Пристрій для вимірювання в динамічних умовах ширини щілини з переміщуваними в мікронних межах краями

Пристрій для вимірювання в динамічних умовах ширини мікрощілини з переміщуваними її кра Корисна модель стосується технічної фізики і може бути використаний для дистанційного вимірювання і контролю лінійних мікророзмірів об'єктів, безпосередній доступ до яких пов'язаний зі значними труднощами. Наприклад, для вимірювання лінійних розмірів при виливанні (екструзії) розплаву для створення тонких металевих аморфних стрічок із тигля, горизонтальна кромка якого є одним зміщуваним краєм вузької поздовжньої (горизонтальної) щілини, а другим її краєм є також рухома верхня ділянка поверхні широкого диска, що обертається теж навколо горизонтальної вісі. Відомі пристрої для вимірювання ширини мікрощілини (різниці поділок між окремими рівнями поверхні рідини) [1], в яких один край мікрощілини (горизонтальна поверхня) є зміщуваним паралельним переносом. Фізичну основу функціонування пристрою складає явище порушеного повного внутрішнього відбивання світла, що відбувається у скловолокні (сенсорі), розташованому на мікровідстані від контрольованої поверхні, а сам пристрій містить освітлювальну систему, голівку сенсора та пристрій реєстрації, вхідне вікно якого з'єднано зі скловолокном. Недоліком відомих пристроїв-аналогів є те, що вони не забезпечують можливість вимірювання і контролю ширини мікрощілини, один чи обидва краї якої підлягають мікропереміщенням в процесі функціонування, наприклад, зміні рівня рідини, розплаву, тощо. ШИРИНИ видається під відповідальність власника патенту ЩІЛИНИ З ПЕРЕ ями, що містить освітлювальну систему, пристрій реєстрації з вхідним вікном світлового пучка, який відрізняється тим, що за освітлювальною системою в нього введені за ходом світлового променя формувач профілю мікрощілини, проекційна система з мікрооб'єктивом з мікрометричною сіткою та колективною лінзою, а в площині сформованого проекційною системою зображення профілю мікрощілини розміщено вхідне вікно пристрою реєстрації, з'єднаного з монітором. Найбільш близьким до винаходу за технічною сутністю є пристрій [2] - прототип для визначення лінійних мікророзмірів об'єктів чи мікровідстані між об'єктами, що можуть бути піддані мікрозміщенням в процесі функціонування, який містить освітлювальну систему та пристрій реєстрації з вхідним вікном світлового пучка. Недоліком прототипу є відсутність візуалізації мікрощілини по всій її довжині, а відповідно, і неможливість одночасного оцінювання зміни розміру мікрощілини у будь-якому перерізі по всій її довжині, а також ускладнення конструкції за рахунок введення пристрою сканування світлового пучка в освітлювальній системі шляхом його паралельного переносу (зсуву) в межах мікрооб'єкта (мікрощілини). Вимірювання розмірів мікрощілини при допомозі пристрою-прототипу не є прямим, а потребує обробки аналогово сигналу з урахуванням швидкості переміщення вузла сканування у цьому пристрої. Завданням корисної моделі є створення пристрою для вимірювання ширини мікрощілини з переміщуваними в динамічних умовах її краями з розширенням його функціональних можливостей шляхом визначення цієї величини в будь-якому перерізі вздовж всієї довжини мікрощілини, зокрема, в двох її крайніх положеннях, а також спрощення його конструкції шляхом фіксації освітлювальної системи. Це завдання вирішується тим, що у пристрої для вимірювання ширини мікрощілини з переміщу О) а> 10119 ваними в динамічних умовах її краями, що містить освітлювальну систему, пристрій реєстрації з вхідним вікном світлового пучка, згідно з винаходом, за освітлювальною системою в нього введені за ходом світлового променя формувач профілю мікрощілини, проекційна система з мікрооб'єктивом з мікрометричною сіткою та колективною лінзою, а в площині сформованого проекційною системою зображення профілю мікрощілини розміщено вхідне вікно пристрою реєстрації, з'єднаного з монітором за можливості візуалізації мікрощілини по всій її довжині і мікрометричної сітки на двох її поздовжніх краях для зчитування з екрана за шкалою цієї сітки показів для визначення розмірів ширини мікрощілини саме у цих її ділянках. Введення проекційної системи в пристрій з візуалізацією профілю мікрощілини на екрані монітора для прямого визначення розмірів ширини мікрощілини у будь-якому перерізі по всій її довжині, а також фіксація освітлювальної системи в пристрої вигідно відрізняють запропонований пристрій від відомих аналогів, оскільки виключають необхідність сканування світловим пучком площини мікрощілини та урахування дифракційних ефектів на ній під час мікропереміщень за можливості візуалізації на екрані монітора в горизонтальному напрямку мікрощілини по всій її довжині і мікрометричної сітки з обох боків зображення профілю мікрощілини для зчитування з екрана за показами шкали мікрометричної сітки розмірів ширини мікрощілини у цих її ділянках. На Фіг.1 показана схема пристрою, що містить: джерело світла 1, апертурну діафрагму 2, освітлювальну систему з циліндричною лінзою З, формувач профілю мікрощілини 4, який, наприклад, виконано таким чином, що він містить верхній край, утворений горизонтальною кромкою тигля Т, а нижній - горизонтальною ділянкою поверхні на вершині широкого диска S, встановленого з можливістю обертання за годинниковою стрілкою в напрямку (на Фіг.2 - розрізі А-А Фіг. 1 зазначено також лівий Л та правий П краї такої мікрощілини), освітлювальна система з мікрооб'єктивом 5 (диоптрійною трубкою), котрий вміщує мікрометричну сітку, та колективною лінзою 6, діафрагму 7 вхідного вікна світлового пучка, розташовану в площині сформованого проекційною системою зображення мікрощілини, пристрій реєстрації (телекамеру) 8, з'єднаний з монітором 9, на обох краях екрана якого візуалізовано шкалу Ш мікрометричної сітки та лівий Л' і правий ГТ поздовжні краї зображення мікрощілини. Пристрій працює наступним чином. Випромінювання від джерела світла 1 через апертурну діафрагму 2, проходячи через циліндричну лінзу 3, попадає в формувач профілю мікрощілини 4 між тиглем Т та диском S. Світло від формувача профілю мікрощілини 4 через проекційну систему з мікрооб'єктивом 5 та колективною лінзою 6 формує проміжне зображення мікрощілини 4 та шкали мікрометричної сітки мікрооб'єктива 5 в площині діафрагми 7 вхідного вікна пристрою реєстрації (телекамери) 8. Пристрій реєстрації 8 формує дійсне зображення мікрощілини та шкали мікрометричної сітки мікрооб'єктива 5 на екрані монітора 9, і за показами візуалізованої на цьому 4 екрані шкали НІ мікрометричної сітки на лівому Л' і правому П' поздовжніх краях зображення мікрощілини визначено її ширини. За рахунок фіксації освітлювальної системи з джерелом світла 1 та циліндричної лінзи 3 в площині формувача профілю мікрощілини 4 утворено стабільне зображення джерела світла у вигляді видовженої смуги, котра колінеарна поздовжній вісі формувача профілю мікрощілини 4, що виключає вплив неконтрольованих дифракційних ефектів за їх появи в умовах динамічних змін в перерізі мікрощілини. Введенням проекційної системи з мікрооб'єктивом 5 та колективною лінзою 6 узгоджується передача зображення формувача профілю мікрощілини 4 між тиглем Т та диском S і шкали Ш мікрометричної сітки мікрооб'єктива 5 в площину діафрагми 7 вхідного вікна пристроя реєстрації 8, чим досягається можливість одночасного спостереження зображення профіля обох (Т та S') поздовжніх країв мікрощілини між тиглем Т та диском S і забезпечуються умови вимірювань її ширин у перерізах Л' та ГТ на цих краях по шкалі Ш зображеної мікрометричної сітки мікрооб'єктива 5. У результаті проведених експериментів розроблено діючий зразок пристрою для вимірювання в динамічних умовах ширини мікрощілини з переміщуваними її поздовжніми краями. Встановлено, що за середньої ширини мікрощілини між тиглем Т та обертальним диском S, котра складає 100 мікрометрів при формуванні із розплаву, який витікає із тигля Т на поверхню диска S, аморфної металевої стрічки товщиною 2535мкм, внаслідок візуалізації зображення мікрощілини та шкали мікрометричної сітки на екрані монітора вимірювана різниця між ширинами мікрощілини в її центральному та бокових перерізах не перевищує 1,5 мікрона. Пристрій забезпечує розширення функціональних можливостей шляхом одночасного вимірювання ширини мікрощілини у всіх її перерізах в процесі змін ширини, викликаних динамічним режимом функціонування самої мікрощілини. Таким чином, застосування запропонованого пристрою забезпечує вимірювання в динамічних умовах ширини мікрощілини з переміщуваними в мікронних межах краями, що її формують, за умови спрощення конструкції пристрою за рахунок фіксації освітлювальної системи та візуалізації мікрощілини по всій її довжині на екрані монітору з можливістю визначення розміру ширини у будьякому перерізі за рахунок відліку рівнів розміщення горизонтальних кромок обох країв за показами шкали мікрометричної сітки, зображення якої також сформовано на екрані монітора проекційною системою пристрою. Джерела інформації: 1. Moseley Р.Т., Crocker A.J. Sensor Materials. 1996. Institute of Physics Publishing. Bristol and Philadelphia. P. 190. 2. Захарченко І.В., Робур Л.Й. Аналіз похибки, що виникає при дистанційному вимірюванні лінійних розмірів об'єктів. Вісн. Київ. Нац. Унту. Фізика. №6, 2004. С 15-17. 10119 *Y Комп'ютерна верстка Г Паяльніков Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український Інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601