DE102016113531A1

DE102016113531A1 - Messsystem zum Messen von Längen und/oder Längenänderungen

Info

Publication number: DE102016113531A1
Application number: DE102016113531.3A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schwenke; Mark Wissmann; Andreas Oest
Original assignee: Etalon AG
Current assignee: Etalon AG
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem zum Messen von Längen und/oder Längenänderungen von Messstrecken (22), wobei das Messsystem
– mehrere Messanordnungen (18), die jeweils
– eine Referenzfläche (20) und ein Reflektorelement (24) aufweisen und
– eine Messstrecke (22) definieren, und
– eine Strahlungsquelle (2) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung zu den Messanordnungen (18) aufweist,
wobei das Messsystem zudem
– einen Detektor (26) zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung, die in einer Messanordnung (18) reflektiert wurde,
– eine Auswerteeinheit (30) und
– ein Verteilerelement (6) aufweist, das
– wenigstens einen Eingang (8) und mehrere Ausgänge (10) aufweist, um elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle (2) zu einer oder mehreren Messanordnungen (18) und von dort zu dem Detektor (26) zu leiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem zum Messen von Längen und/oder Längenänderungen von Messstrecken, wobei das Messsystem mehrere Messanordnungen, die jeweils eine Referenzfläche und ein Reflektorelement aufweisen und eine Messstrecke definieren und eine Strahlungsquelle zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung zu der Messanordnung aufweist.
Derartige Messsysteme sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Es handelt sich um Interferometer, bei denen die elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsquelle ausgesandt wird, auf zwei unterschiedlichen Wegen die Messanordnung durchläuft, wobei beide Strahlanteile anschließend zur Interferenz gebracht werden. Bei der Strahlungsquelle handelt es sich meist und bevorzugt um einen Laser, der bevorzugt monochromatisches Licht aussendet. In einer hier bevorzugten Ausgestaltung eines derartigen Interferometers ist die Referenzfläche der Messanordnung beispielsweise ein halbdurchlässiger Spiegel. Ein Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung wird an dieser Referenzfläche reflektiert und bildet den ersten der beiden miteinander zur Interferenz zu bringenden Strahlungsanteile. Der zweite Anteil durchläuft die Referenzfläche ohne reflektiert zu werden und trifft auf das Reflektorelement. Von diesem wird es reflektiert und durchläuft die Messanordnung vorzugsweise auf dem gleichen Weg in umgekehrter Richtung, so dass dieser Anteil erneut durch die Referenzfläche tritt und aus der Messanordnung abgeführt wird.
Diese beiden Strahlungsanteile werden zur Interferenz gebracht und auf einem Detektor detektiert. Das detektierte Signal kann von einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, so dass insbesondere Informationen über die Längenänderung einer Messstrecke ermittelt werden können. Im beschriebenen Beispiel ist die Messstrecke das Doppelte der Strecke zwischen Referenzfläche und Reflektorelement.
Herkömmlicherweise sind Interferometer nur in der Lage, Längenänderungen der Messstrecke zu bestimmen, ohne jedoch die Möglichkeit zu haben, die absolute Länge der Messstrecke zu bestimmen. Zwischenzeitlich sind jedoch Interferometer bekannt, bei denen die Strahlungsquelle Licht unterschiedlicher Wellenlänge aussendet und diese Wellenlänge insbesondere bevorzugt kontinuierlich durchbestimmbar ist. Auf diese Weise lässt sich ein Messaufbau und ein Messverfahren realisieren, bei dem über ein derartiges Interferometer die absolute Länge der Mess strecke bestimmt werden kann.
Messsysteme mit mehreren derartigen Messanordnungen, mit denen folglich Längenänderungen mehrerer Messstrecken überwacht werden können, werden in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen benötigt. So werden beispielsweise Deformationsmessungen von großen Maschinen oder großen Vorrichtungen, beispielsweise Flugzeugteilen wie etwa Tragflächen, genauso über derartige Messsysteme vorgenommen, wie beispielsweise die Überwachung von Deformationen bei Großteleskopen oder hochpräzisen Messgeräten, wie beispielsweise Teilchendetektoren wie sie beispielsweise am CERN zur Anwendung kommen. Der große Vorteil besteht darin, dass derartige Messsysteme auch unter Vakuumbedingungen oder in extrem tiefen Temperaturbereichen, der sogenannten Cyrotechnik, zur Anwendung kommen können. Selbstverständlich können auch Mess- und Werkzeugmaschinen überprüft, überwacht und kalibriert werden.
Nachteilig ist jedoch, dass beim Messsystemen mit mehreren Messanordnungen, die folglich zur Überwachung von Längenänderungen mehrerer Messstrecken verwendet werden, die jeweilige Messstrecke permanent überwacht werden muss, da lediglich Längenänderungen detektiert werden können. Sobald der Messstrahl für einen bestimmten Zeitraum unterbrochen wird, lässt sich ein innerhalb dieses Zeitraums vorgenommene Längenänderung der Messstrecke mit einem herkömmlichen Interferometer nicht mehr zurückverfolgen, so dass eine neue Kalibrierung und eine neue absolute Längenmessung notwendig wird. Daher werden bisher sämtliche Messstrecken permanent überwacht, so dass die elektromagnetische Strahlung, die von gegebenenfalls nur einer einzigen Strahlungsquelle ausgesandt wird, auf mehrere Messkanäle verteilt wird, die zu den verschiedenen Messanordnungen führen. Die in den Messanordnungen reflektierte elektromagnetische Strahlung muss jedoch für jeden Messkanal mittels eines separaten Detektors und dementsprechend einer daran gekoppelten Auswerteeinrichtung detektiert und ausgewertet werden. Da derartige Detektoren und die Auswerteelektronik kostenintensiv sind, ist dies ein deutlicher Nachteil.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass es kostengünstig herstellbar ist und dennoch in zumindest nahezu allen genannten Anwendung Verwendung finden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Messsystem zum Messen von Längen und/oder Längenänderungen von Messstrecken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das sich dadurch auszeichnet, dass das Messsystem zudem einen Detektor zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung, die in einer Messanordnung reflektiert wurde, eine Auswerteeinheit und ein Verteilerelement aufweist, das wenigstens einen Eingang und mehrere Ausgänge aufweist, um elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle zu einer oder mehreren Messanordnungen und von dort zu dem Detektor zu leiten.
Erfindungsgemäß ist folglich nur ein einziger Detektor und eine einzige Auswerteeinrichtung notwendig, um die verschiedenen Messkanäle, die den mehreren Messanordnungen und damit den mehreren Messstrecken entsprechen, auszuwerten. Dies geschieht naturgemäß nacheinander.
Die Referenzfläche zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Teil der von der wenigstens einen Strahlungsquelle ausgesandten elektromagnetischen Strahlung an der Referenzfläche reflektiert wird, während ein anderer Teil die Referenzfläche durchtritt und auf das Reflektorelement geführt wird. Die Referenzfläche kann dabei folglich ein halbdurchlässiger Spiegel oder eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlicher optischer Dichte, beispielsweise eine Glas-Luft-Grenzfläche sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Verteilerelement derart ausgebildet, dass die elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle das Verteilerelement nur durch einen wählbaren Ausgang verlässt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei einem derartigen Verteilerelement um einen Faserschalter für Glasfasern. Ein solcher Schalter, der als Verteilerelement verwendet werden kann, muss besondere Anforderungen erfüllen. Insbesondere dürfen keine oder nur möglichst wenig Rückreflektionen am Verteilerelement geschehen. Es ist wichtig, dass die elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsquelle dem Verteilerelement zugeführt wird, dieses Verteilerelement möglichst vollständig durchtritt, um zu der eigentlichen Messanordnung zu gelangen. Reflektionen, die innerhalb des Verteilerelementes auftauchen, können das Messergebnis stören und somit verschlechtern. Daher hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn Grenzflächen, durch die die elektromagnetische Strahlung hindurchtreten muss, beispielsweise eine entspiegelnde Beschichtung aufweisen oder die Materialien beispielsweise innerhalb des Verteilerelementes mit ihrem optischen Brechungsindex so aufeinander angepasst sind, dass eine möglichst kleine, bevorzugt jedoch überhaupt keine Brechungsindexdifferenz vorliegt. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Grenzflächen, durch die die elektromagnetische Strahlung hindurchtritt, angeschrägt sein, um einen reflektierten Anteil der elektromagnetischen Strahlung daran zu hindern, auf den Detektor zurückgeworfen zu werden.
Die von der Strahlungsquelle ausgesandte elektromagnetische Strahlung wird vorteilhafterweise in eine Glasfaser eingekoppelt und in dieser zu dem Verteilerelement geleitet. Die Strahlung tritt durch den wenigstens einen Eingang in das Verteilerelement ein und wird darin auf den jeweils einen gewählten Ausgang geleitet. Dieser ist frei einstellbar, um die Messanordnung, deren Messstrecke gemessen werden soll, auswählen zu können.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine mechanische Einstellung, die dafür sorgt, dass eine optische Verbindung zwischen dem wenigstens einen Eingang und dem jeweiligen gewählten Ausgang vorliegt. Wird reflektierte elektromagnetische Strahlung aus der Messanordnung zurückgeleitet, tritt sie durch den jeweiligen Ausgang in das Verteilerelement ein und wird über die gleiche Verbindung auf den wenigstens einen Eingang geleitet. Von dort wird sie zu dem Detektor geleitet, wo sie detektiert wird.
Auch der Transport der elektromagnetischen Strahlung vom Verteilerelement zu der jeweiligen Messanordnung erfolgt vorteilhafterweise über ein Glasfaserkabel. Auf diese Weise kann der räumliche Abstand zwischen den jeweiligen Messanordnungen untereinander und von der Messanordnung zu der Strahlungsquelle sehr groß, beispielsweise mehrere Kilometer, gewählt werden. Es lassen sich so beispielsweise ganze Gebäudekomplexe mit einem Glasfasernetz versehen, um in unterschiedlichsten Räumen, beispielsweise Werkshallen oder Produktionshallen unterschiedlichste Vorrichtungen, Werkzeugmaschinen oder Bauteilkomponenten überwachen zu können. Dabei ist besonders vorteilhafterweise nur eine einzige Strahlungsquelle, ein einziger Detektor und eine einzige Auswerteeinheit notwendig. Dadurch können die Kosten stark reduziert werden. Zudem können auch bestehende Objekte und Gebäudekomplexe nachgerüstet werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Verteilerelement auch derart ausgebildet sein, dass die elektromagnetische Strahlung von der wenigstens einen Strahlungsquelle das Verteilerelement durch mehrere, vorzugsweise wählbare, Ausgänge verlässt. So kann es sich bei dem Verteilerelement beispielsweise lediglich um ein Aufspaltelement handeln, das die eintretende elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsquelle ausgesandt wurde, auf alle oder zumindest mehrere der vorhandenen Ausgänge verteilt. Für den Fall, dass die elektromagnetische Strahlung nicht auf alle Ausgänge verteilt werden soll, lässt sich vorteilhafterweise eine Auswahl der Ausgänge treffen, die mit elektromagnetischer Strahlung versehen werden sollen.
In dieser Ausgestaltung gilt es jedoch sicherzustellen, dass am Detektor nur elektromagnetische Strahlung ankommt, die in einer einzelnen Messanordnung reflektiert wurde. Elektromagnetische Strahlung einer einzelnen Strahlungsquelle, die von mehreren Messanordnungen reflektiert wurde und gleichzeitig am Detektor auftrifft, erschwert die Auswertung oder macht sie gar unmöglich. Insbesondere für den Fall, dass jedoch die räumlichen Abständen zwischen den Messanordnungen und der Strahlungsquelle stark unterschiedlich sind, ist es möglich, mehrere Messanordnungen nahezu gleichzeitig zu vermessen, da das von der jeweiligen Messanordnung reflektierte Licht zu unterschiedlichen Zeitpunkten am Detektor ankommt.
Vorteilhafterweise ist jedoch zwischen den Ausgängen des Verteilerelementes und den Messanordnungen jeweils wenigstens ein Verdunkelungselement angeordnet, das in jeweils eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung bringbar ist. Mit diesen Verdunkelungselementen ist es möglich, die aus dem jeweiligen Ausgang austretende elektromagnetische Strahlung daran zu hindern, die Messanordnung zu erreichen. Es kann sich um Abschattungselemente oder Blenden oder sonstige Verdunkelungselemente handeln. Vorteilhafterweise befindet sich jeweils maximal eines der Verdunkelungselemente in der geöffneten Stellung. Auf diese Weise wird besonders einfach sichergestellt, dass nur elektromagnetische Strahlung zum Detektor gelangt, die in einer einzelnen Messanordnung reflektiert wurde.
Alternativ zu derartigen Verdunkelungselementen ist es jedoch auch möglich, beispielsweise die einzelnen Reflektorelemente der jeweiligen Messanordnungen in eine reflektierende und eine nicht reflektierende Stellung bringbar auszugestalten. Soll die Messstrecke, die von einer Messanordnung definiert wird, vermessen werden, wird der jeweilige Reflektor in die reflektierende Stellung gebracht, so dass die elektromagnetische Strahlung, die durch die Referenzfläche hindurch tritt auf das Reflektorelement trifft und von dort in die gewünschte Richtung, bevorzugt um 180° gedreht, reflektiert wird. Soll jedoch die jeweilige Messstrecke der Messanordnung nicht vermessen werden, kann das Reflektorelement beispielsweise aus dem Strahlengang entfernt oder gedreht werden, so dass kein reflektiertes Licht auf den Detektor gelangen kann.
Um das Auswerteergebnis zu verbessern, kann gleichzeitig beispielsweise auch die Referenzfläche aus dem Strahlengang entfernt werden, so dass auch von dieser Referenzfläche kein reflektiertes Licht auf den Detektor fallen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Messsystem mehrere Strahlungsquellen und mehrere Auswerteeinheiten. Dabei sind jedoch jeder Strahlungsquelle und jeder Auswerteeinheit mehrere Messanordnungen zugeordnet, wobei zwischen der jeweiligen Strahlungsquelle und den ihr zugeordneten Messanordnungen ein Verteilerelement angeordnet ist. Diese Verteilerelemente können für die unterschiedlichen Strahlungsquellen identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Zudem ist es möglich, beispielsweise zwei Strahlungsquellen und zwei Auswerteeinheiten vorzusehen, denen jeweils eine Mehrzahl von Messanordnungen zugeordnet ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Messsystems sind jedoch die beiden Strahlungsquellen und die beiden Auswerteeinheiten vorteilhafterweise den gleichen Messanordnungen zugeordnet, so dass über das Verteilerelement nicht nur entschieden werden kann, welche Messanordnung mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden soll, sondern auch, aus welcher der gegebenenfalls mehreren Strahlungsquellen diese elektromagnetische Strahlung stammt. Dazu hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Verteilerelement mehrere Eingänge aufweist und eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung einer der Strahlungsquellen zu einer oder mehreren Messanordnungen zu leiten, wobei die Strahlungsquelle vorteilhafterweise wählbar ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Messsystems ist die wenigstens eine Strahlungsquelle und wenigstens eine Auswerteeinheit eingerichtet, die absolute Länge einer Messstrecke zu messen. Ein derartiges Absolutlängeninterferometer ist aus dem Stand der Technik bekannt, so dass hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Wichtig ist jedoch, dass die Wellenlänge der von der Strahlungsquelle ausgesandten elektromagnetischen Strahlung über einen Wellenlängenbereich hinweg stufenlos kontinuierlich einstellbar und durchstimmbar ist. Um die absolute Länge einer Messstrecke zu bestimmen, wird während der Interferenzmessung die Wellenlänge der ausgesandten elektromagnetischen Strahlung von einer Startwellenlänge bis zu einer Endwellenlänge verändert. Start- und Endwellenlänge können beispielsweise über eine ebenfalls integrierte Gaszelle genau und reproduzierbar eingestellt werden. Das in der Gaszelle enthaltene Gas weist sowohl bei der Startwellenlänge als auch bei der Endwellenlänge eine Absorption auf, die lediglich von der verwendeten Gasart abhängt und somit sehr stabil einstellbar ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist wenigstens eine Strahlungsquelle und wenigstens eine Auswerteeinheit eingerichtet, eine Längenänderung der Messstrecke, vorzugsweise in Echtzeit, zu messen. Diese Art der Messung ist beispielsweise ausreichend, wenn beispielsweise ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine oder ein zu bearbeitendes Bauteil um eine bestimmte Strecke bewegt werden soll. Dabei ist der die absolute Länge der zu messenden Messstrecke oftmals unerheblich und nur die Längenänderung relevant.
Vorzugsweise werden die Referenzflächen mehrere Messanordnungen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das vorzugsweise modular aufgebaut ist. Derartige Gehäuse mit Referenzflächen können an bestimmten Punkten beispielsweise innerhalb einer Werkshalle angeordnet werden und dienen somit als Startpunkt für mehrere unterschiedliche Messstrecken unterschiedlicher Messanordnungen. Der modulare Aufbau ermöglicht es bei Bedarf die Gehäuse aufzustocken, um weitere Referenzflächen für weitere Messstrecken zu integrieren.
Bevorzugt wird vor dem Verteilerelement ein Faserverstärker angeordnet, um die Leistung der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung, also vorteilhafterweise des Laserlichtes des wenigstens einen Lasers, zu erhöhen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Verteilerelement die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung auf mehrere Ausgänge verteilt. Bei der Strahlungsquelle handelt es sich bevorzugt um einen Laser, der monochromatische elektromagnetische Strahlung vorteilhafterweise durchstimmbarer Wellenlänge, aussendet.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zudem durch ein Verfahren zum Überwachen wenigstens einer Maschine, vorzugsweise wenigstens einer Werkzeugmaschine, bei dem eine Länge und/oder eine Längenänderung einer Mehrzahl von Messstrecken, die den Abständen eines Bauteiles der wenigstens einen Maschine von jeweils einem Referenzpunkt entsprechen, mehrfach nacheinander gemessen und mit Referenzwerten verglichen wird, wobei zum Messen ein Messsystem der hier beschriebenen Art verwendet wird. Vorteilhafterweise handelt es sich um mehrere Maschinen, die insbesondere in unterschiedlichen Räumen, oder gar in unterschiedlichen Gebäuden vorhanden sind. Dabei ist es durchaus von Vorteil, wenn mehrere der Messstrecken einer einzelnen Maschine zugeordnet sind. Selbstverständlich ist erfindungsgemäß auch ein Verfahren, bei dem sämtliche Messstrecken an einer einzigen Maschine, beispielsweise einer Werkzeugmaschine, angeordnet sind. Die Messstrecke entspricht dabei dem Abstand eines Bauteils der Maschine von einem Referenzpunkt, der vorliegend durch die Referenzfläche bestimmt wird. Dabei ist es nicht notwendig, dass die elektromagnetische Strahlung direkt an dem Bauteil der zu überwachenden Maschine reflektiert wird. Es ist durchaus von Vorteil, nicht das jeweilige Bauteil der Maschine als Reflektorelement auszugestalten, sondern ein separates Reflektorelement zu verwenden, das an dem jeweiligen Bauteil angeordnet wird. Ist der Abstand, in dem das Reflektorelement zu dem Bauteil der Maschine angeordnet ist, bekannt, lässt sich auch der Abstand des Referenzpunktes zu dem jeweiligen Bauteil bestimmen.
Mit Hilfe der beiliegenden Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
1 – die schematische Darstellung eines Messsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
2 – die Darstellung eines Messsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Messsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung verfügt über eine erste Strahlungsquelle 2, die beispielsweise ein Laser ist und elektromagnetische Strahlung aussendet, die zunächst auf einen halbdurchlässigen Spiegel 4 geleitet wird. Die von der ersten Strahlungsquelle 2 ausgesandte elektromagnetische Strahlung durchtritt den halbdurchlässigen Spiegel und wird einem Verteilerelement 6 zugeleitet. Dieses verfügt über zwei Eingänge 8 und fünf Ausgänge 10. Eine zweite Strahlungsquelle 12 ist ebenfalls vorhanden, um elektromagnetische Strahlung durch einen zweiten halbdurchlässigen Spiegel 14 auf den zweiten Eingang 8 des Verteilerelementes 6 zu leiten. Der gestrichelte Verlauf des Weges der ausgesandten elektromagnetischen Strahlung deutet an, dass die zweite Strahlungsquelle 2 nicht aktiv ist.
Die elektromagnetische Strahlung von der ersten Strahlungsquelle 2 gelangt folglich durch den Eingang 8 in das Verteilerelement 6 und wird hier auf den dritten Ausgang 10 geleitet. Von diesem wird sie durch einen Lichtleiter 16, der beispielsweise ein Glasfaserkabel sein kann, zu einer Messanordnung 18 geleitet. Diese weist eine Referenzfläche 20 auf, die als Beginn einer Messstrecke 22 fungiert. Die Referenzfläche 20 ist als halbdurchlässiger Spiegel ausgebildet, so dass ein Teil der durch den Lichtleiter 16 vom Ausgang 10 des Verteilerelementes 6 ankommenden elektromagnetischen Strahlung an der Referenzfläche 20 reflektiert wird und durch den Lichtleiter 16 zurück zum Verteilerelement 6 geleitet wird. Der übrige Teil der elektromagnetischen Strahlung tritt durch die Referenzfläche 20 hindurch und erreicht nach dem Passieren der Messstrecke 22 ein Reflektorelement 24, das im gezeigten Ausführungsbeispiel als einfacher Spiegel ausgebildet ist, jedoch beispielsweise auch ein Katzenaugen-Element sein kann, durch das sichergestellt wird, dass die reflektierte Strahlung parallel zu der einfallenden Strahlung ist. Hier wird der Rest der elektromagnetischen Strahlung reflektiert und durch den Lichtleiter 16 zum Verteilerelement 6 geleitet.
Innerhalb des Verteilerelementes 6 wird das durch den Ausgang 10 einfallende Licht zu dem Eingang 8 geleitet, durch den die elektromagnetische Strahlung von der ersten Strahlungsquelle 2 das Verteilerelement erreicht hat. Hier tritt es aus dem Eingang 8 aus. Ein Teil wird vom halbdurchlässigen Spiegel 4 reflektiert, so dass die beiden Anteile der elektromagnetischen Strahlung zur Überlagerung gebracht werden und auf einen Detektor 26 treffen. Dieser ist über eine Datenverbindung 28 mit einer Auswerteeinheit 30 verbunden, die beispielsweise ein Computer sein kann.
In 1 sind insgesamt fünf Messanordnungen 18 dargestellt, die jeweils eine Referenzfläche 20, eine Messstrecke 22 und ein Reflektorelement 24 aufweisen. Durch die unterschiedlichen Längen der Messstrecken 22 und die unterschiedlichen Orientierungen der Messanordnungen 18 wird dargestellt, dass die einzelnen Messanordnungen völlig unabhängig voneinander angeordnet und beispielsweise auch in unterschiedlichen Räumen oder Gebäuden angeordnet sein können. Die elektromagnetische Strahlung, die von der ersten Strahlungsquelle 2 oder der zweiten Strahlungsquelle 12 ausgesandt wird, wird bevorzugt über Glasfaserkabel oder andere Lichtleiter zum Verteilerelement 6 und/oder zu den Messanordnungen 18 geleitet.
In 1 ist die zweite Strahlquelle dargestellt, die in der gezeigten Situation jedoch nicht aktiv ist, weswegen der Übertragungsweg der durch die zweite Strahlungsquelle 12 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung gestrichelt dargestellt ist. Wird elektromagnetische Strahlung der zweiten Strahlungsquelle 12 verwendet, um die Länge oder eine Längenänderung einer Messstrecke 22 zu bestimmen, verlässt die reflektierte elektromagnetische Strahlung das Verteilerelement 6 auf dem Rückweg von der Messanordnung 18 durch den Eingang 8, durch den sie auch von der zweiten Strahlungsquelle 12 kommend das Verteilerelement 6 erreicht hat. Die Strahlung wird am zweiten halbdurchlässigen Spiegel 14 reflektiert und auf einen Detektor 26 geleitet, der ebenfalls über eine Datenverbindung 28 mit einer Auswerteeinheit 30 verbunden ist. Die beiden Auswerteeinheiten 30 können dabei durchaus Teil eines Computers oder einer Recheneinheit sein.
2 zeigt die Darstellung aus 1, die sich lediglich durch ein anderes Verteilerelement 6 auszeichnet. Auch dieses verfügt über zwei Eingänge 8 und fünf Ausgänge 10, durch die die elektromagnetische Strahlung der beiden Strahlungsquellen 2, 12 zu den unterschiedlichen Messanordnungen 18 geleitet werden. Anders als bei der in 1 gezeigten Ausführungsform verteilt jedoch das Verteilerelement 6 die elektromagnetische Strahlung gleichzeitig auf alle fünf Ausgänge 10 des Verteilerelementes. In jedem dieser Strahlengänge befindet sich ein Verdunkelungselement 32, das im gezeigten Ausführungsbeispiel als „Shutter“ oder Blende ausgebildet ist. Man erkennt, dass die oberen beiden Verdunkelungselemente 32 und die unteren beiden Verdunkelungselemente 32 sich im geschlossenen Zustand befinden und somit die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung in Richtung auf die jeweilige Messanordnung unterbinden. Lediglich das mittlere Verdunkelungselement befindet sich im geöffneten Zustand, so dass die elektromagnetische Strahlung das Verdunkelungselement passieren und zur Messanordnung 18 gelangen kann.
Bezugszeichenliste

2: erste Strahlungsquelle
4: halbdurchlässiger Spiegel
6: Verteilerelement
8: Eingang
10: Ausgang
12: zweite Strahlungsquelle
14: zweiter halbdurchlässiger Spiegel
16: Lichtleiter
18: Messanordnung
20: Referenzfläche
22: Messstrecke
24: Reflektorelement
26: Detektor
28: Datenverbindung
30: Auswerteeinheit
32: Verdunkelungselement

Claims

Messsystem zum Messen von Längen und/oder Längenänderungen von Messstrecken (22), wobei das Messsystem – mehrere Messanordnungen (18), die jeweils – eine Referenzfläche (20) und ein Reflektorelement (24) aufweisen und – eine Messstrecke (22) definieren, und – eine Strahlungsquelle (2) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung zu den Messanordnungen (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem zudem – einen Detektor (26) zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung, die in einer Messanordnung (18) reflektiert wurde, – eine Auswerteeinheit (30) und – ein Verteilerelement (6) aufweist, das – wenigstens einen Eingang (8) und mehrere Ausgänge (10) aufweist, um elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle (2) zu einer oder mehreren Messanordnungen (18) und von dort zu dem Detektor (26) zu leiten.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (6) derart ausgebildet ist, dass die elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle (2) das Verteilerelement (6) nur durch einen wählbaren Ausgang (20) verlässt.
Messsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (6) ein Faserschalter für Glasfasern ist.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (6) derart ausgebildet ist, dass die elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle (2) das Verteilerelement (6) durch mehrere, vorzugsweise wählbare, Ausgänge (10) verlässt.
Messsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausgängen (10) des Verteilerelementes (6) und den Messanordnungen (18) jeweils wenigstens ein Verdunkelungselement (32) angeordnet sind, die in eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung bringbar sind, in der sie verhindern, dass elektromagnetische Strahlung von einem Ausgang (10) des Verteilerelementes (6) zu der jeweiligen Messanordnung (18) geleitet wird, wobei sich vorzugsweise maximal eines der Verdunkelungselemente (32) in der geöffneten Stellung befindet.
Messsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem mehrere Strahlungsquellen (2, 14) und mehrere Auswerteeinheiten (30) aufweist.
Messsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (6) mehrere Eingängen (8) aufweist und eingerichtet ist, elektromagnetischer Strahlung einer der Strahlungsquellen (2, 14) zu einer oder mehrerer Messanordnungen (18) zu leiten, wobei die Strahlungsquelle (2, 14) wählbar ist.
Messsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlungsquelle (2, 14) und wenigstens eine Auswerteeinheit (30) eingerichtet sind, die absolute Länge einer Messstrecke (22) zu messen.
Messsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlungsquelle (2, 14) und wenigstens eine Auswerteeinheit (30) eingerichtet sind, eine Längenänderung einer Messstrecke, vorzugsweise in Echtzeit zu messen.
Messsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzflächen (20) mehrerer Messanordnungen (18) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das vorzugsweise modular aufgebaut ist.
Verfahren zum Überwachen wenigstens einer Maschine, vorzugsweise wenigstens einer Werkzeugmaschine, bei dem eine Länge und/oder eine Längenänderung einer Mehrzahl von Messstrecken, die den Abständen eines Bauteils der wenigstens einen Maschine von jeweils einem Referenzpunkt entsprechen, mehrfach nacheinander gemessen und mit Referenzwerten verglichen wird, wobei zum Messen ein Messsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird.