DD289124A5 - Anordnung zur digitalen winkelmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur digitalen Winkelmessung mit rechnergesteuertem Meszablauf und Meszwerterfassung. Mit der erfindungsgemaeszen Anordnung koennen Winkelmeszaufgaben an ebenen Flaechen, z. B. zur Justierung im Maschinen- und Geraetebau, mit hoher Genauigkeit realisiert werden. Dazu werden die vorteilhaften Eigenschaften von Fluessigkeitslibellen mit den Moeglichkeiten der modernen Optoelektronik und Mikrorechentechnik gekoppelt. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung bestehen darin, dasz eine spezielle Fluessigkeit in einem Grundkoerper eine Libelle bildet und mit optoelektronischen Mitteln die Bewegung der Libellenblase erfaszt und ausgewertet werden. Dazu wird der analoge Meszwert der Bewegung der Libelle in einem Faserblockoptokoppler in einen digitalen Winkelwert gewandelt, der vom Mikrorechner nach einem Meszprogramm verarbeitet und ausgegeben werden kann. Es sind in der Software Vorkehrungen gegen Bedienfehler und Temperatureinfluesse enthalten. Fig. 1{Anordnung; Messung von Winkeln; Fluessigkeitslibelle; Optokoppler; Auswerterechner; automatischer Meszablauf; digitale Winkelmeszwerterfassung und -ausgabe}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur digitalen Winkelmessung mit rechnergesteuertem Meßablauf und Meßwertauswertung. Damit können mit der erfindungsgemäßen Anordnung Winkelmeßaufgaben an ebenen Flächen, während der Justierung im Maschinen- und Gerätebau sowie bei entsprechender Programmierung Sondermeßaufgaben mit hoher Genauigkeit realisiert werden. Durch den geräteinternen Mikrorechner lassen sich Routinemeßaufgaben ökonomisch und mit hoher Genauigkeit ausführen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind Einrichtungen zur Erfassung der Winkellage von Objekten (EP 0109926), bei denen reflektierende und/oder brechende Flächen an Bauelementen, die pendelnd in einem übergeordneten optischen System eingebaut sind und die einen Lichtstrahl derart beeinflussen, daß aus dem optischen Einfluß die Nivellierung des Objektes ermöglicht wird. Winkelmessungen sind auch bekannt auf der Basis von Teilkreisen, wie z.B. DD-PS 229704 beschrieben. Als Maßverkörperung dient ein hochgenau hergestellter Teilkreis, der mit optischen Mitteln abgelesen wird. Dazu sind verschiedene Methoden üblich, die Rundlauftoleranzen der Teilkraisaufnahme als Fehlerquelle auszuschließen.

Neben den Meßprinzipien, die den Schwerkrafteinfluß auf ein Pendel ausnutzen und dabei optische Bauelemente zur Steigerung dor Genauigkeit verwenden, sind Einrichtungen zur Messung der Winkelstellung auf ausschligßlich optischem Wege verwirklicht worden. In DE-OS 2804 552 wird ein Projektionsobjektiv zum Abbilden eines Testbildes in eir e Bildebene mit mindestens einem lichtelektrischen Wandler in der Bildebene beschrieben, mit dem die Winkelstellung eines Meliobjektes gemessen werden kann. Nachteilig an optischen und optisch-mechanischen Meßprinzipien ist die aufwendige bis stellenweise kaum mögliche Kopplung der Meßwerterfassung an einen Prozeßrechner. Diese Nachteile sind bei Winkelmeßsystemen, die mit elektronischen Moßwerterfassungsp.-inzipien arbeiten, im allgemeinen nicht vorhanden. In DD-PS 268156 ist ein optoelektronischer Neigungswinkelmesser mit CCD-Zeile oder -Matrix als Empfänger, in DD-PS 196867 ein elektronischer Neigungsmesser mit differentiell kapazitiv angetasteten Kondensatorplatten beschrieben. Bei diesen Einrichtungen mit elektronischer Auswertung wird eine sehr hohe Genauigkeit in einem kleinen Meßbereich erreicht.

Ebenfalls weit verbreitet sind Anordnungen, die eine Libelle zur Meßwerterfassung nutzen. Neben der visuellen Ablesung der Libelle wird mit den Möglichkeiten der elektronischen Informationsgewinnung versucht, auch mit Libellen eine Genauigkeitssteigerung zu erreichen. In einer elektronischen Flüssigkeitswaage DD-PS 287402) wird die Bewegung einer magnetischen Flüssigkeit genutzt, um durch induktive Abtastung der Bewegung der Gasblase in den Erregerspulen oder in DD-PS 284240 in einem Differentialtransformator ein dem Meßwert proportionales Signal zu gewinnen. Das Prinzip der Durchlichtbeobachtung einer Flüssigkeitslibelle beschreibt DD-PS 276335. Ziel dieser Erfindung ist es jedoch nur, eine Abweichung von einem definierten Justierzustand zu bestimmen. Eine Messung der Abweichung ist mit diesem Meßprinzip nicht möglich.

Die beschriebenen technischen Lösungen beim Einsatz von elektronisch ausgewerteten Flüssigkeitslibellen lassen keine digitale Meßwertverarbeitung zu. Den gewählten Lösungen haften Mängel bei der Meßwerterfassung an, die eine hohe Meßgenauigkeit bei gleichzeitig großem Meßbereich nicht zulassen. Insbesondere die Umwandlung der Libellenbewegung in einen digitalen Meßwert wird den Genauigkeitsforderungen nicht gerecht.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine robuste Meßeinrichtung zum horizontalen Messen von Winkeln und Neigungen zu schaffen, die vorteilhafte Eigenschaften von Flüssigkeitslibellen mit den Möglichkeiten moderner Optoelektronik und Mikrorechentechnik vereint. Durch den Einsatz dss Mikrorechners sollen sowohl auftretende Meßfehler minimiert als auch der Meßablauf durch die programmierte Steuerung vereinfacht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine universell einsetzbare Anordnung zur Erfassung von Winkeln und Neigungen von Ebenen, die durch ein Bauelement, eine Baugruppe oder System bestimmt werden, zu entwickeln. Dabei sollen in einem vorher festgelegten Arbeitsbereich Messungen hoher Genauigkeit mit digitaler Meßwerterfassung und -ausgabe möglich sein. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung, bestehend aus einem mit einer speziellen Flüssigkeit gefüllten Grundkörper, realisiert, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die gekrümmte Oberkante des Grundkörpers in Verbindung mit der Flüssigkeit und einertransparenten Abdeckung eine Libelle darstellt und die Erfassung der Winkelgrößen mit dieser Anordnung erfindungsgemäß so durchgeführt wird, daß unter der transparenten Abdeckung die gebildete Luftblase in ihrer Bewegung durch in der Abdeckung eingebrachte Lichtleitfasern kontrolliert wird, die wiederum über bekannte optoelektronische Faserkoppler die digitale Information an den Mikrorechner weiterleiten, wobei dio zur Informationsgewinnung notwendige Energie in Form von Beleuchtungsenergie durch die transparente Abdeckung der Meßanordnung zugeführt wird und an der Stelle, an der sich die Luftblase befindet, Totalreflexion in die darüber befindlichen Lichtleitfasern stattfindet. Die im Grundkörper befindliche Flüssigkeit muß speziellen Forderungen hinsichtlich Temperatureinflüssen und Benetzung der Innenflächen des Grundkörpers genügen. Deshalb wurde als Flüssigkeit Sudon schwarz B oder Solamin schwarz VE ausgewählt. Andere Flüssigkeiten mit den gleichen Eigenschaften sind ebenfalls einsetzbar. Durch programmtechnische Maßnahmen wird eine Kompensation des Temperatureinflusses auf das Meßergebnis vorgenommen. Die Genauigkeit der Winkelmessung kann vorteilhaft durch Minimierung des Durchmessers der Fasern, durch Verkleinerung ihrer Abstände bzw. durch versetzte Anordnung oder durch Vergrößerung des Radius der Grundkörperoberkante erzielt werden. Der Arbeitsbereich der Meßanordnung kann mit dem Radius der Grundkörperoberkante verändert werden und durch dichte Anordnung der Lichtleitfasern eine minimale Auflösung erreicht werden. Mittels einer Füllstandsregulierung kann die Blasengröße der Libelle eingestellt werden. Über den Faserblockoptokoppler ist der Anschluß an den Auswerterechner vorgesehen. Die Meßwertverarbeitung erfolgt nach der hydraulischen Dämpfung in der Anordnung sowie einer programmtechnisch festgelegten Einschwingzeit vollautomatisch. In der Anordnung sind erfindungsgemäß Lichtleitfaserrn zur Erkennung des Meßwertüberlaufes vorgesehen, deren Informationsgehalt vom Mikrorechner zu Beginn der Messung ausgewertet wird. Unter dem Grundkörper ist eine Justierbaugruppe montiert, mit der die Kalibrierung der geeichten Nullstellung der Meßanordnung durchgeführt wird.

Ausführungsbeispiel

In einem nachstehenden Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Anordnung näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt Figur 1 schematisch die e: findunpsgemäße Vorrichtung Ein Grundkörper 1 ist mit Flüssigkeit 2 gefüllt und mit einer transparenten Abdeckung 3 geschlossen. Dabei bildet sich an der höchsten Stelle der Abdeckung eino Gasblase 4. Am Grundkörper 1 ist eine Regulierungseinrichtung 5 montiert sowie eine Justiereinheit 6 befestigt. In der Abdeckung 3 sind Lichtleitfasern 7 befestigt, die zum Faserblockoptokoppler 8 führen. Die elektrischen Signale aus dem Faserblockoptokoppler 8 werden einem Mikrorechner 9 zugeführt, an dem eine Anzeige 10 und eine Tastatur 11 angeschlossen sind. Eine Beleuchtung 12 ist oberhalb d6r transparenten Abdeckung 3 angeordnet. Die untere Fläche der Justiereinheil -3 stellt eine Bezugsfläche 13 für die Winkelmessung dar. Das Meßprinzip der Anordnung beruht auf der meßtechnischen Erfassung der Bewegung einer Gasblase bei Verkippung der gesamten Anordnung. Dia im Grundkörper 1 unterhalb der transparenten Abdeckung 3 entstehende Gasblase 4 wird durch die Beleuchtung 12 homogen bestrahl.. Lediglich am Ort der Gasblase 4 wird durch Totalreflexion Licht in die aus der Abdeckung 3 herausragenden entsprechenden Lichtleitfasern 7 eingekoppelt, die sonst von der schwarzen Flüssigkeit umgeben sind. Im Faserblockoptokoppler 8 wird die Stellung der Gasblase in ein elektrisches Signal umgewandelt, das der Mikrorechner 9 verarbeitet. Das Meßergebnis wird von der Anzeige 10 ausgegeben, nachdem das Meßprogramm von der Tastatur 11 gestartet wurde. Die Kalibrierung der Nullstellung der Meßanordnung wird mit der Justiereinheit 6 durchgeführt, die Auflagefläche 13 ist dazu die Bezugsfläche. Die Blasengröße kann durch die Reauliereinrichtung 5 verändert werden.

Claims (2)

1. Anordnung zur digitalen Winkelmessung, insbesondere auch zur Neigungsmessung, vorzugsweise für Justierabläufe im Maschinen- und Gerätebau, gekennzeichnet dadurch, daß die gekrümmte Oberkante eines Grundkörpers (1) mit einer transparenten Abdeckung (3) von einer Beleuchtung (12) bestrahlt wird, wobei die unter der Abdeckung (3) in einer Flüssigkeit (2) vorhandene Gasblase (4), deren Größe mit einer Regulierungseinrichtung (5) eingestellt werden kann, entsprechend ihrer Stellung Licht durch Totalreflexion in die sonst in die Flüssigkeit eintauchenden Lichtleitfasern (7) einkoppelt und die Winkelstellung der Gasblase als Information einem optoelektronischen Faserkoppler (8) zugeführt wird, und aus dieser digitalen Information vom Mikrorechner (9) der Winkelart ermittelt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur schnellen und reproduzierbaren Meßwerterfassung, als spezielle Flüssigkeiten (2) Sudon schwarz B oder Solamin schwarz VE benutzt wird.