203595. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés vékony huzalok átmérőjének érintésnélküli meghatározására
1 Hü 203 595 B 2 A találmány tárgya vékony huzalok átmérőjének érintésnélküli meghatározására vonatkozó eljárás, amelynek során vékony huzalok, szálak, folyadéksugarak és hasonlók átmérőjét, továbbá kis furatok átmérőjét, valamint rés szélességét határozzuk meg a Fraunhofer-féle elhajlási jelenség alkalmazásával úgy, hogy a mérendő tárgyat párhuzamos, monokromatikus és koherens fénysugárral világítjuk meg. A találmány tárgya, továbbá a fenti eljárást megvalósító berendezés is, amely fényforrást tartalmazó megvilágítási elrendezést, a diffrakciós kép helyi intenzitás lefolyását érzékelő detektorelrendezést, analóg-digitális átalakítót, digitális adattárolót és Fourier-analizátort magában foglaló elektronikus kiértékelőegységet tartalmaz. A találmány szerinti eljárással, valamint az azt megvalósító berendezéssel nagy mérési pontosság érhető el, és úgy statikus egyedi méréseknél, mint változó technológiaifolyamatok, például húzás, forgácsolás, felgőzölögtetés során mérendő átmérők és/vagy résszélességek folyamatos ellenőrzésére és vezérlésére alkalmazható. Érintésnélküli átmérő meghatározásra a gyakorlatból számos műszaki megoldás ismert, melyek elektromos vagy pneumatikus mérési eszközöket használnak, vagy optikai eljárásokat alkalmaznak, amelynél a mérendő huzal árnyékképe, a mérendő huzal gömb vagy hengeres lencsékkel történő optikai leképzése vagy pedig a mérendő huzal sugárral történő letapogatása játszik lényeges szerepet. A fenti eljárásokra ad példát a DD-106469, aDE-1548 209, a DE-2 448 611 ésDE-2 105 185 számú német szabadalmi leírás. Az ezekben a leírásokban ismertetett eljárások közös hiányossága, hogy a mérés bonyolultsága csökeknő huzalátmérővel nő, azonban a mérés pontossága a huzal átmérőjével egyenes arányban csökken. Igen kis, például 200 pm alatti átmérők esetében ezért szinte egyeduralkodóan olyan mérési eljárásokat alkalmaznak, amelyek a Fraunhofer-féle elhajlási jelenségben alapulnak. EJFrimsehl: „A fizika tankönyve” c. könyvének 3., optikával foglalkozó kötetéből, valamint a Technik Verlag Berlin: ,3rockhaus abc: Physik” c. kiadványából ismert, hogy b szélességű rés vagy b átmérőjű huzal párhuzamos, monokromatikus és koherens X hullámhosszúságú fénysugárral való megvüágításakor elhajlási minta keletkezik, melynek I viszonylagos intenzitás eloszlása az elhajló fény ß elhajlási szögének függvényében az alábbi összefüggés szerint határozható meg: I(ß)- [l-cos^Zjjßz2 ahol z az alábbi összefüggést helyettesíti: z - ír. b. sinß/X Az I intenzitáseloszlás a megvilágító fény irányában szimmetrikus és váltakozva minimum- és maximum helyekkel rendelkezik Ha ezt az elhajlási mintát a mérendő tárgytól ± távolságban az el nem hajló fény irányára merőleges ernyőn felfogjuk és a Ids elhajlási szögeknél sinß-t tgß-val helyettesíthetjük úgy a képernyő intenzitáseloszlásának helyi frekvenciája: v»b/(X.f) Ezzel az összefüggéssel ismert ± távolságnál és hullámhossznál az elhajlási minta v helyi frekvenciájából a vizsgált b átmérője (szélessége) kiszámítható. Ilyen eljárást ismertet a „Zeitung angewandter Physik” 1951. évfolyamának 7. füzete, 242. oldala. Ennek a diffrakciós képnek a kiértékelésére számos műszaki megoldás ismert, melyek közvetlenül mérik az intenzitás maximumok, illetve az intenzitás minimumok helyét. Ez vagy fényképészeti úton történik, mint arra a DE-23 19410 számú szabadalmi leírás ad példát, vagy a diffrakciós képet egy vagy két mozgatható fotocellával egymás után letapogatják Utóbbira vonatkozó eljárást ismertet a DE-19 00 924, valamint a DE-2 141 824 számú szabadalmi leírás. Ezeknek az eljárásoknak közös hátránya, hogy nem alkalmasak folyamatos mérésekre. ADE-1623 230ésaDE-l 908 275 számú szabadalmi leírások értelmében a diffrakciós képet forgó vagy rezgő letapogató berendezéssel rögzített detektor előtt vezetik és a detektor jelének időbeli lefolyásából következnek az intenzitás maximumok és az intenzitás minimumok térbeli távolságára. A DE-2 331 575 számú szabadalmi leírás szerinti hasonló eljárásnál a diffrakciós képet forgó maszktárcsával tapogatják le és a diffrakciós kép középértéke és maximuma közötti időeltérésból határozzák meg azok térbeli távolságát. A három utolsóként megnevezett eljárás hátránya, hogy zavarérzékeny, mechanikusan mozgó alkatrészeket tartalmaznak. Ehhez járul a két legutolsónak említett eljárásnál az a további előfeltétel, hogy a letapogatási sebességet is a mérési eljárástól megkövetelt pontossággal kell meghatározni. E módszerek különös nehézsége abban rejlik, hogy az intenzitás eloszlás igen laposan lefolyó szélső értékeinek helyzetét is kielégítő pontossággal kell megállapítani. E nehézség áthidalására olyan eljárási javaslatok születtek, miszerint egy alkalmasan megválasztott küszöb felett a már diszkriminált jelet négyszögimpulzusokká kell átalakítani (lásd a DE-2.331.575 számú szabadalmi leírást), vagy pedig a jel differenciálásával és azt követő zérushely meghatározásával (DE- 2.026.803 számú szabadalmi leírás) a mérés pontossága javítható. E megoldások mindegyikének azonban igen nagy hátránya, hogy a teljes diffrakciós képből csupán kevesebb képinformáció, illetve a szomszédos képelemek közötti kevesebb intenzitás különbség információ érzékelhető ki, ezért ezek az eljárások különösen zavarérzékenyek az egyes mérési pontok valós mérési körülmények között fellépő véletlen hibáival szemben. Hasonló a hibája annak a további ismert eljárásnak, melynek különböző változatait aDE-1299 739.DE-1 929 505, DE-2 123 461, DE-2 319 410 számú szabadalmi leírások ismertetik, és amelynek során egy vagy több fotocellát a diffrakciós kép középpontjától meg5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
