203595. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés vékony huzalok átmérőjének érintésnélküli meghatározására
1 HU 203 595 B 2 határozott, rögzített távolságban egy intenzitás maximum és egy szomszédos intenzitás minimum közötti éleken rendeznek el, és a fotocellák intenzitás mérési eredményei szolgálnak mértékként a mért huzal átmérőjének előre meghatározott névleges értéktől való eltérésére. Ennek az eljárásnak hátránya továbbá, hogy íz egyes intenzitás minimumok és intenzitás maximumok sűrű egymás melletti elhelyezkedése következtében csupán igen korlátozott méréstartományban használható. Általánosan ismertek továbbá fénykép térbeli struktúráinak, valamint a fényképben megtalálható térbeli frekvencia komponenseknek általános érzékelésére szolgáló olyan műszaki megoldások, amelyek speciális optoelektronikus alkatrészek segítségével, amelyek nagyszámú fényvevőből, például szenzorsorok és szenzormatricák alakjában vannak összeépítve (erre ad példát aDD-222109,aDE-2140939,aDE-2 448 571, a DE-2 947 722 számú német, valamint az EP-A-0 100 412 számú európai szabadalmi leírás), de ezeket az eljárásokat mindeddig tudomásunk szerint nem használták diffrakciós képek érzékelésére és kiértékelésére. Az idevonatkozó ismert műszaki megoldások egy másik csoportja a diffrakciós képet vonatkozási képpel történő összehasonlítás során értékeli ld. Itt vonatkozási képként akár egy másik diffrakciós kép is felhasználható, amelyet azonos hullámhosszú fénnyel megvilágított, ismert szélességű segédréssel állítanak elő. Ha ennek segédrésnek, valamint a mért struktúrának a szélessége azonos, úgy mindkét diffrakciós kép a központi képen kívüleső részén azonos, és a differenciáló kiértékelő eljárással nyert jel minimumra csökken. Más ismert eljárások során hivatkozási képként térfrekvenciaszűrőket alkalmaznak. Ezek vagy váltakozva áteresztő és át nem eresztő csíkokból állnak és ha egyeznek a diffrakciós képpel, úgy csupán egy intenzitás minimumot engednek át (lásd a DE-2165 693 számú szabadalmi leírást), vagy pedig fázismenetet befolyásoló elemek elrendezéséből állnak, amely a diffrakciós képpel való egyezés esetén maximális intenzitású korrelációs csúcsot hoznak létre a mérendő tárgy leképezési síkjában (lásd a DD-222 109 számú szabadalmi leírást). Ezeknek a megoldásoknak főleg az a hiányossága, hogy segítségükkel csupán szűk korlátozott méréstartományon belül, a vonatkoztatási kép által meghatározott névleges értéktől való eltérés határozható meg. Több méréstartomány átfedésére a szóbanforgó eljárást úgy fejlesztették tovább, hogy a vonatkoztatási képet a segédrés szélességének változtatásával, illetve a térszűrő sugármenetben hatásos sávszélességének változtatásával mérhetően megváltoztatják. Más műszaki megoldásoknál a diffrakciós kép nagyságát a segédrés mérhető eltolásával, illetve a huzal mérhető eltolásával konvergens sugármenet alkalmazása mellett vagy állítható gyújtótávú lencserendszer alkalmazása mellett a rögzített vonatkoztatási képhez illesztik mérhető módon. Ezeknek a DE-827 123, a DE-1933 651, a DE-2165693 számú szabadalmi leírásokban található eljárásoknak közös hátránya, hogy mindenkori méréstartományukat mechanikus beállítással egymásután kell letapogatni. Ezek a mechanikusan mozgatott alkatrészek azonban a használat során kopásnak vannak kitéve és folyamatos mérésekre kevésbé alkalmasak. Hasonló elven működik a DE-1908 275 számú szabadalmi leírásban ismertetett letapogatási eljárás is, amelynél a vonatkoztatási kép funkcióját előre meghatározott számláló impulzussorozat veszi át. A DE-1925 587 számú szabadalmi leírás olyan eljárást ismertet, amelynek során az elhajlás vagy fénytörés által eltérített sugarak összintenzitását olyan elrendezésben mérik, amilyen a Schlieren-módszerhez használatos, és ezt veszik mértékként a huzal átmérőjére. Ennek az eljárásnak az a hiánya, hogy a huzal felületi érdessége és szennyezettsége meghatározhatatlan módon befolyásolhatja az eltérített fény intenzitását és ezzel a mérési eredményt is. A találmánnyal célunk olyan mérési eljárás és ezt megvalósító berendezés létrehozása, amely lehetővé teszi nyugvó vagy mozgásban levő vékony huzalok, szálak folyadéksugarak és hasonlók átmérőjének, valamint rések szélességének és finom furatok átmérőjének mozgó mechanikus alkatrészek nélküli, érintésmentes és roncsolásmentes, folyamatos mérését nagy pontossággal és viszonylag nagy méréstartományban. A felsorolt, ismert műszaki megoldások műszaki hiányosságainak fő oka abban a nehézségben rejlik, amelyet a vékony huzalok, szálak, folyadéksugarak és hasonlók átmérőjének, valamint a résszélesség és finom furatok átmérőjének meghatározására különösen alkalmas diffrakciós kép érzékelése és kiértékelése jelent, nagy sebességgel és a diffrakciós kép információtartalmának messzemenő kihasználásával. A találmánnyal megoldandó feladatot tehát úgy határozhatjuk meg, hogy olyan gyors és pontos mérési eljárást, valamint azt megvalósító berendezést kell kifejleszteni, mely segítségével a diffrakciós kép nagy méréstartományban egyértelmű eredménnyel, valamint technológiai műveleteknél történő alkalmazásnál kopásmentesen és zavaróvédetten kiértékelhető. A kitűzött feladat megoldása során olyan eljárásból indultunk ki, amelynek során vékony huzalok, szálak, folyadéksugarak és hasonlók átmérőjének, valamint rések szélességének és finom furatok átmérőjének meghatározásához a Fraunhofer-féle elhajlási minta felhasználásával mérendő tárgyat párhuzamos, monokromatikus és koherens fénysugárral megvflágítunk. Ezt a találmány értelmében úgy fejlesztettük tovább, hogy a mérendő tárgy által keltett diffrakciós kép legalább egyik felének teljes helyi intenzitáslefolyását az el nem hajlott fénysugár levágásával hézagtalanul érzékeljük, majd digitalizáljuk és digitális alakban eltároljuk, majd az így képzett adatmezőből Fourier-transzformációval a diffrakciós kép helyi frekvenciáját meghatározzuk és abból a mérendő tárgy átmérőjét, illetve szélességét a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
