線徑的無接觸測量方法和實施該方法的裝置的製作方法
2023-11-04 02:40:42
專利名稱：線徑的無接觸測量方法和實施該方法的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種線徑的無接觸測量方法和實施該方法的裝置。
在紡織工業中，我們要測量線在行進中的線徑，主要是用來反映其缺陷和不純度。例如，被測線的直徑約在0.1mm到幾mm之間變化，其行進速度約在0.5m/s到40m/s之間變化。對於精確度來講，通常允許的分辨力為0.005mm到0.01mm的量級。確切地說，本發明涉及一種無接觸式測量方法，該方法在於使用至少一個與待測線相交的光束，該光束最好處在一個與線垂直的平面中，並用於測量線的投影在一個感光接收器上的圖像。
第一個方案在於利用一個平行光束，測量投影在一個感光接收器上的圖像。這種技術的主要好處在於被測線的截面可以在一個與線行進方向垂直的平面中移動。就像線留在光束內一樣，線的截面的測量不受這些移動的幹擾，光束是平行的。因為線會移動，所以如果沒有對其導向，則在其移動時，就會有波動或振動，因此這種好處是主要的。
但是根據該技術，測量精度與光束的質量特別是與平行度有關。或者說，發射平行光束比較難以實施，這是因為發射光束需要引導光束，所以這種裝置的成本相對較高。
另外，如果藉助利用衍射的方法進行測量，則使用平行光束就會使投影在接收器上的影子的測量不太可靠。
此外，這種方案只能沿與光束方向垂直的方向測量線徑的值，因此這種方案不能測量圓度缺陷，特別是不能對光束方向的缺陷定標記。
為了能夠確定這些缺陷，人們使用多個光束，特別是使用沿兩個垂直方向的光束。這種結構可以在靜止狀態下鑑定大多數缺陷。
然而，實施平行光束造成的高昂費用是光束數的倍數，因此這種裝置的成本相當高。
第二種方案在於使用至少一個散射光束，最好是使用兩個投影在兩個垂直接收平面上的基本垂直的光束，這如文獻SU1774164中所描述的。在這種情況下，與平行光束相比，光束的實施相對簡單，也不會造成高昂費用。作為補償，測量的精度取決於線的位置。
根據該文獻，根據對線的切線與接收平面相切的交點的測量，需要為每一個光束計算線的切線平分線，然後確定對應於線的中心的兩個平分線的交點，再確定與通過線的中心的切線垂直的直線，爾後確定所述直線與所述切線之間的交點，最後計算所述交點和線的中心之間的距離。
由於計算鏈較長，所以根據該技術用的計算時間也比較長。
或者說，該計算時間與為確定高速行進線上的缺陷所需要的測量次數不匹配。
為了根據接收器上的圖像測量減少計算時間並得到更直接的直徑數值，另一種方案在於將線引向散射光束源和接收器，為的是在根據接收器上投影的圖像計算直徑時不插入線的位置變化。
但是，該方案並不令人滿意，這是因為該方案需要引導線並與線接觸，這樣就導致另一個與線摩擦的問題。
所以，本發明旨在克服現有技術中的這些缺陷，提出一種新的無接觸測量線方法，這樣可以根據需要的精度進行可靠測量。
為此，本發明目的在於提供一種在一個與所述線的行進方向基本垂直的平面中測量線的至少一個截面直徑的方法，該方法在於從假源A發射至少一個散射光束，以便在至少一個接收器的表面上獲得線的至少一個圖像，並測量所述至少一個圖像，其特徵在於該方法用下面的方法設置假源和接收器，當線的截面在一個測量窗中移動時，線的圖像的測量值基本不變，或者至少其波動保持在對應於所需測量精度的區間IT內。
這種布局可以根據散射光束測量能沿一個方向移動的線，計算比較簡單，同時R＝Kxe1，K是常數，e1是圖像測量，R是線徑測量。
通過下面結合附圖對唯一的實施例進行描述將會更加清楚地理解本發明的其他特徵和優點，其中
圖1是說明本發明的無接觸測量方法的示意圖，其中可以允許線沿一個方向傾斜；圖2是說明本發明的無接觸測量方法的示意圖，其中可以允許線在一個窗中傾斜；和圖3是說明運行中的無接觸測量方法的示意圖。
在圖1中，用10表示一根線，特別是一根紡線。對於下面的描述中，用線表示一個不論其材料和截面形狀如何的細長元件。
線的截面通常為圓形，所以本發明的方法可以在一個基本與行進方向垂直的平面中測量至少一個直徑，下面將該平面稱作測量平面。
被測線10通常的直徑約在0.1mm到幾mm之間變化，其行進速度約在0到40m/s之間變化，測量為連續測量或通過取樣實現。對於精確度來講，通常允許的分辨力為0.005mm到0.01mm的量級。在下面的描述中將精度稱為IT。
這些數值均不受限制，只是作為說明給出的，目的是規定與測量相關的應力的數量級。
在下面的描述中，在所述測量平面中認為線10的截面中心的平均位置就是由垂直軸X和Y形成的標記的原點O。
在行進中，線10可以波動或振動，其截面可以在一個基本與行進方向垂直的平面中移動，這種移動在後面稱作傾斜。
在簡化的情況下，線可以在一個平面中波動，這就是沿一個方向傾斜。
因此，如圖1所示，線10的截面中心可以沿Y軸移動。
無接觸測量方法在於利用測量平面中的至少一個散射光束12照亮該線，並測量該線在接收器14上的投影圖像，該圖像也稱作影子，在圖中用一個平面構成該接收器。
測量接收器14上的影子的設備可以是不同特性的設備。因為這些設備是本領域公知設備，所以不對它們進行細述。
同樣，因為光束12的製作技術也是本領域公知技術備，所以也不對它進行細述。散射光束12的假源由一個基準點A構成。接收器14和直線AO之間的基準點為B。
光束12的大小合適，以便能夠容納線的截面，並在線的所述截面上產生兩個切線16.1和16.2，這兩個切線限定接收器14上的投影圖像。
對於下面的描述，在測量平面中的線徑被表示成R，該線10在接收器14上的投影圖像的測量表示成e1。散射光束12的點A與點O分開的距離為a。
點B與點O分開的距離為b。
根據本發明，接收器14有一個與直線AB不垂直的接收平面，直線AB和接收平面之間形成α角度。選擇角度α，使其補償沿傾斜Y軸的移動。這樣，當線10朝正縱坐標(圖1中朝上)移動時，線的中心遠離A點，所以切線16.1和16.2形成的角度減小。但是，這種減小因接收平面的定位而得到補償，圖像在接收器上的投影區域離A點更遠，由光束和接收平面形成的傾角更大，這通過更大的圖像體現出來。在反方向時，線10朝負縱坐標(圖1中朝下)移動時，線的中心靠近A點，所以切線16.1和16.2形成的角度增大。但是，這種增大因接收平面的定位而得到補償，在這種情況下，在接收器上的投影區域離得更近，傾角更小，這通過更小的圖像體現出來。
根據本發明的一個特徵，選擇a和b值，使a/b的比值約為1到5，使α角度能夠在約25-85°之間變化，以便可以沿Y軸傾斜。由X軸和接收平面形成的β角在約5-85°之間變化。
在這種情況下，應注意的是當構成線10的中心的點O在最小值Ymin和最大值Ymax之間移動時，測量e1對於直徑值恆定時也是恆定的，或至少它的波動保持在允許的範圍IT內，該範圍對應於希望的測量精度。分開Ymin和Ymax的距離由機械應力限定，所述機械應力主要與接收平面和光束的尺寸相關。
這種布局可以根據散射光束測量能夠沿一個方向移動的線，當R＝Ke1時，計算也比較簡單，其中K是不變的幾何函數。
a/b的比值最好約為2，α角度最好約為40-60°。
根據一種實施模式，α角度約為55°。
光束12形成的散射光最好約為15°。
根據本發明的另一個特徵，該裝置包括兩個源A1和A2，它們的設置應在線沿X軸移動時使其中一個源獲得的測量補償另一個源獲得的測量。
如圖2和3所示，該裝置最好沿Y軸對稱。這樣，這種布局有兩個產生兩個散射光束12.1，12.2的源A1、A2以及兩個接收器14.1，14.2。在這種情況下，線10分別在接收器14.1和14.2上的圖像測量分別為e1和e2。
這種布局可以允許線的中心O沿X軸移動，但不會擾亂測量。也可以改變線截面的圓度。
根據這些情況，可以交替測量e1和e2，以便增加測量次數。
因此根據本發明，線10可以在一個邊長為5mm的大體正方形的窗口中移動，但不會擾亂測量。對於恆定的線徑值來講線徑的測量值也基本是恆定的，或至少它的波動保持在允許的範圍IT內，該範圍對應於希望的測量精度。
根據本發明的一個特徵，選擇數值L，1(L和1正比於a和b)和α，以便使數值(e1×e2)/(e1+e2)基本為恆定，最好R＝(e1×e2)/(e1+e2)。
作為例子，現參考圖3，對於直徑等於1mm的線來講，根據線的中心O的位置沿X，Y軸得到下面的e1值
對於e2來講，根據線的中心O的位置沿X，Y軸得到下面的值
通過使用公式(e1×e2)/(e1+e2)，得到線的測量直徑的下面一些數值
根據本發明的一個特徵，接收器14.1和/或14.2包括一組感光探測器，特別是一組後面稱作矩陣的光電二極體，接收器例如是CCD型，這在文獻CH-643.060中作過描述，也可以是CMOS。
因為已經知道矩陣的大小以及光源和接收器之間的線的平均位置，所以通過確定線的影子蓋住的矩陣數就可計算線的直徑數值。
根據本發明的第一實施方案，對於與影子的各邊相齊的有一部分被線的影子蓋住的邊緣矩陣來講，利用比例性計算，由部分被蓋住的矩陣的影子蓋住的那一部分的尺寸正比於所述矩陣接收到的光強度。
考慮到接收器相對於光束的傾斜，所以需要考慮光源和每個矩陣之間的距離差，以便根據所述矩陣接收到的光強計算由邊緣矩陣影子蓋住的那部分的尺寸。因此，將計算的數值乘以光源和部分被蓋住的矩陣之間的距離的函數係數。
當將比例性計算用於根據部分被蓋住的矩陣接收到的強度確定線的尺寸時，經計算的線徑數值應將接收器的汙染考慮在內。為此，一種方案在於確定一個係數，該係數等於測量期間未受汙染的矩陣接收到的強度和受汙染的矩陣接收到的強度之間的比值，並將為邊緣每個矩陣計算出的數值乘以所述比值。根據一種變型，該係數可以等於測量期間未受汙染的矩陣的充電時間和受汙染的矩陣的充電時間之間的比值。
根據一種優選變型，為了簡化計算，不再考慮汙染，因而增加測量的次數，一種方案在於採用一個具有一些小尺寸矩陣的接收器，以便不考慮部分被蓋住的矩陣，由邊緣矩陣影子蓋住的那部分的尺寸產生的測量誤差小於測量所希望的許可範圍，所以並不需要考慮汙染。
在這種情況下，矩陣或光電二極體的尺寸應當小於K×IT，IT是允許的範圍，K等於(a+b)/α。
例如，對於線徑允許範圍IT約在正負0.5％和比值K為3/2的情況下，線徑為0，2mm時選擇小於3μm的矩陣。
當然，本發明顯然不限於上述實施模式，反之可以覆蓋所有變型，特別是接收器、光束的特性和形狀，以及線投影到接收器上的圖像的測量技術。
最後，可以考慮用本發明裝置測量其他不同線狀元件。
權利要求
1.一種在一個平面中測量線(10)的至少一個截面直徑的方法，所述截面與所述線(10)的行進方向基本垂直的，該方法在於從假源A發射至少一個散射光束(12)，以便在至少一個接收器(14)的表面上獲得線的至少一個圖像，並測量所述至少一個圖像，其特徵在於該方法用下面的方法設置至少一個假源和所述相關的接收器當線的截面在一個測量窗中移動時，使線的圖像的測量值基本不變，或者至少其波動保持在對應於所需測量的精度範圍IT內。
2.一種在一個平面中測量線(10)的至少一個截面直徑的裝置，所述截面與所述線(10)的行進方向基本垂直的，所述裝置包括至少一個能將所述線的圖像投影在至少一個接收器(14)上的假圓A的散射光源(12)，以及確定被投影到所述接收器上的線的圖像測量的設備，其特徵在於下面的方法設置至少一個假源和所述相關的接收器當線的截面在一個測量窗中移動時，使線的圖像的測量值基本不變，或者至少其波動保持在對應於所需測量的精度範圍IT內。
3.根據權利要求2所述的測量裝置，其特徵在於所述接收器(14)有一個與直線AB不垂直的接收平面，直線AB和接收平面之間形成α角度，B是直線AO和所述接收平面之間的交點，O是所述線(10)的中心的平均位置，選擇角度α，使其補償沿傾斜Y軸的移動。
4.根據權利要求3所述的測量裝置，其特徵在於比值a/b約為2，a是A和O分開的距離，b是O和B分開的距離。
5.根據權利要求3或4所述的測量裝置，其特徵在於所述接收器(14)與直線AB形成一個可以在25-85°之間變化的α角。
6.根據權利要求5所述的測量裝置，其特徵在於α角度為40-60°。
7.根據權利要求2-6之一的測量裝置，其特徵在於該裝置包括兩個源(A1，A2)，它們的設置應在線沿第二傾斜X軸移動時使其中一個源獲得的測量補償另一個源獲得的測量。
8.根據權利要求3或7所述的測量裝置，其特徵在於該裝置沿Y軸對稱。
9.根據權利要求4或8所述的測量裝置，其特徵在於選擇數值a，b和α，以便使數值(e1×e2)/(e1+e2)基本為恆定。
10.根據上述任一權利要求所述的測量裝置，其特徵在於接收器(14.1，14.2)是包括一組光電二極體或矩陣CCD型，通過知道矩陣的大小以及光源和接收器之間的線的平均位置，並通過確定線的影子蓋住的矩陣數計算線的直徑。
11.根據權利要求10所述的測量裝置，其特徵在於所述接收器具有一些小尺寸矩陣，這些小矩陣可以不考慮部分被蓋住的矩陣，由邊緣矩陣影子蓋住的那部分的尺寸產生的測量誤差小於測量所希望的許可範圍。
12.根據權利要求11所述的測量裝置，其特徵在於矩陣的尺寸應當小於K×IT，IT是允許的範圍，K等於比值(a+b)/α。
全文摘要
本發明提供一種在一個平面中測量線(10)的至少一個截面直徑的方法，所述截面與所述線(10)的行進方向基本垂直的，該方法在於從假源A發射至少一個散射光束(12)，以便在至少一個接收器(14)的表面上獲得線的至少一個圖像，並測量所述至少一個圖像，其特徵在於該方法用下面的方法設置至少一個假源和所述相關的接收器當線的截面在一個測量窗中移動時，使線的圖像的測量值基本不變，或者至少其波動保持在對應於所需測量的精度範圍IT內。
文檔編號G01N21/89GK1766589SQ200510065658
公開日2006年5月3日 申請日期2005年3月1日 優先權日2004年3月1日
發明者蒂埃裡·貝託諾, 塞巴斯蒂安·瓦萊 申請人:菲爾 孔特雷爾