DD253080A1

DD253080A1 - TILT MEASURING DEVICE

Info

Publication number: DD253080A1
Application number: DD29493986A
Authority: DD
Inventors: Joachim Klemme; Volkmar Weiland
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-10-02
Filing date: 1986-10-02
Publication date: 1988-01-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Neigungsmesseinrichtung zur automatischen Messung von Neigungen von Koerpern gegenueber der Schwerkraft. Die Einrichtung umfasst in einem Gehaeuse einen Hohlraum 3 mit kalottenfoermigem Boden. Im Boden 3 ist ein fotoelektrisches Empfaengerelement 5 angeordnet. Ueber diesem ist eine auf der Oberflaeche des Bodens gleitende oder ueber der Oberflaeche pendelnde Beleuchtungseinrichtung 6; 12 vorgesehen, derart, dass der Abstand der Lichtaustrittsflaeche der Beleuchtungseinrichtung 6; 12 zur Oberflaeche des Empfaengerelementes 5 konstant ist. Fig. 1The invention relates to a tilt measuring device for the automatic measurement of inclinations of bodies with respect to gravity. The device comprises in a housing a cavity 3 with kalottenfoermigem ground. In the bottom 3, a photoelectric Empfaengerelement 5 is arranged. Above this is a lighting device 6 which glides on the surface of the floor or oscillates above the surface; 12 provided, such that the distance of the Lichtaustrittsflaeche the lighting device 6; 12 to the surface of the Empfaengerelementes 5 is constant. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Die Erfindung betrifft eine Neigungsmeßeinrichtung zur automatischen Messung von Neigungen oder/und Neigungsänderungen von Körpern gegenüber der Schwerkraft.The invention relates to a tilt measuring device for automatic measurement of inclinations and / or changes in inclination of bodies with respect to gravity.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannte Neigungsmesser sind Röhrenlibellen zum Messen und Anzeigen der Neigung in nur einer Richtung und Dosenlibellen zum Anzeigen der Neigung in allen Richtungen einer Ebene. Diese Libellen beruhen auf dem Prinzip der Verlagerung einer Gasblase in einer Flüssigkeit relativ zu Bezugsmarken. Known inclinometers are tube gauges for measuring and displaying the inclination in only one direction and circular levels for indicating inclination in all directions of a plane. These dragonflies are based on the principle of displacing a gas bubble in a liquid relative to fiducials.

Gemäß der DE-OS 2456384 und der US-PS 4167818 ist eine Neigungsmeßeinrichtung bekannt, bei welcher aus der Änderung der Impedanz zwischen Elektroden, bedingt durch die Änderung der Gleichgewichtsposition einer Flüssigkeit oder Gasblase in einem Behälter, die Neigung der Einrichtung elektrisch bestimmt wird.According to DE-OS 2456384 and US-PS 4167818 a inclination measuring device is known, in which from the change of impedance between electrodes, due to the change of the equilibrium position of a liquid or gas bubble in a container, the inclination of the device is determined electrically.

In der DE-OS 2402308 ist eine Anordnung zur Winkelmessung mit einem Masseelement beschrieben, welches exzentrisch zu einer in einem Gehäuse gelagerten Achse angeordnet und um diese Achse schwenkbar ist. Dieses Masseelement ist mit dem Träger eines Zeigerelementes verbunden, welcher bei Lageänderung der Anordnung in Korrelation zu der durch die Schwerkraft bestimmten Schwenkbewegung des Masseelementes schwenkbar ist, wobei das Zeigerelement mit einer ortsfesten Winkelskala zusammenarbeitet.In DE-OS 2402308 an arrangement for angle measurement is described with a mass element which is arranged eccentrically to a mounted in a housing axis and pivotable about this axis. This mass element is connected to the carrier of a pointer element, which is pivotable in positional change of the arrangement in correlation to the determined by gravity pivotal movement of the mass element, wherein the pointer element cooperates with a fixed angular scale.

Eine fotoelektrisch arbeitende Neigungsmeßeinrichtung (CH-PS 597591) besitzt einen Strahlerzeuger, Abbildungsoptiken und ein fotoelektrisches Empfängersystem sowie ein, den optischen Strahlengang zwischen Strahlerzeuger und Empfängersystem ablenkendes Bauelement. Diese Teile sind fest mit dem Gehäuse der Meßeinrichtung verbunden, in welcher sich eine Flüssigkeit mit totalreflektierender Oberfläche befindet. Bei der Verkippung der zueinander fest angeordneten, obengenannten Teile sowieA photoelectric tilt measuring device (CH-PS 597591) has a beam generator, imaging optics and a photoelectric receiver system and a, the optical beam path between the beam generator and the receiver system deflecting device. These parts are firmly connected to the housing of the measuring device, in which there is a liquid with totally reflecting surface. When tilting the mutually fixed, above parts and

des Gehäuses im Raum bewegt sich der Lichtstrahl um eine nach Richtung und Größe festgelegte Strecke auf dem Empfängersystem. Diese Bewegung hat eine Änderung der Ausgangssignale des Empfängersystems zur Folge, welche zur Bestimmung der Neigung elektronisch weiterverarbeitet wird.of the housing in the room, the light beam moves around a direction and size fixed distance on the receiver system. This movement results in a change in the output signals of the receiver system, which is electronically processed to determine the inclination.

Diese Neigungsmeßeinrichtung hat vor allem den Nachteil, daß das optische System mit Abbildungs- und Strahlablenkungselementen ausgerüstet ist und demzufolge technisch aufwendig ist.This inclination measuring device has the particular disadvantage that the optical system is equipped with imaging and Strahlablenkungselementen and therefore technically expensive.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es vor allem, die Nachteile des Standes der Technik bei fotoelektrisch arbeitenden Neigungsmeßeinrichtungen zu beseitigen und den Aufbau zu vereinfachen.The object of the invention is, above all, to eliminate the disadvantages of the prior art in photoelectric tilt measuring devices and to simplify the structure.

Essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fotoelektrische Neigungsmeßeinrichtung mittlerer Genauigkeit zu schaffen, welche, ohne Verwendung einer die Neigung anzeigenden Flüssigkeit bei einfachem Aufbau und von Umwelteinflüssen unabhängig, Neigungen und Neigungsänderungen zu bestimmen ermöglicht.The invention has for its object to provide a photoelectric inclination measuring medium accuracy, which, without using a tilt-indicating liquid with a simple structure and environmental influences independently, allows to determine inclinations and inclination changes.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Neigungsmeßeinrichtung, umfassend ein Gehäuse, welches, allseitig abgeschlossen, in seinem Inneren einen Hohlraum besitzt, in welchem Mittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Neigung des Gehäuses im Bezug auf die Schwerkraftrichtung ihre Gleichgewichtsposition in Bezug auf das Gehäuse verändern, dadurch gelöst, daß der Hohlraum einen kalottenförmigen Boden besitzt, in welchem ein fotoelektrisches Empfängerelement angeordnet ist, und daß über dem Empfängerelement eine, auf der Oberfläche des Bodens gleitende oder über der Oberfläche pendelnde, das Empfängerelement direkt beleuchtende Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, derart, daß der Abstand der Lichtdurchtrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung zur Oberfläche des Empfängerelementes konstant ist.According to the invention, this object is achieved in a tilt measuring device comprising a housing which, completed on all sides, in its interior has a cavity, are provided in which means depending on the inclination of the housing with respect to the direction of gravity their equilibrium position with respect to the housing changed, solved in that the cavity has a dome-shaped bottom, in which a photoelectric receiver element is arranged, and that above the receiver element, a, on the surface of the bottom sliding or oscillating over the surface, the receiver element directly illuminating lighting device is provided, that the distance of the light passage opening of the illumination device to the surface of the receiver element is constant.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung eine nahezu punktförmige Lichtquelle umfaßt und aus einer kugelgelagerten Platte mit zentraler Lichtdurchtrittsöffnung besteht, wobei die Lichtquelle in der Lichtdurchtrittsöffnung angeordnet ist. In der Lichtdurchtrittsöffnung ist vorteilhaft das Lichtaustrittsende eines Lichtleiters, eine Lumineszenz- oder Laserdiode angeordnet.It is advantageous if the illumination device comprises a nearly punctiform light source and consists of a ball-bearing plate with a central light passage opening, wherein the light source is arranged in the light passage opening. In the light passage opening, the light exit end of a light guide, a luminescence or laser diode is advantageously arranged.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Empfängerelement eine der Lichtquelle zugewandte, konkave kalottenförmige und licht- und strahllageempfindliche Empfängerfläche und an seinem Umfang eine Anzahl 2 η elektrischer Kontakte besitzt, die mit der Empfängerfläche verbunden sind, wobei die Kontakte mit einer Auswerteeinheit in Verbindung stehen und wobei η = 1; 2; 3;...'It is also advantageous if the receiver element has a light source facing the concave dome-shaped and light- and beam-sensitive receiver surface and at its periphery a number 2 η electrical contacts, which are connected to the receiver surface, the contacts are connected to an evaluation unit and where η = 1; 2; 3; ... '

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Krümmungsradius der konkaven Empfängerfläche gleich oder annähernd gleich der Entfernung der Empfängerfläche vom Dreh- oder Aufhängepunkt der Beleuchtungseinrichtung ist.It is advantageous if the radius of curvature of the concave receiver surface is equal to or approximately equal to the distance of the receiver surface from the rotation or suspension point of the illumination device.

Zur Erzielung einer Leichtbeweglichkeit oder Dämpfung der Beleuchtungseinrichtung ist es günstig, wenn der Hohlraum des Gehäuses ein Gas oder eine dämpfende Flüssigkeit enthält.To achieve a light mobility or damping of the lighting device, it is advantageous if the cavity of the housing contains a gas or a damping liquid.

Eine weitere Ausführungsform der Neigungsmeßeinrichtung ergibt sich, wenn die Beleuchtungseinrichtung als Pendel ausgebildet ist, wobei der Aufhängepunkt des Pendels und der Krümmungsmittelpunkt der Empfängerfläche zusammenfallen.A further embodiment of the inclination measuring device results when the illumination device is designed as a pendulum, wherein the suspension point of the pendulum and the center of curvature of the receiver surface coincide.

Gegenüber dem Stand der Technik besitzt die Neigungsmeßeinrichtung folgende Vorteile:Compared to the prior art, the inclination measuring device has the following advantages:

Es ergibt sich eine geringe Bauhöhe. Die Einrichtung ist technisch einfach aufgebaut, da sie keinerlei strahlformende oder strahlablenkende Bauteile besitzt. Die Einrichtung ist weitestgehend unempfindlich gegenüber Fremdlicht.It results in a low height. The device is technically simple, since it has no beam-shaping or beam-deflecting components. The device is largely insensitive to extraneous light.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the drawing show

Fig. 1: eine Schnittdarstellung der Einrichtung mit kugelgelagerter Beleuchtungseinrichtung Fig. 2: ein Empfängerelement in Draufsicht mit Anschlüssen Fig.3: eine Einrichtung mit pendelnder Beleuchtungseinrichtung.1: a sectional view of the device with ball-mounted illumination device FIG. 2: a receiver element in plan view with connections FIG. 3: a device with oscillating illumination device.

Die Neigungsmeßeinrichtung nach Fig. 1 umfaßt ein aus einem Grundteil 1 und einem Abschlußteil 2 bestehendes Gehäuse, welches in seinem Inneren einen Hohlraum 3 besitzt. Der Hohlraum 3 besitzt einen kalottenförmigen Boden 4, in dem ein fotoelektrisches Empfängerelement 5 angeordnet ist. Über dem Empfängerelement 5 ist eine, auf dem Boden 4 gleitende, das Empfängerelement 5 direkt beleuchtende Beleuchtungseinrichtung 6 derart vorgesehen, daß der Abstand einer Lichtdurchtrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung 6 zur Oberfläche des Empfängerelementes 5 bei unterschiedlichen Neigungen konstant ist. Die Beleuchtungseinrichtung 6 kann auch eine nahezu punktförmige Lichtquelle umfassen und aus einer kugelgelagerten Platte 7 bestehen, welche die zentrale Lichtdurchtrittsöffnung besitzt. In der Lichtdurchtrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung 6 ist z. B. das Lichtaustrittsende eines Lichtleiters 8 (Fig. 1) oder eine Lumineszenz- oder Laseriode (bei der Ausführung nach Fig. 3) angeordnet.The tilt measuring device according to FIG. 1 comprises a housing consisting of a base part 1 and a closing part 2, which housing has a cavity 3 in its interior. The cavity 3 has a dome-shaped bottom 4, in which a photoelectric receiver element 5 is arranged. Above the receiver element 5, a lighting device 6, which directly slides on the base 4 and illuminates the receiver element 5, is provided such that the distance between a light passage opening of the lighting device 6 and the surface of the receiver element 5 is constant at different inclinations. The lighting device 6 may also include a nearly point-shaped light source and consist of a ball-bearing plate 7, which has the central light passage opening. In the light passage opening of the lighting device 6 z. B. the light exit end of a light guide 8 (Fig. 1) or a luminescence or laser diode (in the embodiment of FIG. 3) arranged.

Das Empfängerelement 5 (Fig. 1 und 3) besitzt eine der Beleuchtungseinrichtung 6 bzw. der Lichtquelle zugewandte konkave kugelkalottenförmige und licht- und strahllageempfindliche Empfängerfläche, und an seinem Umfang (Fig. 2) sind eine Anzahl 2 n.(n = 1; 2;...) elektrischer Kontakte 9 angeordnet, die mit der Empfängerfläche verbunden sind.The receiver element 5 (FIGS. 1 and 3) has a concave spherical cap-shaped and light and beam position-sensitive receiver surface facing the light source 6 or light source, and a number 2 n (n = 1; 2 ...) electrical contacts 9, which are connected to the receiver surface.

Diese Kontakte 9 stehen mit einer Auswerteeinheit 10 in Verbindung, welche die von dem Empfängerelement 5 erzeugten elektrischen Signale verarbeitet, so daß an einer Anzeige 11 die Neigungen angezeigt werden können.These contacts 9 are connected to an evaluation unit 10, which processes the electrical signals generated by the receiver element 5, so that on a display 11, the inclinations can be displayed.

Beider in Fig. 3 dargestellten Neigungsmeßeinrichtung ist die Beleuchtungseinrichtung 12 als Pendel ausgebildet, dessen Aufhängepunkt 13 am Abschlußteil 2 angeordnet ist und der mit dem Krümmungsmittelpunkt der konkaven Empfängerfläche zusammenfällt.In both inclination measuring device shown in Fig. 3, the lighting device 12 is formed as a pendulum whose suspension point 13 is arranged on the end part 2 and coincides with the center of curvature of the concave receiver surface.

Der Krümmungsradius der Empfängerfläche ist gleich oder annähernd gleich der Entfernung der Empfängerfläche vom Drehoder Aufhängepunkt 13 der Beleuchtungseinrichtung 6; 12 ist. Der Hohlraum 3 selbst ist mit einem Gas oder mit einer dämpfenden Flüssigkeit ausgefüllt.The radius of curvature of the receiver surface is equal to or approximately equal to the distance of the receiver surface from the pivot or suspension point 13 of the illumination device 6; 12 is. The cavity 3 itself is filled with a gas or with a damping liquid.

Claims

A tilt measuring device comprising a housing which, when closed on all sides, has in its interior a cavity in which means are provided which change their position of equilibrium relative to the housing in dependence on the inclination of the housing with respect to the direction of gravity, characterized in that the cavity (3) has a dome-shaped bottom (4) in which a photoelectric receiver element (5) is arranged, and in that above the receiver element (5) one sliding on the surface of the bottom (4) or oscillating above the surface , the receiver element (5) directly illuminating lighting device (6; 12) is provided, such that the distance of the light passage opening of the illumination device (6; 12) to the surface of the receiver element (5) is constant.

2. inclination measuring device according to claim 1, characterized in that the illumination device (6; 12) comprises a nearly punctiform light source and consists of a ball-bearing plate (7) with central light passage opening, wherein the light source is arranged in the light passage opening.

3. tilt measuring device according to claim 1 and 2, characterized in that in the light passage opening, the light exit end of a light guide (8), a luminescence or a laser diode is arranged.

4. inclination measuring device according to claim 1, characterized in that the receiver element (5) facing the light source, a concave dome-shaped and light and beam position sensitive receiver surface and at its periphery a number 2 η electrical contacts (9), which are connected to the receiver surface wherein the contacts (9) communicate with an evaluation unit (10) and wherein η = 1; 2; 3; ... is.

5. inclination measuring device according to claim 1 to 4, characterized in that the radius of curvature of the concave receiver surface is equal to or approximately equal to the distance of the receiver surface of the rotation or suspension point (13) of the illumination device (6; 12).

6. inclinometer according to claim 1, characterized in that the cavity (3) of the housing contains a gas or a damping liquid.

7. tilt measuring device according to claim 1,4 and 5, characterized in that the illumination device (12) is designed as a pendulum, wherein the suspension point (13) of the pendulum and the center of curvature of the receiver surface coincide.