圆形截面细长物体直径的测量方法技术

测量圆截面形的细长物体，如电线的直径的方法包括步骤：用至少一个单色点光源的扇形光束照射该物体，其中主光束的方向垂直于物体的纵轴；在物体对面的单或多行光敏传感器接收光，传感器的轴垂直于主光束；测量物体到传感器或到光源的距离；通过对由物体产生的阴影的和被测直径的边缘上的衍射范围中的强度曲线的估算，来确定对应于物体直径的值；光源到物体或传感器到物体之间的距离被选定成物体相对边缘的衍射效应不被相互叠加在传感器平面。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量细长物体直径，特别是小直径电缆的直径测量方法。已知，用光学方法确定一被光源光照射的电缆或其它细长物体的直径，其中，主要光束方向基本垂直于该物体的纵轴；在对面上，在利用折射表面(透镜、物镜等)的情况下，光线被投射到一网状光敏传感器上，被测物体在线型传感器上生成一个投影；该阴影边缘是需要的；它们的距离则是直径的测量值。已知设备在实际应用中受到了存在于光线进口和出口处的杂质的妨碍。因此，如众所周知，则选择一种镜片，以使光线在光路进口和出口处变为散焦；则部分杂质只对测量产生有限影响。现有的光学仪器的功能基本上是令人满意的，但却相对复杂，而且构造庞大。因此，本专利技术的目的是论述一种对于测量截面近似圆形细长物体，特别是小直径干线或电缆的直径的方法；它花费小，但测量结果精确，尽管物体在横向上做了相对于纵向延伸十分有限的位置改变。根据本专利技术之方法，物体被一单色点状光源的扇形光束照射；光源和物体以及传感器之间的光学器件的中间联结可被适当免除。还可以免除光束的拢汇、平行或其它影响或变形；物体的阴影被投射在一个结构类形已知的线性光敏传感器上。例如，一种被称为电荷耦合器件条(CCD条)可被采用，它在14微米距离内包含约2048个光敏元件。这样的传感器具有高分辨率。人们已了解到也可应用一种清晰度适当的多行传感器(表面传感器)。那么，这些行则被分别估算。由绕射引起的测量信号给出绕射边缘在测量空间中的位置结果；这一点是由本专利技术中得出的。绕射形态如几何阴影边界，并不由入射到传感器上的光线的强度曲线(course of intensity)直接得出，却必须由插入其中的衍射范围(diffraction margins)获得。这可以通过与从Fresnel绕射理论中得知的衍射范围中的强度曲线f(ξ)进行对比来加以估算。因此，函数f(ξ):ξ=f(x-xgeo)的自变量可被应用。在具有从绕射边缘到接收传感器的预定距离的衍射范围中的选择强度曲线，如具有范围d=1的强度曲线作为标准曲线(基线)。这是因为没有进一步的繁杂工作，则不可能数学描述强度曲线。自由参数d〔基线f(ξ0)的范围〕和xgeo〔被研究的几何阴影边界=基线f(ξ0)的位移〕不断变化，直到f(ξ)和被测衍射范围中的强度曲线之间建立起一个最佳的相互关系。另一方面，样板曲线f(ξ1),f(ξ2),...f(ξN)也可由对d和xgeo的离散值获得，以便使其与在被测衍射范围中的强度曲线相一致(样板比较)。基于本专利技术的进一步的可行性是利用衍射范围中少量的特征点(如转变点/或局部最大最小强度)来决定几何阴影边界。衍射范围中强度曲线上的特征点的位置，是绕射边缘在测量空间中位置，如阴影边界位置的特征。而且，强度曲线的特征点间的梯度，如几何阴影边界范围内，(如上升到最大值)，可决定几何阴影边界的直径或位置。利用扇形传播光从几何阴影像边界确定物体的直径，必须知道被测物体垂直于线性传感器的距离；在测量中，物体相对于其纵向延伸的横向位置可能改变。例如，电缆在从产地到卷绕设备处的移动中发生的变化。同时，阴影边界距离的变化不仅源于光束，而且也源于在物体的外轮廓上引起绕射变化的边缘的位置。特别的是，这些被置于从光源释放出的两只光束中的边界，在左右两侧正切于外轮廓线。其结果，两个绕射边界处于呈圆形的物体横截面的弦上。该弦可被捕捉作为一替代缝隙。物体距光源越近，该替代缝隙与物体横截面的圆心的距离越远。同样地考虑到这一影响，了解距离是重要的。该距离也可由移动的曲线来估算。范围d和衍射范围中特征点间的距离反映了这一测量值。通常，被测物体相对于线性传感器的距离的确定也可用任何付加的测量装置来进行。首选的是使用第二个同样的测量系统，它包含了一个点状单色光源和一个其测量轴垂直于第一测量系统的测量轴的线性传感器。大体上讲可使用两个以上测量系统。因此，粗略地说，三个系统在每个情况中可以120°角彼此定位。另外，本专利技术重要的是，扇形光束的几何形状、距光源、物体和传感器的距离以及物体直径范围总是可以选择的，以使来自位置相互对立的物体边界的衍射效应并不在传感器平面上相互干扰。根据本专利技术，本方法要求一格外简单的测量系统。总是造成成像误差和模糊等问题的透镜、物镜或类似的光学元件可被适当免除。由于已知数学严紧绕射现象物理不发生成像误差，可高精度地测定直径。并且，事实上更加先进的是，由于免除了折射表面，测量系统可被制造得非常小巧。在光源和物体之间提供一个光学设施，对缩小这些物体间的距离是非常有益的。利用这种方法，测量装置将被制造得更小型化。测量系统范围内自然存在的杂质导致测量结果的误差。因为与物体纵轴平行的光源的光学活动区有一个确定的范围，这些误差可以被减小，即，当垂直于此活动区时，它保留一个和以前一样的影像点。例如，根据本专利技术，在光学有效区域中用于测量的二极管激光器，在图平面中有约3微米的高度，则其长度，也就是垂直于平面的范围是0.5毫米。类似地，平行于物体纵轴的光敏传感器的单独元件的范围可选择得明显大于线性传感器轴线方向上的范围。在光源或传感器上的杂质，并未使其像在相同干扰的条件下，在光源和传感器元件的点状设计形式下所应发生的那样十分的令人注意。利用本专利技术的评估，其结果，产生一离散效应的类型。在激光二极管、会聚透镜等光源上或者影像传感器上的部分杂质，同样引起衍射效应，在传感器上呈现为绕射图像。应注意到，由绕射引起的强度波动的频谱越大，它的原点位置离传感器越近。传感器上的杂质引起极高的高频强度波动，而那些发光源上的杂质则具有低频波动的效应。来自被测物体的由绕射引起的强度波动其结果有一个介于这些极限间的频谱。根据本专利技术，由传感器进行被测强度曲线的滤波，如果可能的话，仅使一个频谱被用于估算，即由于物体绕射所产生的频谱。如果使用实施该方法的装置其尺寸选择成，一方面在发射光源与被测物体之间，另一方面在影像或线性传感器与被测物体之间利用保护玻璃，有区别的频谱得以形成，然后依靠适当的滤波方法即使在测量装置中的小部分杂质，也可实施可靠的测量。还应进一步注意到，衍射范围的范围因数d，同时也是特征点之间距离的结果，越小，绕射边界与接收传感器之间相距越近。只对此种衍射范围的估算，其范围d与被测物体的有效位置有关，因此，可降低对尘埃的敏感性并获得更可靠的测量。如果只估算特征点，则从连续点间的距离就可推导出，被测的绕射空间是由被测物体产生的还是由测量路径中的杂质产生的。假如采用紧密装配的或相互之间有较大距离的多个投影仪取代单个点状投影仪，如果它们交替工作，则可扩展测量区范围。同样，通过对各点状投影仪在传感器条上产生的强度曲线的适当的估算，可降低对于尘埃的敏感性。在各个曲线中，特别出现在由有效测量区内的物体生成的和由区域以外(污染)物产生的这些绕射曲线间不同局部位移。同样，多行传感器上的各单独强度曲线可被用来降低污染的影响。例如，可选择没有污染或检查到最小程度的污染的行来确定几何阴影边界。另外，降低尘敏的“电子”措施或其它装置方法，也可被用来减少测量系统中的杂质影响。例如，在激光和测量物体间可安置两个相距的狭孔，并在其之间安装一个用于静电吸尘或吸附其它杂质的电极。同样情形下，在测量物体和线性传感器间也可安置一个电极。在这种情况下，狭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量横截面近似圆形的细长物体，特别是电线或电缆的直径的方法，包括下列方法步骤： －用在测量平面上呈近似点状的至少一个单色光源的扇形光束照射该物体，其中主光束的方向尽量垂直于物体的纵轴； －在置于物体对面的单行或多行光敏传感器上接收光线，其中传感器的轴尽量垂直于主光束方向； －测量物体到传感器或到光源的距离； －通过对由物体产生的阴影的边缘和被测直径的边缘上的衍射范围中的强度曲线的估算，来确定对应于物体直径的值； －光源到物体或传感器到物体之间的距离被选定成物体相对边缘的衍射效应不被相互叠加或只是不明显地相互叠加在传感器平面上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：维尔纳布罗姆，哈拉尔德斯考拉，阿德里安贝宁，
申请(专利权)人：斯考拉电子工业有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]