DE19610941C2 - Zweiachsiger Neigungsmesser und Verfahren zur Neigungsmessung - Google Patents
Zweiachsiger Neigungsmesser und Verfahren zur NeigungsmessungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen zweiachsigen Neigungsmesser gemäß dem
Oberbegriff des ersten Anspruchs zur Messung der Neigung von Geräten,
Maschinen und Werkstücken in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtun
gen und Verfahren zur Neigungsmessung gemäß Anspruch 12.
Neben Neigungsmessern mit Pendeln und Libellen sind Geräte bekannt, die ein
oder mehrere Flüssigkeitsgefäße umfassen, in denen sich eine Flüssigkeit und
ein Gas oder mindestens zwei nicht mischbare Flüssigkeiten mit unterschiedli
chen optischen oder elektrischen Eigenschaften befinden.
Aus den Druckschriften DE 36 34 244 A1; DE 41 10 858 A1; US 5 392 112 und JP 58-
99 712 sind zweiachsige Neigungsmesser mit einem neigungsempfindlichen und
strahlenablenkenden Sensor beschrieben, durch den eine geometrische Figur
mit mindestens einem Winkel auf ein Lineararray von CCD-Elementen abgebil
det wird. Die Abbildung der Figur erfolgt durch Abbildungsoptiken entweder
durch den Flüssigkeitshorizont (Grenzfläche Flüssigkeit/Gas oder Flüssig
keit/Flüssigkeit) hindurch oder nach Reflexion am Flüssigkeitshorizont auf das
Lineararray. Durch eine besondere Ausbildung bzw. Anordnung der geometri
schen Figur können mit derartigen Neigungsmessern Neigungen in x- und y-
Richtung sowie sich überlagernde Neigungen gemessen werden. Bei einer Nei
gung des Gerätes erfolgt eine Richtungsänderung des Beleuchtungsstrahlen
bündels aus einer Normallage entweder durch Brechung am relativ zum Strah
lenverlauf geneigten Flüssigkeitshorizont, wobei die Flüssigkeit sich wie ein
optischer Keil verhält, oder durch veränderte Reflexionsbedingungen am Flüs
sigkeitshorizont, in dem sich der Einfallswinkel des Beleuchtungsstrahlenbündels
und der Reflexionswinkel des am Flüssigkeitshorizont reflektierten Strahlen
bündels ändern. Aus der veränderten Position der abgebildeten Figur auf dem
Lineararray wird die Neigung in zwei Koordinatenrichtungen ermittelt.
Aus der US 5 392 112 ist es ferner bekannt, zur Ermittlung der Neigungswinkel
in zwei Dimensionen einen flächenhaften CCD-Sensor einzusetzen.
Diese bekannten Neigungsmesser nutzen als Sensoren zur Bestimmung der Lage
des Lichtschwerpunktes positionsempfindliche Flächen- oder Streifensensoren
oder zur Auswertung einer Helligkeitsstruktur CCD-Zeilensensoren. Um eine
hohe Auflösung zu erzielen, sind aufgrund der eingeschränkten Linearität der
Differenz- und Streifensensoren sowie des beschränkten erzielbaren Informati
onsgehaltes auf linearen Zeilensensoren (Begrenzung der minimalen Struktur
breite durch Abbildungsfehler, Bildfeldgröße und Pixellänge) längere Brennwei
ten des optischen Systems und damit größere Ausmaße der Meßeinrichtung
sowie ein eingeschränkter oder eingeschränkt hochauflösender Meßbereich
erforderlich. Besonders stark wirkt dieser Effekt bei Neigungsmessern nach dem
Prinzip der Lichtbrechung beim Durchtritt der Gas-Flüssigkeits-Grenzschicht, da
die Ablenkung des Lichtstrahls bei Neigungsänderung nur ein Bruchteil der
Ablenkung bei Reflexion ausmacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zweiachsigen Neigungsmesser
zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut ist, eine hohe mechanische Stabi
lität besitzt und weitgehend temperaturunabhängig eine hochgenaue Nei
gungsmessung im Sekunden- und Subsekundenbereich ermöglicht. Aufgabe der
Erfindung ist es weiterhin ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem zweiachsigen Neigungsmesser
mit den Mittel des kennzeichnenden Teils des ersten Anspruchs gelöst. In den
weiteren Ansprüchen sind weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Neigungsmessers beschrieben. Im Bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe
durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.
Durch die Abbildung der als eine flächig ausgedehnte Hell-Dunkel-Struktur mit
mindestens einem Hell-Dunkel-Übergang und einem Dunkel-Hell-Übergang
ausgebildeten Struktur auf die als CCD-Matrix mit in Zeilen und Spalten ange
ordneten Sensorelementen (Pixel) ausgebildete Sensoranordnung in der Weise,
daß die Hell-Dunkel- und Dunkel-Hell-Übergänge des Bildes der Struktur auf der
Sensoranordnung eine Vielzahl von Zeilen und Spalten längs zur Meßrichtung
schneiden, stehen viele Sensorelemente der Sensoranordnung zur Erzeugung
auswertbarer elektrischer Signale zur Verfügung. Bei voller Ausnutzung der
CCD-Matrix steht maximal eine solche Anzahl Sensorelemente zur Verfügung,
die der Anzahl der Sensorelemente einer Spalte oder Zeile entspricht. Aufgrund
der bekannten Geometrie der abgebildeten Struktur wird nach ihr eine Aus
gleichsrechnung durchgeführt. Bei dem erfindungsgemäßen Neigungsmesser ist
es vorteilhaft, daß bereits mit einem Hell-Dunkel-Übergang auf der
Sensoranordnung die Informationsmenge, die ein linearer Zeilensensor liefert,
überboten wird und durch eine Vielzahl von Hell-Dunkel-Übergängen, wie sie
durch Gitter sich kreuzender Linien erzeugbar sind, noch weiter gesteigert
werden kann. Die Auflösung des Neigungsmessers wird durch die Ausnutzung
der Signale vieler Sensorelemente wesentlich verbessert, so daß die abbildenden
optischen Elemente eine kleinere Brennweite besitzen können und somit der
Neigungsmesser in kleinerer Baugröße ausgeführt werden kann. Mit kleinerer
Brennweite verkleinert sich auch die Sensoranordnung entsprechend.
Um die Signale möglichst vieler Sensorelemente zur Ermittlung der Neigung
heranziehen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Struktur aus einem Gitter
sich kreuzender Linien besteht und so auf dem Träger angeordnet ist, daß die
auf die Sensoranordnung abgebildeten Linien mit den Zeilen und/oder Spalten
einen Winkel bilden. Um einen hohen Interpolationsgrad zwischen zwei Zeilen
oder Spalten zu erreichen, ist es günstig, einen solchen Winkel vorzusehen, des
sen Tangens gleich dem reziproken Wert der Anzahl der Sensorelemente einer
Zeile oder einer Spalte ist. Als einfache Struktur kann es auch ein Strichkreuz sein,
dessen Striche so zu den Zeilen oder Spalten ausgerichtet sind, daß die auf die
Sensoranordnung durch Abbildung des Strichkreuzes entstehenden Hell- Dun
kel- und Dunkel-Hell-Übergänge mit den Zeilen und/oder Spalten einen kleinen
Winkel bilden.
Die abzubildende Struktur kann auch aus konzentrischen Kreisen, Ellipsen oder
Vielecken bestehen. In diesen Fällen muß nur gewährleistet sein, daß diese
Strukturen Linienbereiche besitzen, deren Bilder auf der Sensoranordnung einen
Winkel mit den Zeilen und/oder Spalten bilden.
Um einen konstruktiv einfachen und technologisch leicht herstellbaren Nei
gungsmesser zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse bzw. Gefäß und
die abbildenden optischen Elemente ein einziges Bauteil aus optischem
Kunststoff bilden. Bei aus undurchsichtigem Werkstoff hergestellten Gehäusen
können die abbildenden Elemente in der Gehäusewand eingesetzt sein. Um den
Neigungsmesser unter unterschiedlichen Bedingungen vielseitig einsetzen zu
können, können die Struktur und die Sensoranordnung auf ein und derselben
Seite oder auch auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuses angeordnet sein.
Desgleichen ist es vorteilhaft, wenn die Brennweiten der abbildenden optischen
Elemente und Kollimatoren gleich sind.
Ein Verfahren zur Neigungsmessung mit einem Neigungsmesser gemäß dem
ersten Anspruch umfaßt die folgenden Verfahrensschritte:
- - Abbildung einer beleuchteten Struktur durch ein Strahlenbündel mittels opti scher Elemente, wobei die Richtung des Strahlenbündels durch mindestens eine Reflexion an einem Flüssigkeitshorizont einer transparenten Flüssigkeit oder durch Refraktion in einer derartigen Flüssigkeit neigungsabhängig geändert wird, auf eine fotoelektrische Sensoranordnung mit in Zeilen und/oder Spalten angeordneten Sensorelementen (Pixeln) derart, daß die durch das Bild der Struktur auf der Sensoranordnung erzeugten Hell-Dunkel und/oder Dunkel-Hell- Übergänge quer zu mindestens einer Meßrichtung oder Koordinate verlaufen und Sensorelemente unterschiedlicher Zeilen und/oder Spalten überdecken,
- - Erzeugung elektrischer Signale durch die überdeckten Sensorelemente,
- - Durchführung einer Ausgleichsrechnung nach der in ihrer Geometrie bekann ten Struktur unter Verwendung der durch die Sensorelemente erzeugten elek trischen Signale
- - und Bestimmung der Neigung durch Ermittlung der neigungsbedingten Posi tion oder Verschiebung des Bildes der Struktur auf der Sensoranordnung durch einen Rechner.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert
werden. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Neigungsmesser, bei dem die Struktur und die
Sensoranordnung auf einer Seite des Gehäuses liegen,
Fig. 2 einen Neigungsmesser mit Mehrfachreflexion des Abbildungsstrahlengan
ges,
Fig. 3 einen Neigungsmesser, bei dem Struktur und Sensoranordnung auf ent
gegengesetzten Seiten des Gehäuses liegen,
Fig. 4a bis 4d verschiedene Ausführungen der abzubildenden Struktur,
Fig. 5 die Signalverhältnisse an der Sensoranordnung und
Fig. 6 die Lage des auf der Sensoranordnung abgebildeten Strichkreuzes mit
Angabe des Koordinatensystems.
Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte zweiachsige Neigungsmesser umfaßt ein
Gehäuse 1.1, welches durch einen Deckel 1.2 nach oben hin abgeschlossen ist
und in welchem sich eine transparente, einen Flüssigkeitshorizont 1.3 gegen ein
Gasvolumen 1.5 bildende Flüssigkeit 1.4, vorzugsweise Silikonöl, befindet.
Unterhalb des Gehäuses 1.1 ist in einem ersten Gehäuseteil 1.6 eine Lichtquelle
1.7 zur Beleuchtung einer in der Brennweite eines ebenfalls im Gehäuseteil 1.6
angeordneten Kollimators 1.8 liegenden Struktur 1.9 vorgesehen. Die Struktur
1.9 soll mindestens einen Hell-Dunkel- und mindestens einen Dunkel-Hell-
Übergang besitzen, d. h. sie soll eine gewisse Ausdehnung aufweisen. Ein
zweites, ebenfalls unterhalb des Gehäuses 1.1 angeordnetes Gehäuseteil 1.10
beinhaltet ein abbildendes optisches Element 1.11 zur Abbildung der Struktur
1.9 durch die Flüssigkeit 1.4 hindurch auf eine mit dem zweiten Gehäuseteil 1.10
verbundene, flächenhafte Sensoranordnung 1.12, welche in Zeilen und Spalten
angeordnete, eine Matrix bildende, fotoelektrische Sensorelemente (Pixel)
umfaßt. Als Sensorelemente sind insbesondere CCD-Elemente vorgesehen.
Wie aus den Fig. 4a bis 4d ersichtlich, kann die Struktur 1.9 ein Strichkreuz
4.1, ein Gitter 4.2 sich kreuzender Striche sein oder konzentrische Kreise 4.3,
Ellipsen oder Vielecke 4.4 umfassen.
In Fig. 2 ist ein Neigungsmesser abgebildet, bei welchem im Gehäuse 2.1 zwei
Flüssigkeiten 2.2 und 2.3 eingebracht sind, zwischen denen sich ein Flüssigkeits
horizont 2.4 befindet. Die beiden Flüssigkeiten 2.2 und 2.3 besitzen
unterschiedliche Brechungsindices und sind nicht mischbar, um eine Reflexion
an einem zwischen den Flüssigkeiten ausgebildeten Flüssigkeitshorizont zu
ermöglichen. Eine durch eine Lichtquelle 2.5 beleuchtete Struktur 2.6 wird über
einen Kollimator 2.7 und ein optisches Element 2.8 auf eine Sensoranordnung
2.9, die mit einem Rechner 2.10 verbunden ist, abgebildet. Die Innenfläche 2.11
des Gehäusebodens 2.12 ist als Spiegelfläche ausgebildet, so daß eine
mehrfache Reflexion des Strahlenganges an dem Flüssigkeitshorizont 2.4
realisiert und damit die Empfindlichkeit des Neigungsmessers gesteigert werden
kann.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Neigungsmesser liegen die Lichtquelle 3.1, die
Struktur 3.2 und der Kollimator 3.3 auf der einen und das abbildende optische
Element 3.4 und die Sensoranordnung 3.5 auf der gegenüberliegenden Seite
des Gehäuses 3.6, so daß das durch die Flüssigkeit 3.7 hindurchtretende Strah
lenbündel bei Neigung des Gehäuses 3.6 im Bezug auf die horizontale Ebene
durch den sich ausbildenden Flüssigkeitskeil abgelenkt und damit die Struktur
3.2 auf der Sensoranordnung 3.8 neigungsabhängig lageversetzt abgebildet
wird.
Alle diese Neigungsmesser besitzen einen weitgehend symmetrischen Aufbau
bezüglich ihrer mechanisch-optischen Komponenten. Durch die damit erreichte
mechanische und optische Stabilität wird der Temperatureinfluß auf den Null
punktfehler der Meßeinrichtung minimiert. Das Gehäuse 1.1; 2.1; 3.3, die opti
schen Elemente 1.11; 2.8; 3.4, die mechanischen Aufnahmen und Halterungen
(nicht dargestellt) für die Struktur 1.9; 2.6; 3.2 und die Sensoranordnung 1.12;
2.9; 3.8 bilden vorteilhaft eine Einheit aus einem spritzgußfähigen optischen
Kunststoff, z. B. PMMA, wodurch sich auch eine kostengünstige Konstruktion
und Montage verwirklichen lassen.
In Fig. 5 sind die Signalverhältnisse an der Sensoranordnung (Sensormatrix) 1.12;
2.9; 3.8 dargestellt. Im linken Teil dieser Figur ist eine Matrix in Zeilen und Spal
ten angeordneter Sensorelemente 5.1 dargestellt, wobei die Zeilen parallel zur
x- und die Spalten parallel zur y-Koordinatenachse verlaufen. Das Bild 5.2 der
Struktur 1.9; 2.6; 3.2 auf der Sensoranordnung 1.12; 2.9; 3.8 ist als helles Kreuz
veranschaulicht. Die sich kreuzenden Striche des Kreuzes 5.2 bilden mit den
Zeilen und Spalten einen Winkel α bzw. β. Fallen bei der Messung z. B. die zu
messenden Neigungsrichtungen mit den Koordinatenachsen x und y zusammen,
so bewegt sich der Kreuzungspunkt bei einer Neigung in x-Richtung entlang
einer Zeile und bei einer Neigung in y-Richtung entlang einer Spalte. Aus den
Koordinaten des Kreuzungspunktes wird die Neigung des Neigungsmessers in
der x-y-Ebene durch den Rechner 2.10 bestimmt.
Bei optimaler Schräglage der Striche des Bildes 5.2 auf der Sensoranordnung
1.12; 2.9; 3.8 bezüglich der Zeilen und Spalten im Sinne einer höchstmöglichen
Interpolation der Position zwischen zwei benachbarten Zeilen oder Spalten
ergibt sich ein Schräglagewinkel der Striche des Bildes 5.2, dessen Tangens
gleich 1/n ist, wobei n die Anzahl der Sensorelemente einer Zeile oder Spalte ist.
Im rechten Teil der Fig. 5 ist der Helligkeitsverlauf innerhalb einer Zeile oder
Spalte je nach Neigungsrichtung über alle Sensorelemente (Pixel)dargestellt.
Dabei wird im einfachsten Falle die Position des Lichtschwerpunktes p
entsprechend einer Zeilennummer als Mittelwert der Spaltenelementennummer
beim Überschreiten ps bzw. beim Unterschreiten pf einer analogen oder
digitalen Signalschwelle in 1/2-Pixelauflösung gewonnen. Dieser Vorgang kann
in jeder Zeile mit Ausnahme der Zeilen, in denen sich der jeweils andere Kreu
zungsstrich befindet, wiederholt werden. Bei beispielsweise einer Strichbreite
von 10 Pixeldurchmessern oder -abständen würden bei insgesamt n = 160
Sensorelemente (Pixel) je Zeile oder Spalte 150 Zeilen oder Spalten für die
Signalgewinnung zur Verfügung stehen. Unterzieht man alle auswertbaren
Zeilen und zugehörigen Lichtschwerpunktnummern einer linearen Regression
und wiederholt den ganzen Vorgang für die Lichtschwerpunkte innerhalb der
auswertbaren Spalten, erhält man die Anstiege mx und my und die konstanten
Glieder nx und ny der beiden Ausgleichsgeraden des auf der Sensoranordnung
abgebildeten Strichkreuzes (Fig. 6).
Der Kreuzungs- oder Schnittpunkt der beiden Ausgleichsgeraden besitzt die
Koordinaten
ux = (ny - nx)/(mx - my) und
uy = (nx . my - ny . mx)/(my - mx),
uy = (nx . my - ny . mx)/(my - mx),
wobei diese Koordinaten ux und uy der Neigung α in x-Richtung und der Nei
gung β in y-Richtung proportionale Größen sind und α und β nur noch mit Kon
stanten kx und ky multipliziert werden müssen, welche von der Brennweite f
der abbildenden optischen Elemente, vom Abstand der Sensorelemente r und
von einem strahlenablenkenden Faktor vx und vy für die Flüssigkeit abhängig
sind. Es sind
kx = r/(f . vx) und
ky = r/(f . vy).
ky = r/(f . vy).
Die Definition des horizontierten Zustandes des Neigungsmessers erscheint als
additive Konstanten α0 und ß0, so daß sich die Neigungen bezüglich der Koor
dinaten x und y ergeben zu
a = ux . kx + α0 und
β = uy . ky + ß0.
β = uy . ky + ß0.
Die Genauigkeit des Neigungsmessers und des Verfahrens soll an einem Zahlen
beispiel veranschaulicht werden. In den Neigungsrichtungen entlang der Koor
dinaten x und y sollen folgende Werte angenommen werden:
v = 2, f = 20 mm, r = 10 µm/Pixel
und damit k = 0,00025 rad/Pixel entsprechend 51, 75''/Pixel
und damit k = 0,00025 rad/Pixel entsprechend 51, 75''/Pixel
Um beispielsweise α bzw. β auf ungefähr 1'' genau zu bestimmen, müssen ux
und uy auf ca. 1/50 Pixelabstand genau bestimmt werden. Mit der
Informationsmenge von je 150 halbpixelgenauen Wertepaaren für die
Ausgleichsgeraden ist diese Auflösung eindeutig gegeben. Die theoretische
Grenze der Auflösung liegt bei optimaler Schräglage der Kreuzstriche zur
Zeilen- bzw. Spaltenrichtung bei einem halben Pixel/150 = 1/300 Pixel, was
einer Neigungsauflösung von ca. 0,17'' entspricht.
Claims (12)
1. Zweiachsiger Neigungsmesser, umfassend
- 1. ein Gehäuse oder Gefäß mit einer einen Flüssigkeitshorizont bildenden, transparenten Flüssigkeit, welche geeignet ist, die Richtung eines durchlaufenden optischen Strahlenbündels neigungsabhängig zu ändern,
- 2. eine Lichtquelle zur Beleuchtung einer in der Brennebene eines Kollimators auf einem Träger angeordneten Struktur mit mindestens einem Hell-Dunkel- Übergang und mindestens einem Dunkel-Hell-Übergang
- 3. und optische Elemente in Form von Linsen zur Abbildung der Struktur durch die Flüssigkeit hindurch auf in Zeilen und Spalten angeordnete fotoelektrische Sensorelemente einer zweidimensionalen Sensoranordnung, dadurch gekennzeichnet,
- 4. daß eine mathematisch erfaßbare, zweidimensionale Struktur (1.9; 2.6; 3.2) vorgesehen ist, die im Bezug auf die Zeilen und Spalten der zweidimensionalen Sensoranordnung (1.12; 2.9; 3.5) so auf dem Träger angeordnet ist, daß der durch die Abbildung der Struktur (1.9; 2.6; 3.2) auf der Sensoranordnung (1.12; 2.9; 3.5) erzeugte mindestens eine Hell-Dunkel- und Dunkel-Hell-Übergang auf mehr als einem Sensorelement liegt, wobei diese Sensorelemente auf unterschiedlichen Zeilen und/oder Spalten der Sensoranordnung (1.12; 2.9; 3.5) liegen, und daß die von der Neigung abhängige Position des Bildes der Struktur auf der Sensoranordnung (1.12; 2.9 3.5) mittels einer nach der bekannten Geometrie der Struktur durchgeführten Ausgleichsrechnung bestimmt ist.
2. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Struktur (1.9; 2.6; 3.2) aus einem Gitter (4.2) sich kreuzender Linien
besteht und so auf dem Träger angeordnet ist, daß die auf die Sensoranordnung
(1.12; 2.9; 3.5) abgebildeten Linien mit den Zeilen und/oder Spalten einen
Winkel bilden.
3. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Struktur als Strichkreuz (4.1) ausgebildet ist, dessen Striche so zu den
Zeilen und/oder Spalten ausgerichtet sind, daß die auf die Sensoranordnung
(1.12; 2.9; 3.5) abgebildeten Striche mit den Zeilen und/oder Spalten einen
Winkel bilden.
4. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Struktur (1.9; 2.6; 3.2) aus konzentrisch angeordneten Kreisen (4.3),
Ellipsen oder Vielecken (4.4) besteht.
5. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1.1; 2.1; 3.6), das abbildende optische Element (1.11; 2.8;
3.4) und der Kollimator (1.8; 2.7; 3.3) ein einziges Bauteil aus optischem
Kunststoff bilden.
6. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die abbildenden optischen Elemente (1.11; 2.8; 3.4) und die Kollimatoren
(1.8; 2.7; 3.3) in die Wand des Gehäuses (1.1; 2.1; 3.6) eingesetzt sind.
7. Neigungsmesser nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Fläche der optischen Elemente (1.11; 2.8; 3.4) und Kollimatoren
(1.8; 2.7; 3.3) an die Flüssigkeit (1.4; 2,2; 3.7) grenzt.
8. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Struktur (1.9; 2.6) und die Sensoranordnung (1.12; 2.9) auf einer Seite
des Gehäuses (1.1; 2.1) angeordnet sind.
9. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Struktur (3.2) und die Sensoranordnung (3.5) auf entgegengesetzten
Seiten des Gehäuses (3.6) angeordnet sind.
10. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennweiten der abbildenden optischen Elemente (1.11; 2.8; 3.4) und
der Kollimatoren (1.8; 2.7; 3.3) gleich sind.
11. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das abbildende Strahlenbündel durch eine innerhalb oder außerhalb des
Gefäßes mit diesem fest verbundene, reflektierende Fläche mindestens einmal
umlenkbar ist und daß eine mehrfache Umlenkung des Strahlenbündels an dem
Flüssigkeitshorizont realisiert ist.
12. Verfahren zur Neigungsmessung gekennzeichnet durch die Verfahrens
schritte:
- 1. Abbildung einer beleuchteten Struktur (1.9; 2.6; 3.2) durch ein Strahlenbündel mittels abbildender optischer Elemente (1.11; 2.8; 3.4) und Kollimatoren (1.8; 2.7; 3.3) wobei die Richtung des Strahlenbündels durch mindestens eine Reflexion an einem Flüssigkeitshorizont (1.3; 2.4) einer transparenten Flüssigkeit (1.4; 2.2) oder durch Refraktion in einer derartigen Flüssigkeit (3.7) neigungsabhängig geändert wird, auf eine fotoelektrische Sensoranordnung (1.12; 2.9; 3.8) mit in Zeilen und/oder Spalten angeordneten Sensorelementen derart, daß die durch das Bild der Struktur auf der Sensoranordnung (1.12; 2.9; 3.8) erzeugten Hell-Dunkel und/oder Dunkel-Hell- Übergänge quer zu mindestens einer Meßrichtung oder Koordinate (x; y) verlau fen und Sensorelemente unterschiedlicher Zeilen und/oder Spalten überdecken,
- 2. Erzeugung elektrischer Signale durch die überdeckten Sensorelemente
- 3. Durchführung einer Ausgleichsrechnung nach der in ihrer Geometrie bekann ten Struktur (1.9; 2.6; 3.2) unter Verwendung der durch die Sensorelemente erzeugten elektrischen Signale,
- 4. und Bestimmung der Neigung durch Ermittlung der neigungsbedingten Position oder Verschiebung des Bildes der Struktur (1, 9; 2.3; 3.2) auf der Sensoran ordnung (1.12; 2.9; 3.8) durch einen Rechner (2.10).
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DE1996110941 DE19610941C2 (de) | 1996-03-20 | 1996-03-20 | Zweiachsiger Neigungsmesser und Verfahren zur Neigungsmessung |
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