbuendel; Linse; Linsenkombination; Sensor; Zylinderlinse; torische Linse}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet Anwendung bei der Bestimmung von Durchmesser und Wandstärke sowie anderer interessierender Parameter von Drähten, Fäden, Röhren und Fasern aus dem Fourierspektrum dur Objakte.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren zur Bestimmung von Parametern eindimensionaler Objekte aus dem Fourierspektrum sind bekannt.

Von S.S.Charschan wird in .Lasers in Industry", (Van Nostrand Reinhold Company [1972D/1/ die Messung von Faser- und Drahtstärken aus dem Abstand der Minima und Maxima des Beugungsspektrums beschrieben. Nach US-PS 3709610 wird das Spektrum von Kunstfasern zur Bestimmung des Faserdurchmossers benutzt. Zur Bestimmung des Innen- und/oder Außenradius von Lichtleitfasern wird in der US-PS 3982816 ein Verfahren zur Auswertung des Fourierspektrums vorgeschlagen.

Die aufgeführten Verfahren benutzen Anordnungen bei denen ein paralleler Lichtstrahl, im allg. ein Laserstrahl, auf das Objekt fällt und ein Beugungsspektnim erzeugt, das mit einer sphärischen Linse oder Linsensystem in die Fourierebene oder eine konjugierte Ebene abgebi¹. 3t wird.

Das hat den Nachteil, daß der beleuchtete Fleck und damit der Toll des Objektes der einen Beitrag zum Spektrum liefert, groß und das Meßfenster klein ist. Bei Neigung der Faser neigt sich auch das Spektrum entsprechend mit (siehe /1 /), so daß das Spektrum nicht stabil auf dem Sensorelement abgebildet und damit der Detektor nicht mehr voll ausgeleuchtet wird.

Einen Kompromiß stellt die Beleuchtung mit einem konvergierenden Lichtbündel dar, das mit einer Zylinderlinse erzeugt wird (DD-WP 2566752). Der Meßfleck auf dem Objekt wird sehr klein. In der Fourierebene ist der Strahl etwas verbreitert, so daß die Empfindlichkeit gegenüber Neigungen der Faser geringer ist. Jedoch ist die verfügbare Intensität auf dem Detektor geringer als bei Beleuchtung mit einem Parallelstrahl und deshalb verringert sich die erreichbare Meßfrequenz. Die Intensität kann gesteigert werden, indem die Brennlinie der Zylinderlinse der Beleuchtungseinrichtung etwas in Richtung Detektor verschoben wird. Die verfügbare 'ntensität wird größer, der Meßfleck auf dem Objekt verbreitert sich wieder und die Empfindlichkeit gegenüber Neigungen des Objektes wfichst. Durch entsprechende Wahl der Zylinderlinse läßt sich so eine gegenüber der Beleuchtung mit einem Parallelbündel verbesserte, jedoch noch nicht befriedigende Anordnung erzielen.

Bei der in Marcuse, D., „Prinziples of optical Fibre Measurment" (Academic Press, New York, 1981), angegebenen Anordnung werden beleuchtungsseitig zwei Zylinderlinsen zur Strahlaufweitung benutzt, wodurch sich in den beiden Richtungen transversal zur Ausbreitungsrichtung unterschiedliche Durchmesser des parallelen Lichtbündels ergeben. Auf diese Weise kann die Größe des Meßflecks auf dem Objekt und in Verbindung damit die auf dem Sensor verfügbare Intensität gesteuert werden.

Die Empfindlichkeit gegenüber Neigungen des Objektes bleibt bestehen.

Gemäß WP 241643 (analog EP 0218151 in G 01 B 11/08) erfolgt eine Bestimmung des Durchmessers dünner Drähte unter Verwendung einer Vorrichtung mit Beleuchtungseinrichtung und einer Konvex- sowie Zylinderlinse zur Fouriertransformation.

Die Zylinderlinse dient zur einfachen Justierung und zur Verringerung der Anforderungen an die Positionierung oder Führung des Meßobjektes. Eine gewisse Mindesthöhe des Beugungsmusters muß erhalten bleiben, um ein Auswandern des Spektrums von der Sensorzeile {CCD-Zeile) bei Neigung der Faser zu verhindern. Bei einer stärkeren Neigung der Feser liegt das Spektrum nicht mehr vollständig auf dem Sensorelement.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung des Gebrauchswertes bei der Bestimmung von Parametern aus dem Fourierspektrum eindimensionaler Objekte.

Darlegung des Wesen· der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spektrum hoher Intensität stabil auf das Sensorelement abzubilden, eine Erhöhung der Meßfrequenz, die Verbreiterung des Meßfensters und die Verkleinerung d s Meßflecks zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung, welche das Ojekt mittels eines Lichtbündels beleuchtet, einer Linse oder Linsenkombination zur Abbildung des Fourierspektrums des Objektes auf einem Sensor, die in senkrecht zueinander stehenden Schnitten unterschiedliche Brechkräfte aufweist und ein Bild des Objektes in der Richtung senkrecht zum eindimensionalen Fourierspektrum am Ort des Fourierspektrums erzeugt. Das Lichtbündel der Beleuchtungseinrichtung ist parallel oder konvergiert nach Durchgang durch eine Zylinder- oder torischen Linse zu einer Linie. Die Linse zur Fouriertransformation kann eine Zylinderlinse sein, die senkrecht zur o.g. Zylinderlinse angeordnet ist. Weil das beleuchtete Feld des Objektes aufgrund der unveränderlichen Beleuchtungsanordnung fest im Raum steht, ist dessen Bild auf dem Sensorelement stabil gegen Neigungen des Objektes. Wird durch Beleuchtung mit einer Zylinderlinse oder einem eine analoge Wirkung erzielenden System der beleuchteto Fleck auf dem Objekt sehr klein gehalten, so kann infolge der Abbildung dieses Flecks auf dem Sensorelement eine sehr große Intensität erzielt werden. Das erlaubt die Vergiößerung des Meßfensters und/oder die Verringerung der Meßdauer. Eine kürzere Meßzeit führt im Zusammenhang mit einem kleinen beleuchteten Fleck beim bewegten Objekt zu einer Verringerung des Objektbereiches an dem die jeweiligen Parameter bestimmt werden. Gegenüber dem bisherigen Stand ergebtn sich als Vorteile die Vergrößerung des Meßfensters, die Verkürzung der Meßdauer (Erhöhung der Meßfrequenz), die Verbesserung der Stabilität des Spektrums auf dem Sensorelement sowie die Verkleinerung des ausgemessenen Objektbereiches.

AusfOhrunfisbeispIel In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1: Strahlengang der erfindungsgemäßen optischen Anordnung - Draufsicht, Fig. 2: Strahlengang der erfindungsgemäßen optischen Anordnung - Seitenansicht.

Entsprechend Fig. 1 bilden die Linsen 1 und 2 ein afokales System zur Strahlaufweitung auf die gewünschte Größe des Meßfensters, z. B. 8fach. Im Brennpunkt der Zylinderlinse 3 (Brennweite 300mm) befindet sich das Objekt (Faser, Draht, Faden),

welches das Spektrum erzeugt. Dieses wird in einem Winkelbereich von eiwa 10 Grad von der Linse 4 erfaßt, die die

Fouriertransformation bewirkt. Das Sensorelement befindet sich in der bildseitigen Brennebene der Linse 4. Die Linse 5 ist eine Zylinderlinse und entsprechend Fig. 2 so angeordnet, daß auf dem Sensorelement das Bild des beleuchteten Fleckes des Objektes liegt. Zur Anpassung an die Größe des Sensorelementes kann das Fourierspektrum auch nochmals abgebildet werden,

falls diese Anpassung nicht sofort mit der Linse 4 möglich ist. Das Sensorelement ist eine CCD-Zeile.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wurde die Linse 4 durch eine weitere Zylinderlinse, die senkrecht zur Zylinderlinse 5 angeordnet ist, ersetzt. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wurde bei einer Meßfrequenz von 1 kHz, einer Laserleistung von 1 mW und einem Meßfenster von 2 mm ein9 Meßgenauigkeit von 0,5 \im bei einer Faserstärke von 100-150 μηι erreicht.

Claims (2)

1. Anordnung zur Gewinnung des Fourierspektrums eindimensionaler Objekte_tbestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung, welche das Objekt mittels eines Lichtbündels, das parallel ist oder nach Durchgang durch eine Zylinder- oder torischen Linse zu einer Linie konvergiert, beleuchtet und einer Linse oder Linsenkombination zur Abbildung des Fourierspektrums des Objektes auf einem Sensor, gekennzeichnet dadurch, daß die Linse oder Linsenkombination (4,5) in senkrecht zueinander stehenden Schnitten unterschiedliche Brechkräfte aufweist und ein Bild des Objektes in der Richtung senkrecht zum eindimensionalen Fourierspektrum am Ort des Fourierspektrums liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Linse (4) eine Zylinderlinse ist, die senkrecht zur Zylinderlinse (5) angeordnet ist.