DE102006020384B4 - Vorrichtung zur Vermessung der Topographie einer Oberfläche - Google Patents

Vorrichtung zur Vermessung der Topographie einer Oberfläche Download PDF

Info

Publication number
DE102006020384B4
DE102006020384B4 DE200610020384 DE102006020384A DE102006020384B4 DE 102006020384 B4 DE102006020384 B4 DE 102006020384B4 DE 200610020384 DE200610020384 DE 200610020384 DE 102006020384 A DE102006020384 A DE 102006020384A DE 102006020384 B4 DE102006020384 B4 DE 102006020384B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring head
inclination
spatial direction
sensors
fixed spatial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE200610020384
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006020384A1 (de
Inventor
Jens Dr. Illemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bundesrepublik Deutschland
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Original Assignee
Bundesrepublik Deutschland
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bundesrepublik Deutschland, Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie filed Critical Bundesrepublik Deutschland
Priority to DE200610020384 priority Critical patent/DE102006020384B4/de
Publication of DE102006020384A1 publication Critical patent/DE102006020384A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006020384B4 publication Critical patent/DE102006020384B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/30Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring roughness or irregularity of surfaces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

Vorrichtung zur hochpräzisen Vermessung der Topographie einer Oberfläche (4), insbesondere einer großen Oberfläche, eines auf einer Basis (1) gelagerten Körpers (3), mit einem über die Oberfläche (4) verfahrbaren Messkopf (MS) mit einem oder mehreren berührungslosen Sensoren, insbesondere Abstands- oder Winkelsensoren, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Messkopf (MS) ein Neigungssensor (NM2) zur Bestimmung der Neigung relativ zu einer festen Raumrichtung verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung der Topographie einer Oberfläche, insbesondere einer großen Oberfläche, eines auf einer Basis gelagerten Körpers, mit einem über die Oberfläche verfahrbaren Messkopf mit mehreren berührungslosen Sensoren, insbesondere Abstands- oder Winkelsensoren.
  • Durch DE 198 42 190 C1 ist es bekannt, die Oberfläche von Körpern hochgenau mit einem Messkopf zu vermessen, der berührungslose Sensoren, insbesondere optische Winkelsensoren, aufweist. Bei der Verwendung mehrerer, vorzugsweise mindestens drei Sensoren, die in einer festen räumlichen Beziehung zueinander stehen, können durch das Verfahren des Messkopfes über die Oberfläche die Bewegungsfehler bei der Bewegung des Messkopfes durch einen geeigneten Algorithmus herausgerechnet werden, weil der Messkopf mehrere, vorzugsweise mindestens drei, Sensoren aufweist.
  • Durch DE 41 38 562 A1 ist ein Mikroprofilometermesskopf bekannt, der über eine Oberfläche zur Vermessung der Topografie dieser Oberfläche verfahrbar ist. Auf die Oberfläche werden ein Messlichtstrahl und ein Referenzstrahl geleitet, die nach Durchlaufen zweier Polarisations-Strahlteiler interferometrisch ausgewertet werden.
  • Der Messkopf kann dabei mit einem Neigungssensor versehen sein, der die Neigung der normalen der zu vermessenen Oberfläche bezüglich der optischen Achse des Interferometermesskopfes detektiert. Damit soll auch eine Messung an gekrümmten Oberflächen möglich sein.
  • Für viele Anwendungszwecke müssen großen Oberflächen vermessen werden, deren Erstreckung größer als 10 cm ist und bis zu viele Meter betragen kann. Die Anforderungen an die Genauigkeit sind hierbei sehr hoch, insbesondere um langfristige Verformungen feststellen zu können, die durch Montage, Alterung, Plastizität, Spannung oder Strahlenschäden verursacht werden. Dabei wird eine Unsicherheit in der Grundkrümmung von fast ebenen Flächen verlangt, die einer Krümmung von wesentlich mehr als 1000 km beträgt. Funktionsflächen dieser Art werden insbesondere für die Synchrotronstrahlungsformung, die EUV-Lithographie, Fotolithographiemasken, Spiegelteleskope, Koordinatenmessmaschinen und für die Montage von Mikrosystemen benötigt.
  • Mit bekannten Sensoren wird die Abweichung der Oberfläche zu einer Referenzfläche bzw. Referenzlinie gemessen. Als Referenz wird dabei eine mechanisch gefertigte Führung oder eine Referenzfläche benutzt, die in besonderer Weise erstellt wird, beispielsweise durch Rückführung einer ebenen Fläche auf einen Quecksilberspiegel mittels Fizeau-Interferometer, durch die Verwendung von Laserstrahlen als Referenzstrahl oder die Verwendung mechanischer Referenzen. Dabei werden unterschiedliche Messunsicherheiten erzeugt. Ein Quecksilberspiegel ist gegenüber seismischen Schwankungen anfällig. Die Abweichung von der Geradlinigkeit der Lichtausbreitung in Luft ist auf mindestens etwa 1 Mikrorad pro Meter unsicher.
  • DE 198 56 510 A1 offenbart ein Verfahren und System zur Ermittlung von Unebenheiten und Schadstellen in der Oberfläche einer Verkehrsfläche, die insbesondere eine Bundesstraße, eine Autobahn oder eine Start- und Landebahn eines Flugplatzes sein kann. Die Prüfeinrichtung weist einen quer zur Fahrtrichtung angeordneten Messbalken auf, der mit einem Fahrzeug über die Verkehrsfläche gefahren wird. Die gemessenen Unebenheiten werden dabei mit globalen Positionsdaten korreliert, die über ein Satelliten-Positionssystem erhalten werden können. Die Korrelierung mit dem globalen Positionsdaten soll ermöglichen, das Zusammenwirken mehrerer Unebenheiten („Schlaglöcher") im Hinblick auf eine dadurch bewirkte Verkehrsgefährdung zu ermitteln. Für die erfindungsgemäß angestrebte hochgenaue Vermessung der Oberfläche eines auf einer Basis gelagerten Körpers können hieraus keine Hinweise entnommen werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vermessung der Topographie einer Oberfläche, insbesondere einer großen Oberfläche, zu ermöglichen, mit der auch Topographien unterhalb der typischen seismischen Amplituden von 100 nrad erfasst werden können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Messkopf ein Neigungssensor zur Bestimmung der Neigung relativ zu einer festen Raumrichtung verbunden ist.
  • Erfindungsgemäß wird somit als Referenz die feste Raumrichtung, beispielsweise bevorzugt die Schwerkraftrichtung, verwendet. Dadurch werden die Vorteile von vorzugsweise optischen Multisensorsystemen zur Erfassung mittlerer und kurzer Ortswellenlängenanteile von Oberflächentopographien mit einer absoluten Bezugnahme auf die feste Raumrichtung, vorzugsweise die Schwerkraftrichtung der Erde, vereinigt. Dadurch ist es möglich, beispielsweise Winkeltopographien unterhalb der typischen seismischen Amplituden von 100 nrad zu erfassen. Die erfindungsgemäße Neigungsmessung ermöglicht auch die Eliminierung von mechanischen Führungsfehlern für den Messkopf, der zweckmäßigerweise auf einem Schlitten verfahrbar ist.
  • Die Neigungsmessung kann je nach Anwendungsfall ein- oder zweiachsig erfolgen. Als besonders geeignete Neigungssensoren kommen 3-Platten-Kondensatoren in Frage. Bei der ebenfalls möglichen Verwendung eines Lasergyros muss der Einfluss der Erdrotation herausgerechnet werden.
  • Der Messkopf kann mit dem Neigungssensor fest verbunden sein. Es ist aber auch möglich, den Messkopf in definiertem Maße schwenkbar zum Neigungssensor zu befestigen, sodass der Neigungssensor in einem definierten Winkel zum Messkopf angeordnet wird.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die Basis, auf der der Körper gelagert ist, oder der Körper selbst mit mindestens einem weiteren Neigungssensor zur Bestimmung der Neigung relativ zu einer festen Raumrichtung verbunden ist, wobei die feste Raumrichtung zweckmäßigerweise dieselbe ist wie die für den Neigungssensor des Messkopfes. Durch den zusätzlichen Neigungsmesser wird eine Richtung im Laborsystem definiert. Die vektorielle Differenz der Richtungen der beiden Neigungsmesser definiert die Richtung zwischen der Bewegung des Messkopfes (auf einem Schlitten) und dem Körper, dessen Oberfläche vermessen wird. Der zusätzliche Neigungsmesser ermöglicht die Berücksichtigung seismischer Schwankungen während der Messdauer. Die seismischen Schwankungen sind auch fernab der Küste in Abhängigkeit von der Tide feststellbar. Ferner können seismische Schwankungen auch durch sonstige seismische Wellen entstehen, die in unmittelbarer Umgebung der Messvorrichtung, beispielsweise auf den Boden, auf dem die Basis positioniert ist, einwirken. In größerer Entfernung können Mikro-Erdbeben, beispielsweise durch Schwerlaster usw. Ursache solcher seismischer Wellen sein. Durch den weiteren Neigungssensor ist es daher möglich, eine etwaige Bewegung des zu vermessenden Körpers relativ zu dem Messkopf zu berücksichtigen und die durch den Sensor oder die Sensoren aufgenommenen Messwerte entsprechend zu korrigieren. Dieser Korrekturwert kommt zu dem vom Neigungssensor des Messkopfes generierten Korrekturwert hin zu, mit dem beispielsweise Führungsfehler für die Bewegung des Messkopfes berücksichtigt werden.
  • Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • Die Zeichnung zeigt eine Basis 1, die in definierter Weise auf einem Fundament 2 gelagert ist. Die Basis 1 trägt einen Körper 3 dessen Oberfläche 4 vermessen werden soll. Die Orientierung der Basis 1 wird durch einen Neigungssensor NM1 relativ zu einer festen Raumrichtung, hier relativ zur Schwerkraftrichtung, gemessen.
  • Oberhalb des Körpers 3 ist ein Messkopf MS mit zahlreichen nebeneinander angeordneten Sensoren auf einem Schlitten S verfahrbar. Die jeweilige Orientierung des Messkopfes MS wird in jedem Verfahrzustand des Schlittens S durch einen weiteren Neigungssensor NM2, vorzugsweise ebenfalls relativ zur Schwerkraftrichtung, bestimmt. Je nach Verfahrrichtung des Schlittens S können die Neigungssensoren NM1 und NM2 ein- oder zweiachsig ausgebildet sein.
  • Der Messkopf MS verläuft nahezu parallel zur Oberfläche 4 des Körpers 3 und weist zu dem Neigungssensor NM2 eine bekannte Orientierung auf. Wird der Schlitten S beschleunigungsfrei verfahren oder vorher wieder gestoppt, so gibt der Vektor v2 die Richtungsdifferenz der Neigungssensoren NM1 und NM2 an. Dieser Vektor muss um die Erdkrümmung korrigiert werden, wenn der Schlitten S horizontal verschoben wurde. Der Korrekturvektor (Verschiebeweg/6370 km·rad) wird als v'2 bezeichnet. Wenn v1 die Ausgangsdifferenz der Richtungen der Neigungssensoren in NM2 und NM1 angibt, stellt v'2 – v1 die Richtungsänderung w des Messkopfes MS an der zweiten Position gegenüber der Richtung an der ersten Position an.
  • Wenn der Messkopf zumindest auch winkelmessend ist, ergibt sich mit den Ablesewerten r1 und r2 ein Führungsfehler des Schlittens zu: (r2 – ri) – (v'2 – v1). Wenn mindestens zwei Abstandssensoren mit definiertem Abstand vorhanden sind, ergibt sich aus der Quotientenbildung ein Winkel.
  • Bei diesem Verfahren wird die Oberflächenneigung einzelner Oberflächenelemente des Körpers 3 zueinander oder die Höhenunterschiede einzelner Oberflächenelemente zueinander bestimmt. Daraus ist die Topographie der Oberfläche bestimmbar. Dabei reichen zwei Punkte aus, um die Grundkrümmung des Prüflings zu bestimmen. Zusätzlich können Fehler durch die Redundanz bei der Verwendung mehrerer Sensoren reduziert werden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise durch DE 198 42 190 C1 bekannt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beim Einsatz der Neigungssensoren NM1 und NM2 auch in vertikaler Anordnung verwendet werden.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur hochpräzisen Vermessung der Topographie einer Oberfläche (4), insbesondere einer großen Oberfläche, eines auf einer Basis (1) gelagerten Körpers (3), mit einem über die Oberfläche (4) verfahrbaren Messkopf (MS) mit einem oder mehreren berührungslosen Sensoren, insbesondere Abstands- oder Winkelsensoren, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Messkopf (MS) ein Neigungssensor (NM2) zur Bestimmung der Neigung relativ zu einer festen Raumrichtung verbunden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (MS) in definiertem Maße schwenkbar zum Neigungssensor (NM2) befestigt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (MS) fest mit dem Neigungssensor (NM2) verbunden ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (1) mit mindestens einem weiteren Neigungssensor (NM1) zur Bestimmung der Neigung relativ zu einer festen Raumrichtung verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen 3-Platten-Kondensator als Neigungssensor (NM1, NM2).
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Raumrichtung die Richtung der Schwerkraft ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Raumrichtung durch eine vom Messkopf (MS) unabhängige, von einem Kreisel, insbesondere Laserkreisel definierte Raumrichtung ist.
DE200610020384 2006-04-28 2006-04-28 Vorrichtung zur Vermessung der Topographie einer Oberfläche Expired - Fee Related DE102006020384B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610020384 DE102006020384B4 (de) 2006-04-28 2006-04-28 Vorrichtung zur Vermessung der Topographie einer Oberfläche

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610020384 DE102006020384B4 (de) 2006-04-28 2006-04-28 Vorrichtung zur Vermessung der Topographie einer Oberfläche

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006020384A1 DE102006020384A1 (de) 2007-10-31
DE102006020384B4 true DE102006020384B4 (de) 2008-04-10

Family

ID=38542422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200610020384 Expired - Fee Related DE102006020384B4 (de) 2006-04-28 2006-04-28 Vorrichtung zur Vermessung der Topographie einer Oberfläche

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006020384B4 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5100612B2 (ja) * 2008-10-29 2012-12-19 住友重機械工業株式会社 真直度測定方法及び真直度測定装置
DE102012023377B3 (de) * 2012-11-22 2014-05-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Position und Justage eines asphärischen Körpers

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4138562A1 (de) * 1991-11-25 1993-05-27 Univ Schiller Jena Mikroprofilometermesskopf
DE19856510A1 (de) * 1998-02-20 1999-09-09 Alstom En Gmbh Verfahren und System zur Ermittlung von Unebenheiten und Schadstellen in der Oberfläche einer Verkehrsfläche
DE19842190C1 (de) * 1998-09-15 2000-03-02 Bundesrep Deutschland Verfahren zur Bestimmung der Topographie von gekrümmten Oberflächen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4138562A1 (de) * 1991-11-25 1993-05-27 Univ Schiller Jena Mikroprofilometermesskopf
DE19856510A1 (de) * 1998-02-20 1999-09-09 Alstom En Gmbh Verfahren und System zur Ermittlung von Unebenheiten und Schadstellen in der Oberfläche einer Verkehrsfläche
DE19842190C1 (de) * 1998-09-15 2000-03-02 Bundesrep Deutschland Verfahren zur Bestimmung der Topographie von gekrümmten Oberflächen

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006020384A1 (de) 2007-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60015268T2 (de) Fahrzeug zur Vermessung des geometrischen Zustandes eines Gleises
EP3746346B1 (de) Schienenfahrzeug und verfahren zum vermessen einer gleisstrecke
EP2806248B1 (de) Verfahren zur Kalibrierung einer Erfassungseinrichtung und Erfassungseinrichtung
DE102013015892B4 (de) Positionsbestimmung eines Fahrzeugs auf oder über einer Planetenoberfläche
DE19911017A1 (de) Verfahren zur Justierung eines Abstandssensors eines Kraftfahrzeugs
DE102006020384B4 (de) Vorrichtung zur Vermessung der Topographie einer Oberfläche
DE102004033600B4 (de) Verfahren und Messanordnung zur Bestimmung der Topografie einer Oberfläche und Kalibriereinrichtung zur Kalibrierung einer derartigen Messanordnung
DE3444723A1 (de) Vorrichtung zum erfassen der gleisgeometrie mit einem laser
EP1585938B1 (de) Optisches messverfahren und prazisionsmessmaschine zur ermittlung von idealformabweichungen technisch polierter oberflachen
DE102004055069A1 (de) Mehrdimensionale Fahrbahnvermessung
WO2023102585A1 (de) Verfahren zur bestimmung der geschwindigkeit und/oder bewegungsrichtung eines fahrzeugs
DE102015119409B4 (de) Messverfahren zur Messung der Verformung einer Schiene
DE10305993B4 (de) Vermessungsverfahren zur Flug- und Fahrzeugführung
DE102004048637A1 (de) 3D-Fahrbahnmessung mit redundanten Messdaten
EP1512940A2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung von Bauteilen
DE19842190C1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Topographie von gekrümmten Oberflächen
DE102017201794A1 (de) Prüfvorrichtung zur Bestimmung einer Strahllage eines Lichtstrahls
DE102016107443B4 (de) Verfahren zur topographischen Oberflächenmessung und Oberflächenmessgerät zur topographischen Oberflächenmessung
AT390626B (de) Vorrichtung zur kontinuierlichen messung von profilkurven
DE102021000475A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung und Kontrolle von Höhendifferenzen im Straßen-, Brücken- und Hochbau
DE102004056380B4 (de) Messvorrichtung und Verfahren zur Messung eines freifliegenden Körpers
DE19754010C2 (de) Vorrichtung zur Messung des Sturzes der Räder eines Kraftfahrzeuges
DE102010007106B4 (de) Verfahren zur Oberflächenmessung und Oberflächenmessgerät
DE19833269C1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Topographie einer wenigstens nahezu planaren Oberfläche
DE4421741C2 (de) Vorrichtung zum Messen einer Höhendifferenz an Gleisanlagen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20131101