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Verfahren und Anordnung zur
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Prüfung einer Libelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Prüfen einer Libelle, die mit einer Flüssigkeitsfüllung mit eingeschlossener
Gasblase sowie mit bei Mittellage der Gasblase in der Libelle außerhalb der Gasblase
angeordnete Sichtmeßmarken ausgestattet ist, in bezug auf die Anzeigegenauigkeit,
die Lage in einer Bearbeitungsstation bzw. in einer Wasserwaage oder in sonstigen
Meßgeräten und -instrumenten, sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens,
Libellen sind Hilfsmittel zur Orientierung von Geraden und Ebenen gegen die Lotrichtung.
Die Flüssigkeitsfüllung ist in einem gleichmäßig nach außen gekrümmten Hohlraum
eingefüllt, so dab bei horizontaler Achse der Libelle die Gasblase an der höchsten
Stelle dieses Hohlraumes zu liegen kommt.
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Bei der Herstellung, bei der Bearbeitung und auch nach dem Einbau
beispielsweise in Wasserwaagen oder in sonstigen Meßgeräten und -instrumenten ist
eine Prüfung vorzunehmen, da eine exakte Ausführung und ein maßgenauer Einbau der
Libelle Voraussetzung dafür ist, ein brauchbares, genaues Meßinstrument zu erhalten.
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Bisher erfolgte eine Prüfung einer Libelle beispielsweise nach dem
Einbau in einer Wasserwaage dadurch, daß dieses Meßgerät an eine exakt horizontale
oder vertikale Fläche angelegt wurde, worauf dann allein durch die Begutachtung
des Prüfers festgesillt werden mußte, ob nun eine entsprechende Genauigkeit vorhanden
ist oder nicht. Eine derartige Prüfung hängt sehr wesentlichvon der Sehkraft des
Präfers bzw. von der Dauer des Einsatzes desselben ab, so daß die Urteile über eine
Genauigkeit nicht immer als einwandfrei bezeichnet werden können.
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Es gibt auch ein Libellenprüfgerät, welches im wesentlichen aus einer
ebenen tischartigen Fläche mit drei Füßen besteht, von denen einer als Mikrometerschraube
ausgebildet ist.
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Durch Drehen der Mikrometerschraube wird der Tisch um kleine, sehr
genau bestimmbare Beträge geneigt, die im allgemeinen an der Mikrometerschraube
abgelesen werden können.
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Damit läßt sich eine Röhrenlibelle prüfen, wobei. versucht wurde,
die Fehlerhaftigkeit der Gaughöhe der Mikremeterschraube dadurch auszuschalten,
indem man die Höhenänderung am dritten Auflager durch Lichtinterferenzen bestimmt
hat.
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Es ist dabei eigenartig, daß eine so genaue Ablesung der Höhenänderung
gefordert wird, wogegen praktisch keine genauere Ablesung der Stellung der Gasblase
in der Libelle möglich ist. Die Gasblage in. der Libelle m daher auch bei dieser
Ausführung von dem Prüfer beobachtet werden, so daß dies die weitaus größere Fehlerquelle
darstellt, als beispielsweise die Ganghöhe der Mikrometerschraube.
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Eine Prüfung einer Libelle ist in vielfacher Hinsicht erforderlich.
Einerseits müssen die geometrischen Eigenschaften der Libelle überprüft werden und
andererseits ist eine Justierung in vielen Varianten notwendig. So ist eine Prüfung
der Libelle selbst als auch eine Prüfung der Einbaugenauigkeit derselben notwendig
oder auch eine Prüfung bem Einspannen der Libelle in einer Bearbeitungsstation.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren
und eine Anordnung zu schaffen, mit dem bzw.
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der es möglich ist objektivierbare Meßresultate zu erhalten, wobei
diese Meßresultate in einer Prüfzeit erreichbar sind, welche produktionstechnischen
Ansprüchen gerecht wird.
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Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß die Lage der Gasblase
bezogen auf die Mittelebene zwischen zwei Meßmarken
bzw. der Abstand
der Randbegrenzungen der Gasblase zu einer darauffolgenden Meßmarke optischSeiKtronisch
registriert und gemessen wird, worauf ein Vergleich des Abstandes der einen Randbegrenzung
der Gasblase zur entsprechenden Sichtmeßmarke mit dem Abstand der gegenüberliegenden
Randbegrenzung der Gasblase von der entsprechenden anderen Sichtmeßmarke bzw. daraus
resultierend der Mittelvertikalebene der Gasblase mit der Mittelvertikalebene zwischen
zwei Sichtmeßmarken erfolgt, wonach auf Grund dieser Vergleichsergebnisse ein Wachçustieren
der Libelle innerhalb einer Wasserwaage oder des sonstigen Meßgerätes oder -instrumentes,
eine Be- oder Nachbearbeitung der Libelle auf einer Bearbeitungsstation bzw. eine
Prüfauszeichnung einer mit ordnungsgemäß montierter oder nachjustierter Libelle
ausgestatteten Wasserwaage bzw. eines sonstigen Meßgerätes oder -instrumentes erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist gekennzeichnet durch eine Lichtquelle
mit Aufbereitungsoptik, ein Auflager bzw. eine Einspannvorrichtung für eine Libelle
bzw. ein die Libelle aufnehmendes Meßgerät oder -instrument, ein Objektiv mit nachgeschaltetem
Photoempfänger sowie eine mit dem Photoempfänger zusammenwirkende Signalaufbereitungselektronik,
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich
geworden, objektivierbare Meßresultate zu erreichen, die unabhängig von der Sehkraft
bzw. den Ermüdungserscheinungen einer Arbeitskraft sind1 so daß auch eine exakte
Prüfauszeichnung von mit Libellen ausgestatteten Meßgeräten und -instrumenten erfolgen
kann. Es ist so bereits in den Bearbeitungsstationen für eine Libelle eine exakte
Einspannung möglich, so daß von vorneherein beimendgültigen Einbau in ein Msßgerät
oder in ein Meßinstrument eine hohe Maßgenauigkeit gegeben ist.
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Weitere erfindungsgemäße Merkmale und besondere Vorteile werden in
der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Libelle; Fig. 2 die schematische Darstellung des
Helligkeitsdurchganges durch eine solche Libelle nach Fig. 1; Fig. 3 eine Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Anordnung zum Prüfen einer Libelle.
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Die in Fige 1 dargestellte Libelle besteht aus dem Libellenkörper
1, welcher einen Hohlraum 2 aufweist mit nach außen gewölbten Begrenzungen 3. Mit
dem Abstand A sind zwei Meßmarken 4 und 5 vorgesehen, die beispielsweise aus in
Rillen am Außenumfang des Hohlkörpers 2 eingesetzten Stahlringen bestehen. Der Wohlraum
2 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, wobei auch eine Gasblase 6 eingeschlossen ist.
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Selbstverständlich ist diese Ausführungsform einer Libelle nur zur
Erläuterung der Erfindung angef@hrt. Selbstverständlich kann mit der erfindungsgemaßen
Anordnung eine 3ede Art von Libellen geprüft werden. So ist auch eine Prufung von
Dosenlibellen oder von Röhrenlibellen in anderer Konstruktionsart möglich. Beim
genauen Justieren einer Libelle bzw. beim Prüfen einer eingebauten Libelle ist das
wesentlichste Kriterium, daß der Abstand B zwischen der Randbegrenzung der Gasblase
6 und der entsprechenden Meßmarke 4 bzw. 5 zu beiden Seiten der Gasblase 6 gleich
groß ist.
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Es ist dann gewährleistet, daß die Längsachse 7 der Libelle exakt
in horizontaler Richtung ausgerichtet ist und daß selbstverständlich audh die bogenförmig
verlaufende Außenbegrenzung des Hohlraumes 2 exakt gearbeitet ist.
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Um eine ordnungsgemäße Messung einer Libelle bzw. einer eingebauten
Libelle zu erreichen, ist es auch notwendig, eine zweifache Messung durchzuführen,
nämlich in zwei um 180 Grad um die Libellenlängsachse 7 verdrehten Stellungen. In
diesen beiden Lagen ist die entsprechende Genauigkeit
erforderlich.
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Neben der Messung der Abstände B und der Abstände A auf optisch/elektronischem
Wege ist es auch möglich, einen Vergleich der Mittelvertikalebene zwischen den beiden
Meßmarken 4 uud 5 sowie der Nittelvertikalebene der Gasblase 6 anzug stellen. Auch
dadurch kann eine Prüfung der Libelle bzw.
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ein entsprechendes Justieren derselben erfolgen.
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Dje Anordnung zum Prüfen einer Libelle, wie sie in Fig. 3 schematisch
dargestellt ist, besteht im wesentlichen aus einer Lichtquelle 8, einer Lichtaufbereitungsoptik
9, einem Auflager 10 für den Libellenkörper 1 oder für eine Wasserwaaige bzw. ein
entsprechendes Meßinstrument, einer Bildaufbereitungsoptik 11, einem integrierten
Photoempfänger 12 mit linearer (line scan) oder flächenmäßiger (array scan) Struktur,
einer Signalaufbereitungselektronik 13, welche die vom Photoempfanger 12 abgegebenen
Signale derart aufbereftet, daß sie in weiterer Folge voneinem Digitalcomputer 14
verarbeitet werden können.
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Es spielt dabei keine wesentliche Rolle und bleibt für den jeweiligen
Anwendungsfall festzulegen, ob die Libelle im Durchlicht oder im Auflicht betrachtet
wird. Wesentlich ist lediglich, daß ein scharfes Bild auf die Bildebene des Photoempfängers
12 gebracht wird.
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Der Photoempfänger 12 besteht aus einer monolithisch integrierten
Anordnung diskreter Photodioden. Bekannte derartige Anordnungen bestehen in einer
Silizium-Plenar-Technik und in einer technik der ladungsgekoppelten Schaltungen.
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Wesentlich an der erfindungsgemäßen Anordnung ist jedoch nicht die
Technologie ihrer Herstellung, sondern die Tatsache, daß derartige Mikrostrukturen
nur photochemisch mit der erforderlichen hohen Genauigkeit hergestellt werden können,
denn nurdie geometrische Wiederholungsgenauigkeit
der einzelnen
Photoelemente läßt Rückschlüsse auf die tatsächlichen Geometrieverhältnisse an der
bzw. in der Libelle zu. Dabei wird berechtigterweise die geometrische Abbildungstreue
der verwendeten optischen Komponenten vorausgesetzt, wie dies ja in den meisten
Bereichen optischer Meßtechnik üblich ist. Durch den diskreten Aufbauder lichtempfindlichen
Photodioden des Empfängers 12 sind wählende Meßverfahren anwendbar.
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Das Meßverfahren ist- in zwei Varianten denkbar. Bei einer ersten
Variante ist der Photoempfänger 12 als Bilipunktzeile ausgeführt, welche ein Videosignal
erzeugt, dessen Spannungswerte dem Hell-Dunkel -Verl auf an der Libelle entlang
der focussierten MeBlinie 15 (Fig. 1) entspricht.
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Dieser Hell-Dunkel-Verlauf ist auch aus der Fig. 2 ersichtlich. Dieser
Spannungsverlauf wird nun in einer oder mehreren Stufen digitalisiert und zur weiteren
Verarbeitung in einem Digital-Oomputer eingelesen. Dies geschieht synchron zum Abtastort
an der Photo zeile und damit existiert eine eindeutige Relation zwischen jedem beliebigen
Bildpunkt und dem an ihm vorhandenen Helligkeitswert. Da diese Größen in einer Form
vorliegen, welche unmittelbar der digitalen Datenverarbeitung mittels Computern
zugänglich ist, kann die Auswertung der Meßwerte in Echtzeit erfolgen. Darunter
ist im speziellen Fall zu verstehen, daß alle Veränderungen, welche die Libelle
während der @rüfung (eventuell der Justierung) erfährt, sofort erfaßt und ausgewertet
werden können. Damit ist auch eine Anwendungsmöglichkeit am Prüf- und Justierautomaten
selbst gewährleistet.
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Die in digitaler Form vorliegenden Signale werden nun im Rechner nach
verschiedenen, problembezogenen Algorithmen aufgeschlüsselt. Dabei ist einerseits
eine einfache Unterscheidung in verschiedenen Helligkeitsklassen möglich, andererseits
aber
auch komplexere Prozesse, wie Korrelationen mit vorgegebenen Soliprofilen, wie sie
einer guten Libelle oder einem Eichnormal abgenommen werden können.
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Die Resultate der erwähnten Algorithmen werden nun in einer den Bedienungspersonen
leicht zugänglichen Form angezeigt oder zur Steuerung eines Justiermanipulators
(Roboters) verwendet. Die Art der Anzeige oder des llanipulators sind für den eigentlichen
Meßprozeß unerheblich. Es kann hier selbstverständlich auch ein Drucker angeschlossen
sein, der die erhaltenen Heßinformationen schriftlich ausgibt, wobei dxse dann gegebenenfalls
als Prüfauszeichnung verwendet werden können.
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In diesem Zusammenhang ist noch zu erwähnen, daß das Auflager 10 bzw.
eine entsprechende Einspannvorrichtung manuell und/oder elektromotorisch justiert
werden könnte. Durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen
Anordnung gegebenen Möglichkeiten ist diesbezüglich eine einfache Einstellung auch
eines solchen Auflagers 10 bzw. einer Einspannvorrichtung möglich. Es kann dann
ein entsprechender MeZvorgang mit der gleichen Anordnung als Grundlage zum Justieren
des Auflagers 10 bzw. einer Einspannvorrichtung herangezogen werden.
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bei einer zweiten Ausführungsform besteht der Photoempfänger 12 aus
einer größeren Anzahl von Photo zeilen, also aus einem ilalbleiterphotoelement mit
flächenmäßiger Struktur, so daß simultan die gesamte interessierende Fläche der
Libelle erfaßt werden kann. Diese Anordnung hat u. a. den Vorteil, daß auch Vorgänge
an der Libelle selbst, die sich gegenseitig beeinflussen, in ihrem Wechselwirkuagsverhalten
in Echt zeit erfaßt werden können. Prinzipiell ähnelt diese weiterfolgende Auswerteelektronik
jedoch der vorher beschriebenen Anordnung, bis auf die Anzahl der Photozeilen.
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Um auch in rechtwinkliger Richtung zu jeweils einer Photozeile eine
geometrisch adäquate Aussage zu erhalten, sind die einzelnen Photozeilen wiederum
gemeinsam in einer integrierten Schaltung angebracht, also in einer PStrixanordnung
der einzelnen Photoelemente.
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Die Meßgenauigkeit mit einer erfindungsgemäßen Anordnung kann als
optimal bezeichnet werden, zumal eine rechnerische Längenmessung möglich ist. So
ist es z. B. nicht erforderlich, den exakten Ubergang zwischen hellen und dunklen
Abschnitten zu ermitteln, sondern es kann von einem dunklen Abschnitt 16, wie er
beispielsweise durch eine Meßmarke 5 oder 4 ausgelöst wird, exakt die Mittellinie
17 bestimmt werden, wobei dann eine genaue Ausgangsposition gegeben ist.
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Das gleiche gilt natürlich auch bei der Ermittlung der Lage der Gasblase
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Die elektronischen Bauteile and die Signalaufbereit'rngselektronik
wird hier nicht näher erläutert, da diese Elemente zum allgemeinen Stand der Technik
gehören. Der Computer 14 kann beispielsweise als digitaler Computer mit Standardperipherie
ausgeführt sein. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung
bringen also wesentliche Vorteile gegenüber der bisher gehandhabten Prüfung von
Libellen, da nicht nur die Genauigkeitswerte erheblich gesteigert werden können,
sondern diese Prüfung auch in erheblich kürzerer Zeit durchgeführt werden kann.
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L e e r s e i t e