СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕКТОВ МАЛЫХ РАЗМЕРОВ С НЕРОВНЫМИ КРАЯМИ И ИНТЕРФЕРОГРАММ НА БАЗЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
METHOD OF MEASURING SMALL DIMENSIONS OBJECTS WITH UNEQUAL ENDS AND INTERFEROGRAMS BASED ON PHOTOELECTRIC RECEIVER

Изобретение относится к способам измерения объектов с малыми размерами, порядка десятков и сотен микрон, с неровными краями с последующей компьютерной обработкой результатов измерения. Цель изобретения - определение размеров объектов с неровными краями и ширины полос интерферограмм.
Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения объекта и автоматически определить точку отсчета при размытом крае объекта измерения с последующей компьютерной обработкой результатов измерения. Принцип методики заключается в том, что измеряемый объект фотографируется с помощью микроскопа и изображение измеряемого объекта, отпечатанное на фото слайде, проектируется при помощи диапроектора на экран. При этом отношение истинного размера объекта к его изображению на слайде легко определяется по масштабу увеличения микроскопа. Для определения масштаба увеличения объекта при проекции его на экран, изображение калибруется с помощью слайда с изображением объекта с заранее известными размерами, например полоской с ровными краями шириной 1 мм.
Одним из частных решений этой задачи является измерение ширины интерференционных полос, полученных в результате проведения оптических экспериментов. В этом случае все интерференционные полосы, являющиеся объектом измерения, имеют размытые края. В состав установки входит:
1. Диапроектор, куда вставляется слайд с фотографическим кадром проявленного изображения.
2. Экран, куда проектируется данный кадр.
3. Фотодиод, который равномерно перемещается по экрану, встречая на своем пути чередование светлых и темных тонов.
4. Два счетчика электрических импульсов с цифропечатью, один из которых включается и считает электроимпульсы, когда светодиод движется, например, по светлому тону и выключается, когда фотодиод входит в область темного тона. Другой счетчик наоборот, включается и считает электроимпульсы, когда фотодиод входит в область темного тона и выключается, когда фотодиод переходит в область светлого тона, а также элементы, приведенные на рис.1.
Предварительно установка калибруется, т.е. определенная единица длины на фотографическом слайде должна соответствовать определенному числу импульсов.
Блок-схема установки приведена на рис.1.
Одной из особенностей данной методики является то, что ширина измеряемого объекта, в данном случае интерференционной полосы, измеряется в относительных единицах-импульсах, регистрируемых на экране пересчетного устройства, когда по сигналу с фотодиода устройство включается и начинает считать импульсы.
Таким образом, точность измерения ширины полос значительно повышается благодаря тому, что частоту следования импульсов и время прохождения фотодиодом светлой и темной полосы можно варьировать в широких пределах.
После этого результат измерения ширины полосы в количестве импульсов переводится, в соответствии с калибровкой, в единицы длины - мм или мкм.
Другой особенностью данной методики является то, что фотодиод автоматически реагирует на степень затемненности полосы, т.е. он сам выбирает точку отсчета ширины полосы, посылая сигнал на пересчетное устройство. Таким образом, решается задача размытости полосы при переходе темного тона в светлый и наоборот. После обработки результатов измерений при помощи компьютера на мониторе получается изображение интерференционной картины с резкими границами перехода светлого и темного тонов.
На рис.2 представлена электрическая принципиальная схема устройства запуска и остановки пересчетных устройств ПСО сигналами с фотодиода ФД-1 при прохождении им темных и светлых полос интерференционной картины, полученной на фото слайде.
Способ иллюстрируется примером.
Берут фото слайд с изображением интерференционных полос. Границы полос при переходе из светлого тона в темный имеют не четкую, размытую структуру. Слайд вставляют в диапроектор и проектируют на экран. Предварительно для калибровки в диапроектор вставляют слайд с изображением полосы шириной 1 мм с четким переходом светлого тона в темный. Фотодиод ФД-1 равномерно движется по экрану, попеременно пересекая границы темных и светлых тонов. При прохождении темной области сигнал с фотодиода отсутствует, при прохождении светлой области с фотодиода поступает электрический сигнал.
Сигнал с фотодиода ФД-1 усиливается операционными усилителями 140 УД 6 и поступает на вход микросхемы 155 ТЛ 3, в состав которой входят два триггера Шмита с элементом на входе 4 И-НЕ. Сигналы с двух выходов МС поступает непосредственно на входы счетчиков импульсов ПСО, предварительно усиливаясь усилителями, собранными на транзисторах К 361. Сигналы с двух других выходов МС 155 ТЛ 3 поступают на входы МС 155 ЛА 3, в состав которой входят четыре элемента 2 И-НЕ и после этого поступают, предварительно усиливаясь, на входы счетчиков импульсов ПСО. Это сделано для того, чтобы при наличии сигнала с фотодиода первый ПСО включался и начинал считать импульсы, а второй выключался. И наоборот - при отсутствии сигнала с фотодиода первый ПСО выключался и заканчивал счет импульсов, а второй включался и начинал считать импульсы. При проекции на экран калибровочного слайда и включении счетчика импульсов при прохождении фотодиодом границы темного и светлого тонов, устанавливается количество импульсов, соответствующее ширине полосы в 1 мм на фотографическом слайде. Таким образом, определятся коэффициент для обратного пересчета - число импульсов в единицы длины. В соответствии с блок-схемой, приведенной на рис.1 информация с пересчетных устройств ПСО поступает в компьютер, где обрабатывается и, в соответствии с программой из компьютера поступает сигнал на обнуление дисплеев пересчетных устройств для нового счета импульсов при прохождении фотодиодом очередной границы темного и светлого тонов. Таким образом, по мере равномерного продвижения фотодиода по экрану, в компьютер поступает информация о ширине, проектируемых на экран интерференционных полос.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники // Москва, «Мир», 1986.
2. Б.И. Юдин. Расчет профиля градиента распределения показателя преломления заданной формы в оптических элементах из стекла для улучшения их оптических параметров. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. В.2, 2008, С. 27-29.
3. С.Ф. Грилихес, В.Г. Ильин, М.Н. Полянский. Интеференционное изменение параметров элементов градиентной оптики. // Сб. научн. тр. Тула: Тульский политехнический институт. 1980. С.3-6.