Claims (1)
**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.
** WARNING ** Beginning of CLMS field could overlap end of DESC **.
Die Erfindung bezieht sich auf eine 191esseinrichtung zum Bestimmen des Durchmessers feiner Drähte, wobei sich der zu messende Draht in einem Laserstrahl quer zu dessen Längsrichtung befindet, mit Mitteln zum Erzeugen einer Fraunhofer- schen Beugungsfigur des Drahtes und zur Bestimmung des Abstandes zwischen zwei Beugungsmaxima.
The invention relates to a measuring device for determining the diameter of fine wires, the wire to be measured being in a laser beam transversely to its longitudinal direction, with means for generating a Fraunhofer diffraction figure of the wire and for determining the distance between two diffraction maxima.
Bei Messeinrichtungen zur Bestimmung cines Drahtdurch messcrs gemass dem Stand der Technik wird der Abstand zwischen Maxima einer durch Lichtbeugung am Draht entstehenden Fraunhofer-Beugungsfigur gemessen, wobei es ueblich ist, den Intensitatsverlauf zu messen und dann den Abstand zwischen den Beugungsmaximen zu bestimmen. Es ist jedoch schwierig, die genaue Lage der Maxima festzustellen, da der IntensitÅatsverlauf gewohnlich keine ideaie Sinuskurve ist, so dass die Lage der Maxima manchmal unbestimmt oder schwierig zu bestimmen ist.
In measuring devices for determining a wire diameter according to the prior art, the distance between maxima of a Fraunhofer diffraction figure created by light diffraction on the wire is measured, whereby it is common to measure the intensity profile and then to determine the distance between the diffraction maxima. However, it is difficult to determine the exact position of the maxima, since the intensity curve is usually not an ideal sinusoid, so that the position of the maxima is sometimes indeterminate or difficult to determine.
Mit der Erfindung soll eine verbesserte Einrichtung zum Messern des Durchmessers von feinen Drähten geschaffen werden, welche den erwähnten Nachteil nicht aufweist. Die erfindungsgemässe Einrichtung ist gekennzeichnet durch einen optischen Filter zum Angleichen der Intensität eines der Beugungsmaxima an diejenige eines anderen, eine Abtastvorrichtung zur Abtastung der Beugungsfigur und zur Ausblendung der genannten Beugungsmaxima, einen auf den die Abtastvorrichtung passierenden Lichtstrom ansprechenden fotoelektrischen Wandler, erste elektrische Mittel, welche das Ausgangssignal des fotoelektrischen Wandlers umformen, zweite elektrische Mittel.
The invention aims to provide an improved device for cutting the diameter of fine wires which does not have the disadvantage mentioned. The device according to the invention is characterized by an optical filter for matching the intensity of one of the diffraction maxima to that of another, a scanning device for scanning the diffraction pattern and for masking out said diffraction maxima, a photoelectric converter responding to the luminous flux passing through the scanning device, first electrical means, which transform the output signal of the photoelectric converter, second electrical means.
welche das Ausgangssignal der ersten elektrischen Mittel begrenzen, und einen Zeitzähler zur Bestimmung des zeitlichen Abstandes zwischen den Ausgangssignalen.
which limit the output signal of the first electrical means, and a time counter for determining the time interval between the output signals.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamteinrichtung,
Fig. 2 eine Ansicht der Blende,
Fig. 3 eine Darstellung der elektrischen Ausgangssignale,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Messeinrichtung,
Fig. 5 eine Darstellung der Fraunhoferschen Beugungsmaxima von denen die elektrischen Signale abgeleitet werden.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 is a schematic representation of the entire device,
Fig. 2 is a view of the aperture,
3 shows a representation of the electrical output signals,
4 shows a perspective view of the measuring device,
FIG. 5 shows the Fraunhofer diffraction maxima from which the electrical signals are derived.
Das Gerät enthält einen Laser-Oszillator 1 konventioneller Konstruktion. Ferner ist ein Teleskop 2 vorhanden, zur Umwandlung der von Laser-Oszillator 1 erzeugten Laser Strahlen in parallele Lichtstrahlen, die ein feiner Draht 3 durchquert. Ferner ist hinter dem Draht eine Linse 4 vorhanden. Wenn der feine Draht 3 sich im vorderen Brennpunkt der Linse 4 befindet, wird in der hinteren Brennebene der Linse ein Fraunhofersches Beugungsbild erzeugt. Die Wellenlänge des Laser-Strahls sei z, die Brennweite der genannten Linse L und der Abstand zwischen zwei benachbarten Maxima der Fraunhoferschen Beugungsfigur d.
The device contains a laser oscillator 1 of conventional construction. A telescope 2 is also provided for converting the laser beams generated by the laser oscillator 1 into parallel light beams which a fine wire 3 traverses. A lens 4 is also provided behind the wire. When the fine wire 3 is in the front focal point of the lens 4, a Fraunhofer diffraction image is generated in the rear focal plane of the lens. Let the wavelength of the laser beam be z, the focal length of said lens L and the distance between two adjacent maxima of the Fraunhofer diffraction figure d.
Wird der Durchmesser des feinen Drahtes mit ç bezeichnet, so gilt die Gleichung # = #L d
Hinter der Linse 4 befindet sich ein optischer Filter 6, der dazu dient, die Intensitat der nullten Beugungsordnung gleich gross zu machen, wie diejenige einer bestimmten andern Beugungsordnung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich der ersten Ordnung. Ferner ist eine mit bekannter und konstanter Geschwindigkeit rotierende Maske in Form einer geschlitzten, drehbaren Scheibe 7 sowie eine stationäre Maske 8 mit zwei Schlitzen 8a und 8b zum Abtasten der Fraunhoferschen Beugungsfigur vorhanden.
If the diameter of the fine wire is denoted by ç, the equation # = #L d applies
Behind the lens 4 there is an optical filter 6 which serves to make the intensity of the zeroth order of diffraction the same as that of a certain other order of diffraction, in the present exemplary embodiment equal to the first order. Furthermore, there is a mask in the form of a slotted, rotatable disk 7, rotating at a known and constant speed, as well as a stationary mask 8 with two slits 8a and 8b for scanning the Fraunhofer diffraction figure.
Die Scheibe 7 wird durch einen Elektromotor 9 angetrieben und das Licht, welches durch die Scheibe 7 und die Maske 8 tritt, gelangt zu einem fotoelektrischen Wandler 11.
The pane 7 is driven by an electric motor 9 and the light which passes through the pane 7 and the mask 8 reaches a photoelectric converter 11.
Das Ausgangssignal des fotoelektrischen Wandlers 11 wird einem Verstärker 1 zugeführt und dessen Ausgangssignal einem Signalformer 13 und einem Pegelbegrenzer 14 zugelci- text. Am Ausgang des Pegelbegrenzers 14 befindet sich ein Zeitzahler 15.
The output signal of the photoelectric converter 11 is fed to an amplifier 1 and its output signal is fed to a signal shaper 13 and a level limiter 14. A time counter 15 is located at the output of the level limiter 14.
Das Gerat arbeitet in folgender Weise:
Wenn ein feiner Draht 3, dessen Durchmesser zu bestim- men ist, quer zu einem Laser-Lichtstrahl verliuft, welcher durch ein Teleskop 2 kollimiert wird, dann entsteht ein Fraunhofersches Beugungsbild mit einem wellenförmigen Intensitätsverlauf. Dieser IntensitÅatsverlauf wird durch den utoelektrischen Wandler II, den rotierenden Schlitz 7'sowie die Maske 8 und eine Linse lt) abgetastet. wobei vom Wandler ein Ausgangssignal gemäss den Kurven in Fig. 5 erzeugt wird.
The device works in the following way:
If a fine wire 3, the diameter of which is to be determined, runs transversely to a laser light beam which is collimated by a telescope 2, a Fraunhofer diffraction image with a wave-shaped intensity profile is produced. This intensity profile is scanned by the auto-electric converter II, the rotating slit 7 'as well as the mask 8 and a lens lt). an output signal according to the curves in FIG. 5 being generated by the converter.
Dieses Ausgangssignal wird sodann durch den Signaiformer 13 umgeformt und durch Pegelbegrenzung in Reehtecksignale 14" umgewandelt, indem das Signal oberhalb eines bestimmten Pegels 14' abgeschnitten wird, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht.
This output signal is then transformed by the signal former 13 and converted into square signals 14 ″ by level limitation, in that the signal is cut off above a certain level 14 ′, as can be seen from FIG.
Angenommen, das Signal der nullten Beugungsordnung habe die Dauer A, das Signal einer bestimmten - beispielsweise dritten - Beugungsordnung die Dauer C und der Abstand zwischen den Signalen A und C habe die Dauer B, siehe Fig. 3 und 5. Der Zeitzähler 15 zählt dann A + B + C . Bei den Signalen A und C spricht der Zähler jeweils auf den Scheitelpunkt des Signales, bzw. auf die Hälfte der Signaldauer an.
Assume that the signal of the zeroth diffraction order has the duration A, the signal of a certain - for example third - diffraction order has the duration C and the distance between the signals A and C has the duration B, see FIGS. 3 and 5. The time counter 15 then counts A + B + C. For signals A and C, the counter responds to the apex of the signal or to half of the signal duration.
Der Zähler 15 zählt somit die halbe Dauer des Signales A der nullten Beugungsordnung, addiert die halbe Dauer des
Signales, welches einer bestimmten Beugungsordnung des
Fraunhoferschen Beugungsbildes entspricht und addiert diesen
Wert zur Dauer B zwischen diesen beiden Signalen, wodurch sich genau die Zeitspanne D ;wischen den Mitten dieser beiden
Signale ergibt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, bleibt die Lage des
Signales A der nullten Beugungsordnung stationär, unabhängig von der Dicke des zu messenden Drahtes. Die Breite B ist ebenfalls konstant und wird bestimmt durch die Ausbildung der
Maske B. Die Lage der x-ten Beugungsordnung - beispielswei se der dntten Beugungsordnung-C ist jedoch unterschiedlich und ändert sich in Abhängigkeit der Dicke des zu messenden
Drahtes, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht.
The counter 15 thus counts half the duration of the signal A of the zeroth diffraction order, adding half the duration of the
Signal which corresponds to a certain diffraction order of the
Fraunhofer diffraction pattern corresponds to and adds them
Value for the duration B between these two signals, which is exactly the time span D; wipe the middle of these two
Signals. As can be seen from Fig. 5, the position of the
Signal A of the zeroth diffraction order stationary, regardless of the thickness of the wire to be measured. The width B is also constant and is determined by the design of the
Mask B. The position of the x-th diffraction order - for example the dntth diffraction order-C is different and changes depending on the thickness of the one to be measured
Wire, as shown in FIG.
Dadurch ist es möglich, den Durchmesser feiner Drähte mit einem Fehler von weniger als 0,5 Mikron bei einem Durchmesser von 100 Mikron zu messen. Dabei wird die Messgenauigkeit durch Änderungen der Intensität des Laserlichtes nicht beeinflusst.
This makes it possible to measure the diameter of fine wires with an error of less than 0.5 microns for a diameter of 100 microns. The measurement accuracy is not influenced by changes in the intensity of the laser light.
Dieser Apparat ermöglicht somit die Messung von feinen
Drähten mit einer hohen Genauigkeit, ohne dass die Drähte in mechanischen Kontakt mit der Messeinnchtung gelangen. Aus diesem Grunde ist der Apparat besonders zu kontinuierlichen
Messungen des Durchmessers von feinen Drähten, z. B. für
Speicher von Datenverarbeitungsanlagen zweckmÅassig, wobei der Draht blank oder umhüllt sein kann, beispielsweise mit einer Lack- oder Emailschicht, mit Polyurethan oder andern
Isolier-Materialien.
This apparatus thus enables the measurement of fine
Wires with a high level of accuracy without the wires coming into mechanical contact with the measuring device. For this reason the apparatus is particularly too continuous
Measurements of the diameter of fine wires, e.g. B. for
Storage of data processing systems expedient, whereby the wire can be bare or sheathed, for example with a lacquer or enamel layer, with polyurethane or other
Insulating materials.
PATENTANSPRUCH
PATENT CLAIM
Messeinrichtung zum Bestimmen des Durchmessers feiner Drähte, wobei sich der zu messende Draht in einem Laserstrahl quer zu dessen Längsrichtung befindet, mit Mitteln zum Erzeugen einer Fraunhoferschen Beugungsfigur des Drahtes und zur Bestimmung des Abstandes zwischen zwei Beugungsmaxima, gekennzeichnet durch einen optischen Filter (6) zum Angleichen der Intensität eines der Beugungsmaxima an diejenige eines anderen, eine Abtastvorrichtung (7, 7', 8) zur Abtastung der Beugungsfigur und zur Ausblendung der genannten Beugungsmaxima, einen auf den die Abtastvorrichtung passierenden Lichtstrom ansprechenden fotoelektrischen Wandler, erste elektrische Mittel, welche das Ausgangs signal des fotoelektrischen Wandlers umformen, zweite elektrische Mittel, welche das Ausgangssignal der ersten elektrischen Mittel begrenzen,
Measuring device for determining the diameter of fine wires, the wire to be measured being in a laser beam transversely to its longitudinal direction, with means for generating a Fraunhofer diffraction figure of the wire and for determining the distance between two diffraction maxima, characterized by an optical filter (6) for Matching the intensity of one of the diffraction maxima to that of another, a scanning device (7, 7 ', 8) for scanning the diffraction pattern and for masking out the said diffraction maxima, a photoelectric converter responsive to the luminous flux passing through the scanning device, first electrical means which generate the output convert the signal of the photoelectric converter, second electrical means which limit the output signal of the first electrical means,
und einen Zeitzihler (15) zur Bestimmung des zeitlichen Abstandes zwischen den Ausgangssignalen.
and a time counter (15) for determining the time interval between the output signals.
UNTERANSPRUCHE
1. Messeinrichtung naeh Patentanspruch. dadurch gckennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung eine rotierende, mit einem Schlitz versehene Blende (7) zur Abtastung der Beugungsfigur und eine stationäre Blende (8) zur Ausblendung der Beugungsmaxima umfasst.
SUBClaims
1. Measuring device according to claim. characterized in that the scanning device comprises a rotating diaphragm (7) provided with a slot for scanning the diffraction figure and a stationary diaphragm (8) for masking out the diffraction maxima.
2. Nlesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Zeitzähler (15) an den Ausgang der zweiten elektrischen Mittel angeschlossen ist.
2. Nless device according to claim, characterized in that the time counter (15) is connected to the output of the second electrical means.
3. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gckenn- zeichnet, dass der Zeitzähler ( 15) Nlittel zur Summierung der halben Dauer des Signales der nullten Beugungsfigur. der halben Dauer des Signales einer bestimmten andern Beugungsfigur und der Dauer zwischen diesen Signalen umfasst.
3. Measuring device according to claim, characterized in that the time counter (15) Nlittel for summing half the duration of the signal of the zeroth diffraction pattern. half the duration of the signal of a certain other diffraction pattern and the duration between these signals.