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DE2818789A1 - Thickness measurement of cylindrical objects, wire etc. - by determining attenuation of parallel light beam passing through measurement vol. via rectangular aperture and lens - Google Patents

Thickness measurement of cylindrical objects, wire etc. - by determining attenuation of parallel light beam passing through measurement vol. via rectangular aperture and lens

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DE2818789A1
DE2818789A1 DE19782818789 DE2818789A DE2818789A1 DE 2818789 A1 DE2818789 A1 DE 2818789A1 DE 19782818789 DE19782818789 DE 19782818789 DE 2818789 A DE2818789 A DE 2818789A DE 2818789 A1 DE2818789 A1 DE 2818789A1
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DE
Germany
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photodetector
lens
thickness
measurement
radiation
Prior art date
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DE19782818789
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Wolfgang Dipl Phys Dr I Schulz
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
    • G01B11/105—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving using photoelectric detection means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

A device measuring the thickness or dia. of wires, threads, fibres and cylindrical objects of approx. circular cross-section uses a photodetector determining attenuation of a parallel beam. It achieves a measurement accuracy of 0.1 per cent. A parallel light beam passing through the measurement vol is limited by an approx. rectangular aperture from which it passes to the detector via a lens. The detector output is compared with that of a detector receiving a reference part of the beam in an amplifier used to regulate the light source power to give a defined reference intensity.

Description

Uie Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung derThe invention relates to a device for measuring the

Dicke bzw. des Durchmessers von Drähten, Fäden, Fasern und Objekten mit annähernd runder querschnittsform durch Bestimmung der Qbschw chsng eines parallelen Strahlenbündels.Thickness or diameter of wires, threads, fibers and objects with an approximately round cross-sectional shape by determining the Qbschw chsng of a parallel Bundle of rays.

Es ist bekannt, aus drr Abschwächung eines Strahlenbündels auf den Durchmesser des sich innerhalb des Strahlenbündels befindlichen Objektes zu schließen, wobei die Abschwächung mit einem Photodetektor erfaßt wird. Ein solches Meßsystem ist einfach im Aufbau, doch ist die damit erreichbare Meßgenauigkeit bisher nur gering. enn eine hohe Genauigkeit erreicht werden soll, werden meist Systeme mit Abtaststrahlen, häufig mit Laser, eingesetzt, doch ist der erforderliche Aufwand dann sehr groß.It is known from the attenuation of a beam of rays on the To close the diameter of the object located within the beam, the attenuation being detected with a photodetector. Such a measuring system is simple in structure, but the measurement accuracy that can be achieved with it is so far only small amount. If a high level of accuracy is to be achieved, systems with Scanning beams, often with laser, used, but the effort required then very big.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem einfachen Prinzip der Strahlabschwächung, ein Meßsystem mit einer guten Meßgenauigkeit von 0,1 % fertigen zu können.The invention is therefore based on the object, starting from the simple principle of beam attenuation, a measuring system with good measuring accuracy of 0.1% to be able to manufacture.

Eine wesentliche Voraussetzung für eine genaue Dickenmessung nach diesem Prinzip ist, daß das Meßergebnis unabhängig von Einflüssen wie Temperatur und Betriebsdauer ist. Da die von Lichtquellen abgegebene Strahlungsleistung bei konstantem Betriebsstrom von diesen Einflüssen abhängig ist, wird die Messung hierdurch gestört.An essential prerequisite for an accurate thickness measurement according to This principle is that the measurement result is independent of influences such as temperature and operating time is. Since the radiant power emitted by light sources at constant operating current is dependent on these influences, the measurement is thereby disturbed.

Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, die von der Lichtquelle+mittels zweier Photodetektoren zu erfassen, von denen einer den Teil der Strahlung mißt, innerhalb dessen eieh das zu messende Objekt eingebracht wird, und daß der zueite Photodetektor einen Teil der Strahlung mißt, der außerhalb des Meßvolumens verläuft und als Referenz dient, wobei der Betriebsstrom für die Lichtquelle so geregelt wird, daß der zweite Photodetektor stets einen konstanten Strom abgibt.It is therefore proposed according to the invention that the light source + means to detect two photodetectors, one of which measures the part of the radiation, within which eieh the object to be measured is introduced, and that the zueite Photodetector measures part of the radiation that runs outside the measuring volume and serves as a reference, the operating current for the light source being regulated in this way is that the second photodetector always emits a constant current.

Eine Ausführungsform ist in Figur 1 dargestellt. Die von der Lichtquelle (1), vorzugsweise einer Infrarotlumineszenzdiode, ausgesandte Strahlung (2) wird mittels eines Objektivs (5a) parallel gemacht und trifft auf die Photodetektoren (8a,b), nachdem sie falls erforderlich, mittels eines zweiten Objektivs (5b) wieder fokussiert wurde. Der eine Teil der Strahlung (2) durchläuft das Meßvolumen (6), in das das Objekt (14) eingebracht wird, während ein zweiter Teil, der außerhalb des Meßvolumens (6) verläuft, mittels eines Glaskeiles (9) auf den zweiten Photodetektor (8b) abgelenkt wird.One embodiment is shown in FIG. The one from the light source (1), preferably an infrared luminescent diode, emitted radiation (2) made parallel by means of an objective (5a) and hits the photodetectors (8a, b) after, if necessary, by means of a second objective (5b) again was focused. One part of the radiation (2) passes through the measuring volume (6), into which the object (14) is introduced, while a second part, the outside of the measuring volume (6) runs onto the second photodetector by means of a glass wedge (9) (8b) is deflected.

+ ausgesandte Strahlung Die von den Photodetektoren (da,b) abgegebenen Strom werden in einem Differenzverstärker (10) itein;nder verglichen und als Meßwert mittels der Anzeige (13) dargestellt, wobei der von dem zweiten Photodetektor (8b) abgegebene Strom mit einem Sollwert, der mit Hilfe einer Referenzspannungsquelle (11) erzeugt werden kann, verglichen wird, und die Abueichungen in einem Integrator (12) integriert weraen und so zur Regelung des Stromes für die Lichtquelle (1) führen.+ emitted radiation The ones from the photodetectors The current output (da, b) are compared in a differential amplifier (10) and represented as a measured value by means of the display (13), with that of the second Photodetector (8b) output current with a setpoint value, which is determined with the aid of a reference voltage source (11) can be generated, compared, and the calibrations in an integrator (12) were integrated and thus lead to the regulation of the current for the light source (1).

Die erreichbare Meßgenauigkeit wird im weEentlichen bestimmt durch die Homogenität und Parallelität der Strahlung (2) innerhalb des Meßvolumens (6). Eine diesbezüglich gegenüber der Anordnung in Figur 1 noch verbesserte und erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausführung ist in Figur 2 dargestellt. Hier sind vor der Lichtquelle (1) noch eine Blende (3) mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der der Photodetektoren (Ba,b), und ein Diffusor (4) angeordnet, um eine möglichst kleine und diffus strahlende Lichtquelle zu schaffen, damit nach Durchtritt durch Haã Li3jI r (5--) eir- parallele und homogene Strahlung entsteht.The achievable measurement accuracy is largely determined by the homogeneity and parallelism of the radiation (2) within the measuring volume (6). One that is still improved in this regard compared to the arrangement in FIG. 1 and is according to the invention The proposed design is shown in FIG. Here are in front of the light source (1) Another aperture (3) with a diameter that is smaller than that of the photodetectors (Ba, b), and a diffuser (4) arranged to have as small and diffuse radiating as possible To create light source so that after passing through Haã Li3jI r (5--) eir- parallel and homogeneous radiation is created.

Wenn die Strahlung (2) noch imrer nicht hinreichend gleichmäßig ist, wird weiter vorgeschlagen, die Breite der Blende (7) nicht konstant sondern umgekehrt proportional zur Intensität der Strahlung in der jeweilige Breitenzone zu machen. Dann wird die Abschwächung der Strahlungsleistung unabhängig von der Lage des Objektes (14) innerhalb des Meßvolumens (6).If the radiation (2) is still not sufficiently uniform, it is further proposed that the width of the diaphragm (7) not be constant but vice versa proportional to the intensity of the radiation in the respective latitude zone. Then the attenuation of the radiation power becomes independent of the position of the object (14) within the measuring volume (6).

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt, die mit zwei nebeneinander bzw. senkrecht zueinander angeordneten Dickenmeßvorrichtungen Objekte mit großem Durchmesser oder Flachmaterial mit großer Breite bzw. gleichzeitig zwei Durchmesser zur Bestimmung von Unrundheiten oder angenähert der Querschnittsfläche dienen.Further embodiments of the invention are shown in FIGS 4 shown, the two arranged side by side or perpendicular to each other Thickness gauges Objects with a large diameter or flat material with a large Width or two diameters at the same time for determining out-of-roundness or approximated serve the cross-sectional area.

Bei der Kontrolle von Fasern interessiert häufig weniger die absolute Dicke als die Erkennbarkeit von Fehlern, die sich als Dickenschwankungen bemerkbar machen. Das Prinzipschaltbild einer Elektronik, mit der die relative Häufigkeit von Fehlern erfaßt werden kann, ist in Figur 5 dargestellt. Hier wird das Meßsignal durch Hochpaß (15), Komparatoren (16a,b) und Tiefpaß (17) in ein analoges Fehlersignal umgesetzt, das durch ein mittels einer Längenmeßvorrichtung (19) erzeugtes längenproportionales Signal in einem Dividierer (18) dividiert wird und somit eine Anzeige über die relative Fehlerhäufigkeit ergibt.When it comes to the control of fibers, the absolute is often less of interest Thickness as the detectability of defects, which are noticeable as thickness fluctuations do. The basic circuit diagram of electronics with which the relative frequency can be detected by errors is shown in FIG. Here is the measurement signal by high-pass filter (15), comparators (16a, b) and low-pass filter (17) into an analog error signal implemented by a length proportional generated by means of a length measuring device (19) Signal in a divider (18) is divided and thus an indication of the relative Error rate results.

Claims (6)

Dickenmeßgerät Patentansprüche: S Vorrichtung zur Messung der Dicke bzw. des Durchmessers von Drähten, Fäden, Fasern sowie zylinderförmigen Dbjekten mit annähernd runder Querschnittsform aus der mit einem Photodetektor erfaßten Abschwächung eines parallelen Strahlenbündels, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die von einer Lichtquelle (1) ausgesandte Strahlung (2) durch'ein Objektiv (5a) parallel gemacht wird und das Meßvolumen (6) durchläuft und mit einer nahezu rechteckigen Blende (7) begrenzt wird und dann über ein zweites Objektiv (5b) auf einen Photo detektor (8a) trifft, dessen Photostrom mit dem eines zweiten Photodetektors (8b) in einem Differenzverstärker (10) verglichen wird, wobei auf den zweiten Photodetektor (8b) ein aus der Strahlung (2) mittels eines Glaskeiles (9) ausgelenkter Teil auftrifft, der als Referenz dient, derart, daß das vom Differenzverstärker (10) abgegebene Signal durch den vom zweiten Photodetektor (8b) erzeugten Strom dividiert wird oder daß dieser Strom mit einem Sollwert, der von einer Referenzspannungsquelle (11) erzeugt wird, verglichen wird und bei Abweichungen ein nachgeschalteter Integrator (12) den Strom für die Lichtquelle (1) so nachregelt, daß sich wieder der Sollwert am Photodetektor (Bb) einstellt, und wobei die vom Differenzverstärker (lO) abgegebene Ausgangsspannung auf einer Anzeige (13) dargestellt wird, die nach Abgleich des Differenzverstärkers (10) den Durchmesser anzeigt. Thickness measuring device Claims: S Device for measuring the thickness or the diameter of wires, threads, fibers and cylindrical objects with an approximately round cross-sectional shape from the attenuation detected with a photodetector of a parallel bundle of rays, d u r c h e k e n n n n z e i c h n e t that the radiation (2) emitted by a light source (1) through an objective (5a) is made parallel and passes through the measuring volume (6) and with an almost rectangular Aperture (7) is limited and then via a second lens (5b) to a photo detector (8a) whose photocurrent meets that of a second photodetector (8b) is compared in a differential amplifier (10), the second photodetector (8b) a part deflected from the radiation (2) by means of a glass wedge (9) strikes, which serves as a reference, such that the output from the differential amplifier (10) Signal is divided by the current generated by the second photodetector (8b) or that this current with a nominal value, which is from a reference voltage source (11) is generated, compared and, in the event of deviations, a downstream integrator (12) readjusts the current for the light source (1) so that the target value is again on the photodetector (Bb), and the output from the differential amplifier (10) Output voltage is shown on a display (13), which after adjustment of the Differential amplifier (10) shows the diameter. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e c h n e:t , daß als Lichtquelle (1) eine Infrarotdiode mit eingebauter Linse zum Erreichen eines großen Abstrahlwinkels eingesetzt wird und daß davor eine Blende (3) mit einem Durchmesser, der maximal so groß ist wie der des Photodetektors (8a), angeordnet ist und daß die ausgesandte Strahlung mittels eines Diffusors gestreut wird. 2. Apparatus according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e c h n e: t that as light source (1) an infrared diode with built-in lens to achieve a large beam angle is used and that in front of it a diaphragm (3) with a Diameter which is at most as large as that of the photodetector (8a), arranged and that the emitted radiation is scattered by means of a diffuser. 3. Vorrichtung nach Ansprüche 1 und 2 , d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Breite der Rlende (7) so variiert wird, daß ihr Verlauf umgekehrt proportional zur Intensität der Strahlung (2) in der jeweiligen Breitenzone ist.3. Device according to claims 1 and 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the width of the Rlende (7) is varied so that its course inversely proportional to the intensity of the radiation (2) in the respective latitude zone is. 4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3 , d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwei Dickenmeßvorrichtungen nebeneinander angeordnet werden, um Objekte (14) mit großem Durchmesser oder flache Objekte mit einer gegenüber dem Meßvolumen (6) größeren Breite vermessen zu konnen.4. Device according to claims 1 to 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that two thickness measuring devices are arranged side by side, around objects (14) with a large diameter or flat objects with an opposite Measurement volume (6) larger width to be able to measure. 5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3 , d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwei Dickenmeßvorrichtungen senkrecht zueinander angeordnet werden, um gleichzeitig zwei Durchmesser des Objektes (14) und damit Unrundheiten oder angen@herz die Quersch@it@sfl@che be-tim en zu können.5. Device according to claims 1 to 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that two thickness measuring devices are arranged perpendicular to one another are to simultaneously two diameters of the object (14) and thus out-of-roundness or kindly to be able to tim e the Quersch @ it @ sfl @ che. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Erfassung der Häufigkeit von Dickenschwankungen das vom Differenzverstärker (10) abgegebene Signal mit einem Hochpaß (15) gefiltert und die Schwankungen bei @berschreitung einer einstellbaren Toleranz mittels Komparatoren (16 a,h) erfaßt werden, deren Ausgangssignale durch einen Tiefpaß (17) in ein analoges Signal umgeformt und in einem Dividierer (1B) durch ein mittels einer Längenmeßvorrichtung (19) erzeugtes längenproportionales Signal, dividiert werden, so daß sich ein der relativen Fehlerhäufigkeit proportionales Signal ergibt.6. The device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c Not that the differential amplifier is used to detect the frequency of thickness fluctuations (10) output signal filtered with a high-pass filter (15) and the fluctuations at @ Exceeding an adjustable tolerance detected by means of comparators (16 a, h) whose output signals are converted into an analog signal by a low-pass filter (17) and in a divider (1B) by one generated by means of a length measuring device (19) length-proportional signal, divided so that one of the relative error frequency proportional signal results.
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