DD226365A1

DD226365A1 - Einrichtung zur fluchtungs- und geradheitsmessung

Info

Publication number: DD226365A1
Application number: DD26587184A
Authority: DD
Inventors: Werner Krieg
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1984-08-01
Filing date: 1984-08-01
Publication date: 1985-08-21
Also published as: JPS6141904A; DE3515399A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fluchtungs- und Geradheitsmessung mit dem Ziel, die Messgenauigkeit auch bei grossen Messlaengen zu erhoehen und den Einfluss der Luftfluktuationen in der Messstrecke zu minimieren. Es sind eine Lichtquelle und eine Stabilisierungsoptik vorgesehen. Im Strahlengang sind auf dem Messobjekt je ein lage- und richtungsempfindliches sowie ein lageempfindliches Element angeordnet, welche Auflageflaechen und im Inneren Strahlenteiler und Reflektoren sowie zum Teil polarisationsoptisch wirksame Glieder besitzen. Fotoelemente, die diesen Gliedern zugeordnet sind, liefern elektrische Signale, die zur Ermittlung von Fluchtung und Geradheit weiterverarbeitet werden. Fig. 2

Description

Titel: Einrichtung zur Flüchtlings- und Geradheitsmessung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Flüchtlings- und Geradheitsines sung bei Kompensation der Umwelteinflüsse im Objektraum, insbesondere über lange und gegebenenfalls unterbrochene Strecken·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei einer, aus der DD-PS 146990 bekannten Anordnung zur Stabilisierung der energetischen Achse kohärenter Lichtbündel mit einem Laser und Mitteln zur Lichtbündelteilung und -zusammenführung und fotoelektrischem Empfängersystein, ist ein von den übrigen Baugruppen unabhängiges und separates, optisches System zur Teilung der Lichtbündel in zwei gegenläufige Komponenten vorgesehen, wobei dieses optische System unter anderem einen Strahlenteiler und polarisierende Elemente timfaßt·

In der DD-PS 206829 ist eine Anordnung und ein Verfahren zur Fluchtungs- und Geradheitsmessung mit Kompensation der Umwelteinflüsse beschrieben, wobei die zu messende Strecke mit einem Stabilisator und einem Empfänger oder auch durch zwei in Differenz geschaltete lageempfindliche Empfänger in Folgeschritten abgefahren wird· Eine Differenz- oder Additionsschaltung eliminiert die in Form von Parallelverschiebungen auftretenden Fluktuationen des Beleuchtungsstrahlenganges*

Die verbleibenden Höhen- und Seitenversetzungen zwischen den Meßebenen gelten als Meßwert, der bei dem nächsten Meßschritt für die Definition der neuen Basis berücksichtigt wird· Der gesamte Meßaufbau ist jedoch nur unter der Voraussetzung für die Kompensation der Umwelteinflüsse wirksam, wenn diese Schritte hinreichend klein gewählt werden» In der Praxis kann jedoch die Länge dieser Schritte nur in Spezialfallen, z· B· bei der Vermessung durchgängiger Führungsbahnen, optimal bemessen werden. Insbesondere ist die Realisierung hinreichend kleiner Schritte in der Präzis nur bei wenigen Messungen möglich* Bei der Messung über lange und unterbrochene Strecken, wie a# 3· in Lagergassen für große Schiffsantriebswellen, ist diese Anordnung nicht einsetz bar» Die Richtungsänderung des am Basispunkt ankommenden Lichtbündels verursacht trotz Kompensationsschaltung über lange Strecken unerwünschte Meßfehler· Auch stellen größere Parallelauslenkungen des unstabilisierten Strahlenbündels hohe Anforderungen an die Eigenschaften der Empfänger«

Aus der Zeitschrift "Peinwerktechnik und Meßtechnik" 89, (1981), 6, Seiten 261 - 265, ist es bekannt, Strahllageveränderungen dadurch zu minimieren, daß auf dem Prüfling selbst mit zwei Detektoren» zwischen denen ein Meßdetektor vorgesehen ist, eine Referenzgerade durch das Lichtbündel geschaffen wird· Die rechnerische Kompensation der Strahllage setzt allerdings eine sehr hohe Linearität des Meßdetektors voraus, da der Arbeitspunkt entsprechend der Strahldrift fortlaufend verschoben wird·

Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Meßgenauigkeit bei Fluchtungsund Geradheitsmessungen auch über große Längen zu erhöhen·

4642

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Fluchtungs- und Geradheitsmessung zu schaffen, mit welcher auch bei großen und/oder unterbrochenen Meßlängen der Einfluß von Luftfluktuationen auf die Meßgsnauigkeit minimiert wird, wobei die Meßschrittgröße bei minimalem Einfluß auf die Meßgenauigkeit weitestgehend variierbar ist·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Einrichtung zur Fluchtungs- und Geradheitsprüfung'mit einer Lichtquelle, umfassend eine Stabilisierungsoptik für das die Lichtquelle verlassende Strahlenbündel und Meßwerte für die Fluchtung und Geradheit liefernde Elemente, die getrennt von der Lichtquelle und der Stabilisierungsoptik auf dem zu prüfenden Meßobjekt in Richtung des Strahlenbündel verschiebbar und vorzugsweise mit dem Meßobjekt justierbar angeordnet sind, wobei die Elemente strahllageempfindliche Fotoempfänger besitzen, dadurch gelöst, daß auf dem zu prüfenden Meßobjekt je ein lage- und richtungsempfindliches sowie ein Iageempfindliche3 Element mit Strahlenteilern, Heflektoren und vorzugsweise polarisationsoptisch wirksamen Gliedern und Flächen vorgesehen sind*

Dabei ist eine Ausfährungsform dadurch gekennzeichnet, daß das lage- und richtungsempfindliche Element an seinem Gehäuse Auflageflächen und in seinem Inneren strahlenteilende und -vereinigende Elemente und zwei an' sich bekannte strahllageempfindliche Potoempfanger umfaßt, welche selbst oder deren virtuelle Bilder in der Ebene der Auflagefläche liegen, daß das lageempfindliche Element an seinem Gehäuse Auflageflächen und in seinem Inneren ein strahlenteilendes Element und einen strahllageempfindlichen Fotoempfänger umfaßt und daß die Fotoempfänger des lage- und richtungsempfindlichen Elementes mit einem Differenzbildner für die Fluchtung und der die Abweichungen von der Lage aufnehmende Fotoempfänger des lage- und richtungsempfindlichen Elementes mit einem Differenzbildner für die Richtung und beide Differenzbildner mit einer Auswerte- oder Anzeigeeinheit verbunden sind*

4642

Es ist vorteilhaft, daß das lageempfindliche Element ein Tripelprisma enthält, dessen Knotenpunkt in der Ebene einer Auflagefläche liegt und daß das lage- und richtungsempfindliche Element strahlenteilende und -vereinigende und polarisationsoptisch wirksame Glieder und Flächen und zwei an sich bekannte, strahllageempfindliche Fotoempfänger umfaßte

Es ist ferner vorteilhaft, daß das lage- und richtungsempfindliche Element ein Tripelprisma und eine, mindestens in einem gewissen Bereich, teilreflektierende Planparallelplatte umfaßt, und daß das lageempfindliche Element drei strahlenteilende und -vereinigende Glieder umfaßt, von denen zwei polarisationsoptisch wirksame Flächen besitzen, wobei zisei strahlenvereinigenden Gliedern je ein strahllageempfindlicher Fotoempfänger zugeordnet ist*

Die Fotoempfänger bestehen aus jeweils vier als Kreissektoren ausgebildeten Wandlerelementen»

Die Einrichtung ermöglicht die Präzisionsfluchtungsmessung und Geradheitsmessung extrem langer und auch unterbrochener Meßobjekte unter weitestgehender Herabsetzung der störenden Einflüsse der Luftfluktuation im Meßsveg· Im Unterschied zum Stand der Technik ist sie nicht an kleine Meßschritte gebunden, die nicht nur von den Luftverhältnissen, sondern auch von der von der Lichtquelle . ausgehenden Strahlung abhängen* Es kann mit realen, vom Meßobjekt her festgelegten Meßschritten ohne Zwischenbasen, gemessen werden* Die Ausführung der einzelnen Elemente der Einrichtung nimmt auf Belange der Praxis dahingehend Einfluß, daß die Meßwerterfassung in definierten Ebenen und die 7/irkung von Justierungen in mehreren Freiheitsgraden als Voraussetzung für ein gezieltes Messen ermöglicht werden· Die Einrichtung ist ohne größeren Aufwand an vorhandene Fluchtungs- und Geradheitsmeßeinrichtungen anpaßbar» Die Einrichtung, ist in vereinfachter Form auch in einer Meßebene anwendbar·

4642

Ausführung^ beispiei

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert werden«. In der Zeichnung zeigen

Fig* 1 den allgemeinen Aufbau der Einrichtung und die Anwendung am Meßobjekt,

Pig. 2 eine Einrichtung mit drei Potoempfängern, Fig» 3 eine Einrichtung mit einfachem Tripelprisma und Pig* 4 mit doppeltwirkendem Retroreflektor·

Wie in Fig· 1 schematisch dargestellt, sind auf einer Basis 1 eine Lichtquelle 2, vorzugsweise ein Laser, und ein, mehrere Auflager 3; 4; 5; 6, z* B· Führungen oder Lagarbuchsen, umfassendes Meßobjekt 7 angeordnet, wobei mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung Fluchtung und Geradheit dieser Auflager 3; 4; 5; 6 beispielsweise zu bestimmen oder diese Auflager in Höhe, Seite und Richtung in eine gemeinsame, durch das von der Lichtquelle 1 und einer dieser nachgeordneten Stabiiisierung30ptik 8 ausgehende Strahlenbündel 9 festgelegte Achse'10 zu justieren sind· Die Stabilisierungsoptik 8 ist, von der Lichtquelle 2 getrennt, auf dem Meßobjekt 7 gelagert.

Auf dem Auflager 3 ist ein lageempfindliches Element 11, und auf dem Auflager 4 ist ein lage- und richtungsempfindliches Element 12 angeordnet, deren innerer Aufbau aus Fig· ersichtlich ist· So sind im Gehäuse 13 des Elementes 11, welches am Umfang Auflageflächen 14;15 besitzt, ein strahlenteilendes Element 1β und ein strahllageempfindlicher Fotoempfänger 17, z. B. ein Quadrantenempfänger, angeordnet, dessen virtuelles Bild 18 in der Ebene 19 der AuflagefläGhen 15 liegt.

Im Inneren des lage- und richtungsempfindlichen Elementes 12, welches Auflageflächen 20;21 besitzt, sind ein strahlenteilendes Element 22 und ein Umlenkspiegel 23 im Strahlengang vorgesehen, welchen jeweils ein strahllagerempfindlicher Fotoempfänger 24;25 zugeordnet ist (Pig*2)_e

4642

Somit besitzt das Element 12 zwei Punktionsebenen, die in den Ebenen 26;27 der Auflageflächen 20;21 liegen«. Wie aus Pig· 2 ersichtlich, sind der Potοempfänger 17 und der Potoempfanger 25 mit einem Differenzbildner 28 für die Lage und die. beiden Potoempfanger 24;25 des Elementes 12 mit einem Differenzbildner 29 für die Richtung verbunden. Diese Differenzbildner 2S;29 sind mit einer Auswerte- oder Anzeigeeinheit 30 verbunden·

Im folgenden soll beispielsweise die Justierung der Auflager 3 bis 6 dargestellt werden, die in mehreren Meßoder Justierschritten erfolgt»

1» Justierschritt: Die Stabilisierungsoptik 8 bildet mit dem sie verlassenden Strahlenbündel 9 die meßtechnische Basis und wird nach ersten Auflager 3 und dem z* B* letzten Auflager 6 ausgerichtet« Infolge der Fluktuation der Luft innerhalb der vom Strahlenbündel 9 durchlaufenen Meßstrecke ist dieser Bezug zum letzten Auflager 6 nur ein vorläufiger*

2* Justierschritt: Das Auflager 3 wird mittels des lage- und richtungsempfindlichen Elementes 12 in Lage und Richtung zum Strahlenbündel 9 ausgerichtet und bildet in der genutzten Pluchtungsmeßebene die erste Hilfsbasis*

3· Justierschritt; Das Auflager 3 wird in der genutzten Pluchtungsmeßebene mit dem lageempfindlichen Element 11 belegt und Auflager 4 in Lage und Richtung mit dem lage- und richtungsempfindlichen Element 12 nach dem Strahlenbündel 9 ausgerichtet* Das Element 11 ist durch seine Potoempfanger so mit dem lageempfindlichen Teil (Potoempfanger 25) des Elementes 12 elektrisch durch Differenzbildung aus den Signalen der Potoempfanger 17 und 25 verknüpft (Differenzbildner 28), daß durch die Auswerte- und Anzeigeeinhait 30 nur die Höhen- und Seitenversetzung des Auflagers 4 gegenüber dem Auflager 3 angezeigt wird* Die Ermittlung der Richtungsabweichung des Auflagers 4 gegenüber dem Strahlenbündel 9 und damit gegenüber der Achse 10 erfolgt durch Differenzbildung der Signale der Potoempfanger 24 und 25 im Differenzbildner und Auswertung in der Einheit 30* Mit Hilfe der von der Einheit 30 gelieferten Meßwerte für Lage und Richtung wird das Auflager 4 justiert*

4642

In Polgeschritten werden analog die weiteren Auflager 5; 6 usw. justiert«.

Bei der Einrichtung nach Pig« 3 enthält das lageempfindliche Element 31 ein Tripelprisma 32 als Sensor für die Lageabweichung, dessen Knotenpunkt in der durch die Auflagefläche 33 gehende Ebene 34 liegt* Ein vom lage- und richtungsempfindlichen Element 35 kommender Strahl 36 wird durch das Tripelprisma 32 symmetrisch zum Knotenpunkt und zu sich selbst parallel zum Element 35 zurückgeführt· Der zurückgeführte Strahl 37 enthält Informationen über den Höhen- und Seitenversatz der Elemente 31 und 35 in Bezug auf das Strahlenbündel 9· Dieser Strahl 37 mischt sich über eine polarisationsebenendrehende ν - Platte 38 und Polarisationsteiler 39;4O, die als polarisationsoptisch wirksame Glieder und Flächen im.lage- und richtungsempfindlichen Element 35 angeordnet sind, mit den, von den Strahlenteilern 4-1;42 des Elementes 35 abgezweigten lichtbündeln des-einfallenden Strahlenbändels 9, die auf die Fotoempfanger 43;

44 geleitet werden, welche Lageunterschiede der Ebenen 45; 4d der Auflageflächen 48; 49 gegenüber der Ebene 34 in elektrische Signale umwandeln* Diese Signale werden zu

Ebene 45 direkt als Abweichung von der Fluchtung und zu d. Ebenen

45 und 46 nach Differenzbildung mit den Differenzbildner (analog Pig. 2) als Abweichung von der Richtung im Bezug zum Strahlenbündel 9 bzw· Strahl 36 durch die Auswerte- und Anzeigeeinheit (analog Pig* 2) ^eiterverarbeitet«

Bei der Einrichtung nach Pig* 3 kann die «-Platte auch zwischen dem Polarisationsteiler 39 und dem Strahlenteiler 42 oder zwischen dem Polarisationsteiler 40 und dem Strahlenteiler 41 angeordnet sein und zum Abgleich der Signalhöhen genutzt werden. Bei Messungen ist das lage- und richtungsempfindliche Element 35 mit Hilfe einer Libelle um das Strahlenbündel 9 auszurichten, so daß die Fotoempfänger 43;44 horizontiert sind» Die erste Hilfsbasis wird, wie im Zusammenhang mit Pig· 1 dargelegt, mit Hilfe des Elementes ohne das lage empfindliche Element 31 festgelegt»

4642

Die Einrichtung nach Pig· 4 umfaßt ein lage- und richtungsempfindliches Element 50 mit einem als Tripelprisma 51 ausgebildeten Retroflektor und eine teilreflektierende Planparallelplatte 52 sowie an seinem Gehäuse Auflageflächen 53} 54·· Das lageempfindliche Element 55 umfaßt drei strahlenteilende und -vereinende Glieder 56; 57; 58, von denen die Glieder 57 und 58 polarisationsoptisch wirksame Flächen besitzen* Den Gliedern 57 und 58 ist je ein strahllageeinpfindlicher Fotoempfänger 59; 60 zugeordnet« Zwischen den Gliedern 56 und 57 ist im vom Strahlenbündel 9 abgezweigten Strahlengang eine ^-Platte 61 angeordnet· Sine am Gehäuse das Elementes 55 angeordnete Libelle 62 dient zur Ausrichtung dieses Elementes nach dem Strahlenbündel 9·

Die dem Element 50 zugeordnete Meßebene 63 für die Lage wird durch den Knotenpunkt des Tripelprismas 51 bestimmt· In ihr liegt auch die Auflagefläche 54» Die Zusatzmeß ebene far die Richtungsmessungen liegt am Ort des Scheitelpunktes der gespiegalten Meßebene 63 (in Fig*- 4 nicht eingezeichnet). Im lageempfindlichen Element 55 mischt das Glied 58 den für die Lage beStimmung benötigten Strahl 64 mit einem Teilstrahl aus dem Strahlenbündel 9 und das Glied 57 vereinigt den an der Vorderfläche des Tripelprismas 51 reflektierten Strahl 65 mit einem Teilstrahl des Strahlenbündels 9* Der Fotoempfänger 60 setzt Lageabweichungen in elektrische Signale um. Richtungsabweichungen werden aus den Differenzsignalen der Fotoempfänger 59 und 60 ermittelt·

Bei der Messung mit der Einrichtung nach Fig· 4 muß jedoch im Unterschied zu den vorstehend erläuterten Anordnungen die erste Hilfsbasis auf dem Meßobjekt 7 durch Messung mit dem Element 55 in zwei Ebenen aufgebaut werden» Alle weiteren Meßschritte sind, wie im Zusammenhang mit Fig· 1 und 2 beschrieben, auszuführen·.

Die verwendeten strahllageempfindlichen Fotoempfänger sind vorzugsweise jeweils aus vier, als Kreissektoren ausgebildeten Wandlerelementen zusammengesetzt. Sie können jedoch auch matrixartig angeordnete, lichtempfindliche Strukturen besitzen, um Abweichungen der auf. sie treffenden Strahlenbündel aus einer Formallage zu ermitteln·

4642

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Fluchtungs- und Geradheitsprüfung mit einer Lichtquelle, unifassend eine Stabilisierungsoptik für das die Lichtquelle verlassende Strahlenbündel und Meßwerte für die Pluchtung und Geradheit liefernde Elemente, die getrennt von der Lichtquelle und der Stabilisierungsoptik auf dem zu prüfenden Meßobjekt in Pachtung des Strahlenbündels verschiebbar und vorzugsweise mit dem Meßobjekt justierbar angeordnet sind, wobei die Elemente strahllageempfindliche Potoempfanger besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zu prüfenden Meßobjekt je ein lage- und richtungsempfindliches sowie ein lageempfindliches Element mit Strahlenteilern, Reflektoren und vorzugsweise polarisationsoptisch wirksamen Gliedern und Flächen vorgesehen sind·

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lage- und richtungsempfindliche Element an seinem Gehäuse Auflageflächen und in seinem Inneren strahlen- . teilende und -vereinigende Elemente und zwei an sich bekannte strahllageempfindliche Fotoempfänger umfaßt, welche selbst oder deren virtuelle Bilder in der Ebene der Auflageflächen liegen, daß das lageempfindliche Element an seinem Gehäuse Auflageflächen und in seinem Inneren ein strahlenteilendes Element und einen strahllageempfindlichen Fotoempfänger umfaßt und daß die Fotoempfänger das lage- und richtungsempfindlichen Elementes mit einem Differenzbildner für die Fluchtung und der die Abweichungen von der Lage aufnehmende Fotoempfänger mit einem Fotoempfänger des lage- und richtungsempfindlichen Elementes mit einem Differenzbildner für die Richtung und beide Differenzbildner mit einer Auswerte- oder Anzeigeeinheit verbunden sind·

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnet, daß' das lageempfindliche Element ein Tripelprisma enthält, dessen Knotenpunkt in der Ebene einer Auflagefläche liegt und daß das lage- und richtungsempfindliche Element strahlenteilende.und -vereinigende und polarisationsoptisch wirksame Glieder und Flächen und zwei an sich bekannte, strahllageempfindliche Potoempfanger umfaßt».

4« Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lage- und richtungsempfindliche Element ein Tripelprisma und eine, mindestens in einem gewissen Bereich, teilreflektierande Planparallelplatte umfaßt, und daß das lageespfindliehe Element drei strahlenteilende und -vereinigende Glieder umfaßt, von denen zwei polarisationsoptisch wirksame Flächen besitzen, wobei zwei strahlenvereinigenden Gliedern je ein strahllageempfindlicher Fotoempfanger zugeordnet ist«

5* Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Potoempfanger vorzugsweise aus jeweils vier, als Kreissektoren ausgebildeten Wandlerelementen bestehen.

4642