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Verfahren und Vorrichtung zum polarimetrischen
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Messen des Rollwinkels eines beweglichen Maschinenteiles Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum polarimetrischen Messen des Rollwinkels eines beweglichen
Maschinenteiles nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, bzw. eine entsprechende Vorrichtung
nach dem Oberbegriff von Anspruch 8 wie sie aus der nicht-vorveröffentlichten DE-OS
33 22 713 als bekannt hervorgehen.
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Bei dem älteren Vorschlag der polarimetrischen Rollwinkelmessung wird
zwar i.n vorteilhafter Weise lediglich ein einziger Lichtstrahl für die Rollwinkelmessung
nötig, so daß sich Paralleli.tätsprobleme eines Paares von Lichtstrahlen zur Definition
einer Bezugsrichtung nicht stellen. Vielmehr wird diese Bezugsrichtung durch eine
Polarisationsrichtung innerhalb des einzigen Lichtstrahles vorgegeben. Am beweglichen
Maschinenteil ist ein weiteres polarisierendes Element angebracht, dessen Durchlaßrichtung
genau quer zur vorgegebenen Polarisationsrichtung steht, so daß bei exakter Querlage
das noch durchgelassene Licht ein Minimum wird. Bei
Abweichungen
von dieser Querlage, die auf eine Rollbewegung zurückzuführen sind, wird ein kleiner
Lichtanteil durchgelassen,dessen Intensität gemessen wird. Da in dem üblichen Arbeitsbereich
um die Querlage des beweglichen polarisierenden Elementes herum - es werden normalerweise
nur sehr kleine Rollwinkel gemessen -, der Kennlinienverlauf zwischen den Größen
Rollwinkel einerseits und Intensitätsänderung des durchgelassenen Lichtanteils andererseits
sehr flach ist, müssen besondere Kunstgriffe bei der Signalauswertung angewandt
werden, um gleichwohl zu einigermaßen genauen Aussagen hinsichtlich des Rollwinkels
zu gelangen. Der ältere Vorschlag sieht in dieser Hinsicht vor, die vorgebene Polarisationsrichtung
hochfrequent schwingen zu lassen und am Ausgangssignal der Intensitätsmessung Oberwellen
anteile in Bezug auf diese Grundschwingung zu beachten und deren Größe zur Aussage
über ein Rollwinkelsignal auszunützen. Trotz dieser Kunstgriffe sind jedoch auch
dem polarimetrischen Rollwinkelmeßverfahren gemäß dem älteren Vorschlag gewisse
Grenzen hinsichtlich der Auflösung gesetzt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Auflösungsvermögen
und die Genauigkeit bei der polarimetrischen Roll.-winkelmessung zu steigern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 (Verfahren) oder alternativ durch die kennzeichnenden Merkmale von
Anspruch 8, durch die von Anspruch 9, durch die von Anspruch 12 oder durch die von
Anspruch 14 (Vorrichtung) gelöst. Der dem Verfahren bzw. den verschiedenen Vorrichtungen
zugrundeliegende
gemeinsame Gedanke besteht darin, den Analysator
nicht auf maximale Lichtschwächung einzustellen, sondern aus dem vorpolarisierten
Licht zwei Strahlanteile zu isolieren, deren Polarisationsrichtung senkrecht aufeinandersteht
und die - in Neutralstellung - gleiche Intensität aufweisen. Bei Veränderung des
Rollzustandes des beweglichen Maschinenteiles ändert sich die Intensität des einzelnen
Strahlanteiles maximal und zwar gegensinnig. Gewissermaßen werden hier Kennlinienanteile
maximaler Steilheit herausgegriffen. Als Rollwinkelmaß kann die Signaldifferenz
bei der Intensitätsmessung der beiden Strahlanteile herangezogen werden. Vorteilhaft
ist nicht nur der relativ steile Kennlinienverlauf, sondern auch die über einen
relativ großen Winkelraum hinweg gegebene Linearität der Kennlinie, so daß auch
innerhalb eines relativ großen Rollwinkelbereiches genaue Ergebnisse erzielt werden
können. Im übrigen können etwaige Nicht-Linearitäten rechnerisch eleminiert werden.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele
nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen: Figur l ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur polarimetrischen Rollwinkelmessung, bei der die Bezugsrichtungvorgabe
am Ende des Strahlenganges bei gleichzeitiger Zerlegung des Lichtstrahl es in die
beiden Strahlanteile erfolgt;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur polarimetrischen Rollwinkelmessung, bei der die Bezugsrichtung
in einer entsprechenden Vorpolarisation des Lichtes zu Beginn des Lichtstrahles
vorgegeben wird und bei der die Trennung in die beiden Strahlanteile bereits ebenfalls
zu Beginn des Strahlenganges zeitlich aufgrund einer alternierenden Aussendung der
beiden Strahlanteile erfolgt, Figur 3 den zeitlichen Signalverlauf der Intensitätsmessung
beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2, Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur polarimetrischen Rollwinkelmessullg, bei der der Strahlengang
von dem beweglichen Maschinenteil zum Beginn der Verfahrstrecke zurückgefaltet ist,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur polarimetrischen
Rollwinkelmessung, bei der die Bezugsrichtung durch eine Vorpolarisation des ausgesendeten
Lichtstrahles vorgegeben ist und bei dem die Strahltrennung aufgrund unterschiedlicher
Farben der beiden Strahlanteile erfolgt und Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur polarimetrischen Rollwinkelmessung, bei der die Bezugsrichtung
durch eine Vorpolarisation des ausgesendeten Lichtstrahles vorgegeben
wird
und bei der die Trennung des Lichtstrahles in die beiden Strahlanteile durch das
gleiche polarisierende Element erfolgt, das auch die Meßrichtung vorgibt; im übrigen
ist an diesem Ausführungsbeispiel auch die Möglichkeit gezeigt, eine Rollwinkelmessung
an mehreren hintereinanderliegenden Maschinenteilen gleichzeitig vorzunehmen.
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Bei dem in Figur l angedeuteten Aufbau zur polarimetrischen Rollwinkelmessung
bezeichnet 1 die Pinole eines Mehrkoordinatenmeßgerätes als Maschinenteil, dessen
Rollbewegung bei Verschiebung in Horizontalrichtung gemessen werden soll. Anstelle
eines Tasters ist an der Pinole 1 ein Polarisationsfilter 7 angebracht. Parallel
zur Verfahrrichtung wird ein Lichtstrahl 6 seitens einer Lichtquelle 5 ausgesendet,
der auf das Polarisationsfilter trifft. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
bestehen grundsätzlich bezüglich der von der Lichtquelle 5 ausgesendeten Lichtart
keine Einschränkungen, d.h. es kann bei diesem Ausführungsbeispiel jede beliebige
Lichtart verwendet werden. Trotzdem ist es zweckmäßig, gewisse Einschränkungen zu
machen, auf die noch weiter unten eingegangen werden soll. Es sei an dieser Stelle
lediglich vermerkt, daß beim Ausführungsbeispiel nach Figur l durch den ausgesendeten
Lichtstrahl 6 keine Bezugsrichtung für die Rollwinkelmessung vorgegeben wird.
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Am Ende der Verfahrstrecke des Maschinenteils 1 ist ortsfest ein Polarisationsstrahlteiler
8 angeordnet, auf den der ausgesendete Lichtstrahl auftrifft. Dieser Polarisatiz
strahlteiler
weist zwei Hauptrichtungen auf, die bei der perspektivischen Darstellung parallel
zur Vertikalrichtung und zur Horizontalrichtung liegen. Das am beweglichen Maschinenteil
angebrachte Polarisationsfilter 7 ist mit seiner Durchlaßrichtung so eingestellt,
daß in Neutralstellung des Maschinenteiles die Durchlaßrichtung genau unter 45"
zu den Hauptrichtungen des Polarisationsstrahlteilers liegt. Von dem durch das Polarisationsfilter
7 hindurchtretenden Licht, dessen Polarisationsebene unter 45" zur Horizontal- bzw.
Vertikalrichtung liegt, wird an dem Polarisationsstrahlteiler ein Anteil mit vertikaler
Polarisationsrichtung beispielsweise geradlinig hindurchgelassen, wogegen ein horizontal
polarisierter Lichtanteil umgelenkt wird. Im Falle einer genau unter 45" zur Horizontal
richtung stehenden Durchlaßrichtung des Polarisationsfilters 7 am beweglichen Maschinenteil
sind die beiden am Polarisationsstrahlteiler durchgelassenen Lichtanteile in ihrer
Intensität genau gleich groß. Bei einer Verdrehung des Polarisationsstrahlteilers
derart, daß der Winkel zwischen der Durchlaßrichtung und der Horizontalen kleiner
und der Winkel gegenüber der Vertikalen größer wird, wird auch der vertikal polarisierte
Lichtanteil größer und der horizontal polarisierte Lichtanteil entsprechend kleiner.
Die Intensitäten dieser beiden Lichtanteile werden mittels der Fotodetektoren 10
und 10' gemessen und die entsprechenden Intensitätssignale an eine Auswerteeinrichtung
weitergeleitet. Hier ist zunächst eine Verstärkung der einzelnen Signale in einer
Verstärkerstufe 19 vorgesehen. In einem Addierwerk 20
kann ein
dem Mittelwert der beiden Signale proportionales Signal erzeugt werden, wogegen
in dem Subtrahierwerk 21 das eigentliche dem Rollwinkel proportionale Differenzsignal
der beiden Intensitäten der Strahlanteile gebildet wird. Um Schwankungen innerhalb
der Lichtintensität des ausgesendeten Lichtstrahles 6 - seien sie auf Intensitätsschwankungen
seitens der Lichtquelle 5, seien sie auf Intensitätsschwankungen durch Rauch oder
dergleichen innerhalb des Strahlverlaufes zurückzuführen - ausgleichen zu können,
wi.rd das Differenzsignal in einem Dividierwerk 22 auf den Mittelwert der beiden
Signale bezogen. Dieser Quotientenwert kann in einem Anzeigewerk 23 unmittelbar
als Rollwinkel des Maschinenteils 1 angezeigt werden.
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Was die beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 verwendbare Lächtart
seitens der Lichtquelle 5 anlangt, ist zu sagen, daß zweckmäßigerweise unpolarisiertes,
jedoch monochromatisches Licht verwendet wird, weil die Fotodetektoren 10 und 10'
in der Regel bei Beaufschlagung durch monochromatisches Licht am genauesten arbeiten.
Selbstverständlich wird man die Lichtfarbe wählen, für die die Fotodetektoren ausgelegt
sind. Die Verwendung von unpolarisiertem Licht erlaubt eine einfache Konstruktion
der Lichtquelle 5. Zwar kann auch polarisiertes Licht verwendet werden, jedoch sollte
dann zweckmäßigerweise darauf geachtet werden, daß entweder zirkular polarisiertes
Licht verwendet wird oder daß der Lichtstrahl 2 linear polarisierte Strahlanteile
enthält, deren Polarisationsrichtungen senkrecht a.ufeinanderstehen. Bei Verwendung
dieser vorpolarisierten Lichtarten
sollte auch möglichst auf monochromatisches
Licht zurückgegangen werden Im übrigen bestehen hinsichtlich der Richtung der Polarisationsebenen
keine Einschränkungen. Lediglich bei Verwendung von elliptisch polarisiertem Licht
oder bei einfach linear polarisiertem Licht sollte die oder eine Polarisationsebene
parallel zur Durchlaßrichtung des Polarisationsfilters 7 in Neutralstellung liegen.
Im übrigen bebestehen bei Verwendung der beiden zuletzt genannten Lichtarten gewisse
Einschränkungen hinsichtlich des Meßbereiches bei der Rollwinkelmessung, weil sich
bei größeren Rollwinkeln die Intensität des am Polarisationsfilter 7 durchgelassenen
Lichtes spürbar ändert, was zu einer gewissen Fehlanzeige führen kann, weil dieser
Fehler nicht in der beschriebenen Weise herausgerechnet werden kann.
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Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1, bei welchem
durch das ausgesendete Licht keine Bezugsrichtung vorgegeben wird, erfolgt beim
Ausführungsbeispiel nach Figur 2 die Bezugsrichtungvorgabe durch den von der Lichtquelle
5' ausgesendeten Lichtstrahl 6', der zwei linear polarisierte Lichtanteile enthält,
deren Polarisationsrichtung vertikal bzw. horizontal liegen, also senkrecht aufeinander
stehen. Hinter der Lichtquelle 5' ist noch eine Anordnung zur alternierenden Unterdrückung
des einen und gleichzeitigen Durchlaß des anderen Strahlanteiles bzw.
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umgekehrt vorgesehen, so daß die einzelnen Strahlanteile einzeln im
zeitlichen Wechsel in die Verfahrstrecke des Maschinenteils 1 eintreten. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel ist diese Anordnung im wesentlichen durch zwei im Hauptstrahlengang
hintereinander liegende Polarisationsstrahlteiler 14 und 15 sowie durch zwei Umlenkspiegel
24
und durch eine dazwischen liegende umlaufende Blende 25 gebildet.
In dem ersten Polarisationsstrahlteiler werden die beiden Anteile des Strahles 6'
getrennt, so daß beispielsweise der vertikal polarisierte Strahlanteil geradeinig
durch den Polarisationsstrahlteiler 14 hindurchläuft (erster Strahlengang 26), wogegen
der horizontal polarisierte Strahlanteil quer abgelenkt wird. Über den ersten Umlenkspi.egel
24 wird dieser Strahlanteil parallel zu dem ersten Strahlengang 26 als zweiter Strahlengang
27 umgelenkt. Durch die umlaufende Blende 25 in Form einer ausgewuchteten halbkreisförmigen
Scheibe oder dergleichen wird jeweils einer der beiden Strahlengänge während einer
halben Umlaufzeit der Blende abgeschattet und der andere dafür freigegeben und umgekehrt,
so daß jeweils nur einer der beiden Strahlengänge durchlaufen kann. An dem zweiten
Umlenkspiegel wird der zweite Strahlengang wieder zu dem ersten Strahlengang quer
zurückgeleitet und die beiden Strahlanteile an dem zweiten Polarisationsstrahlteiler
15 wieder zu einem Strahlkorridor vereinigt; der vertikal polarisierte Strahlanteil
läuft durch diesen Polarisationsstrahlteiler geradlinig hindurch, wogegen der horizontal
polarisierte Strahlanteil aus dem zweiten Strahlengang 27 an ihm in die Hauptstrahlrichtung
gleichachsig zu dem ersten Strahlenanteil umgelenkt wird. In die Verfahrstrecke
des Maschinenteils 1 treten also die beiden Lichtstrahlanteile zeitlich alternierend
und einzeln ein.
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Es sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber noch angemerkt,
daß als Lichtquelle vor der in Figur 2 dargestellten Anordnung zur zeitlichen Strahltrennung
auch
eine solche Lichtquelle angeordnet sein kann, die unpolarisiertes
Licht aussendet, weil durch die beiden Polarisationsstrahlteiler aus dem unpolarisierten
Licht nur Strahlanteile mit linear polarisiertem Licht herausgefiltert werden. Die
die Bezugsrichtung vorgebende Strahltrennungseinrichtung kann alternativ am Ende
der Verfahrstrecke angeordnet sein, in jedem Fall muß sie ortsfest angeordnet sein.
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Anstelle der in Figur 2 gezeigten Anordnung zur wechselweisen gegenseitigen
Unterdrückung jeweils eines der beiden Strahlanteile ist es auch denkbar, eine Lichtquelle
mit einfach linear polarisierten Licht und eine elektrooptische Einrichtung zur
hochfrequenten und alternierenden Verschwenkung der Polarisationsrichtung zu verwenden,
so daß die Polarisationsebene im zeitlichen Wechsel in zwei verschiedenen um 900
aufeinanderstehenden Richtungen;zueinander liegt. Derartige elektrooptische Einrichtungen
können beispielsweise durch einen sogenannten Faraday-Modulator gebildet werden.
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Am beweglichen Maschinenteil 1 von Figur 2 in Form einer Meßpinole
eines Mehrkoordinatenmeßgerätes ist wieder ein Polarisationsfilter 7 angebracht,
dessen Durchlaßrichtung in Neutralstellung genau unter 45" zu den Hauptrichtungen
der Polarisationsstrahlteiler 14 und 15 steht. Am Ende der Verf ahrstrecke ist ortsfest
ein einzelner Fotodetektor 10 angebracht, der nacheinander mit den beiden Strahlanteilen
beaufschlagt wird. Dadurch steht am Ausgang des Fotodetektors 10 ein Signal an,
welches im zeitlichen Verlauf dem Rechtecksignal gemäß Figur 3 entspricht. Bei einer
gewissen Rollwinkel-bedingten Verschwenkung des Polarisationsfilters 7 gegenüber
der Neutralstellung weisen die beiden Signale der unterschiedlichen Strahlanteile
eine gewisse Differenz S 1 auf; ihr Mittelwert liegt bei I. Die Auswertung dieses
Signals kann nun durch zwei verschiedene Auswertkanäle, die gemäß dem Umlauf der
Blende 2t,
getriggert werden,geschehen. Statt dessen kann jedoch
auch eine Auswertung in einem gemeinsamen Kanal erfolgen, wobei mittels eines Schmalbandfilters
28 der Wechsel spannungsanteil des Signales herausgefiltert und gleichgerichtet
(Gleichrichter 30) wird, so daß die Signaldifferenz JI isoliert werden kann. Mittels
eines Tiefpaßfilters 29 kann außerdem der Gleichspannungsanteil des Signales isoliert
werden, wodurch an dessen Ausgang der Signalmittelwert I an dessen Ausgang ansteht.
Die Signaldifferenz wird in der bekannten Weise an dem Dividierwerk 22' auf den
Signalmittelwert bezogen, um etwaige Intensitätsschwankungen des ausgesendeten Lichtes
herauszurechnen.
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Dieser Quotientenwert kann dann wiederum an dem Anzeigeinstrument
23 als Rollwinkel angezeigt werden.
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Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen
eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Figur 1. Und zwar arbeitet auch diese
Vorrichtung zur polarimetrischen Rollwinkelmessung mit einer Lichtquelle 5, die
einen unpolarisierten Lichtstrahl 6 aussendet. In diesem Fall ist das Maschinenteil
2 als ein auf einer Führung 4 beweglicher Schlitten dargestellt.
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Auf dem beweglichen Maschinenteil 2 ist ebenfalls ein Polarisationsfilter
7 angebracht, dessen Durchlaßrichtung unter 45" in Relation zu den Hauptrichtungen
des später noch zu erörternden Polarisationsstrahlteilers angeordnet ist. Um den
Polarisationsstrahlteiler und die Intensitätsmessung nicht am Ende der Verfahrstrecke
des Maschinenteils, sondern ebenfalls am Anfang gemeinsam mit der Lichtquelle 5
anordnen zu können, ist im Strah-
lengang hinter dem Polarisationsfilter
7 am beweglichen Maschinenteil 2 ein Reflektor angebracht, der den Strahlengang
auf den Beginn der Verfahrstrecke zurückwirft; beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist dieser Reflektor als Tripelreflektor 31 ausgebildet. Um den zurückgeworfenen
Lichtstrahl behinderungsfrei auswerten zu können, ist im ausgesendeten Lichtstrahl
ein Intensitätsstrahlteiler 32 angebracht, der das zurückgeworfene Licht quer zur
Ausgangsrichtung ablenkt. Zwar gehen an diesem Intensitätsstrahlteiler gewisse Intensitätsanteile
verloren, jedoch kann dies durch eine gesteigerte Intensität des ausgesendeten Lichtstrahl
es kompensiert werden. In dem querab verlaufenden zurückgeworfenen Lichtstrahl ist
ebenfalls ein Polarisationsstrahlteiler angebracht, der bei dem in Figur 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel als ein Savart-Prisma 8' ausgebildet ist.
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Zur Ausschaltung von Fremdlicht ist vor dem Savart-Prisma 8' noch
ein Interferenzfarbfilter 33 angebracht, so daß auf die dem Savart-Prisma 8' nachgeordneten
Fotodetektoren 13 und 13' nur monochromatisches Licht der ausgesendeten Art fällt.
In vorteilhafter Weise macht die Anordnung nach Figur 4 eine Aufstellung weiterer
optischer Teile und Kabelverbindungen im Bereich des Endes der Verfahrstrecke entbehrlich.
Diese Anordnung ist auch für die anderen geschilderten Ausgestaltungsformen für
die polarimetrische Rollwinkelmessung möglich.
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Es sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber noch erwähnt, daß
das Polarisationsfilter 7 bei unverspiegelter Ausgestaltung des Tripelreflektors
31 und dessen Ausgestaltung als Prisma entbehrlich ist, weil dann die pola-
risierende
Wirkung der Totalreflektion -innerhalb des Tripelprismas ausgenützt werden kann.
Allerdings muß dann das Tripelprisma in Umfangsrichtung so relativ zu dem einfallenden
Lichtstrahl eingestellt werden, daß dieser in Neutralstellung genau diametral gegenüber
einer Prismenkante auf die erste reflektierende Fläche des Tripelprismas fällt.
Bei Auftreffen in anderer Umfangslage werden andere Polarisationswirkungen, die
hier nicht verwertbar sind, erzeugt.
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Es sei weiterhin der Vollständigkeit halber angemerkt, daß ein gewisser
Fremdlichtanteil auch bei den anderen Anordnungen durch ein Interferenzfarbfilter
33 ausgefiltert werden kann, sondern - wie empfohlen - die Lichtquelle zu Beginn
des Strahlenganges monochromatisches Licht aussendet.
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Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zur polarimetrischen Rollwinkelmessung wird die Bezugsrichtung durch eine entsprechende
Vorpolarisation des Lichtstrahles 6" aus der Lichtquelle 5" vorgegeben. Und zwar
enthält der Lichtstrahl 6" je einen linear polarisierten Anteil mit vertikaler bzw.
horizontaler Polarisationsrichtung, wobei die beiden Strahlanteile nicht nur durch
ihre Polarisationsrichtung, sondern auch noch durch ihre Farbe bzw. durch ihre Frequenz
unterschieden sind. Und zwar ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel der vertikal
polarisierte Lichtanteil rot und der horizontal polarisierte Lichtanteil grün. Das
als Schlitten 2 auf der Führung 4 längsbewegliche Maschinenteil enthält wiederum
einen Polarisationsfilter 7, dessen Durchlaßrichtung wiederum unter 45" zu den Polarisationsrich-
tungen
des Lichtstrahles 6" in der Neutralstellung geneigt sind. Bei dem in Figur 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel erfolgt die Strahltrennung am Ende der Verfahrstrecke nicht
in Abhängigkeit vom Polarisationszustand, sondern in Abhängigkeit von der Farbe
bzw. der Frequenz durch eine Farb- bzw. durch eine Frequenzweiche. Dies sind im
wesentlichen teildurchlässige Reflektoren, bei denen die reflektierende Wirkung
farbabhängig bzw. frequenzabhängig ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Farbweiche für Rotlichtanteil durchlässig, während sie für Grünlichtanteil reflektierend
wirkt. Demgemäß wird der Grünlichtanteil abgelenkt. Da die Bezugsrichtung bereits
durch die Polarisationsrichtung der Strahlanteile vorgegeben wird, kann die Farbweiche
ohne Beeinträchtigung der Rollwinkelmessung ortsfest oder auch auf dem beweglichen
Maschinenteil 2 angeordnet sein; das gleiche gilt selbstverständlich auch für die
der Farbweiche nachgeordnete Fotodetektoren 10 bzw. 10' für den Rotlicht- bzw. für
den Grünlichtanteil. Zweckmäßiger ist es, beide Teile ortsfest am Ende der Verfahrstrecke
oder - unter Anwendung des Vorbildes nach Figur 4 - ortsfest zu Beginn der Verfahrstrecke
anzuordnen, weil dann keine Kabel zu dem beweglichen Maschinenteil gelegt werden
müssen und außerdem das unter Umständen sehr leichte und empfindliche Maschinenteil
mit nur wenigen optischen Bauteilen belastet ist. Zwar ist es beim heutigen Entwicklungsstand
der Farbweiche lediglich möglich, Lichtanteile mit einem vom menschlichen Auge erkennbaren
Farb-
unterschied zu trennen. Jedoch ist es nicht auszuschließen,
daß die Entwicklung auf diesem Gebiet voranschreitet und auch solche Lichtanteile
getrennt werden können, die dem Auge farbgleich erscheinen, die jedoch untereinander
nicht monochromatisch sind, sondern einen Frequenzunterschied aufweisen.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 erfolgt die Bezugsrichtungsvorgabe
durch den Lichtstrawnl 6' seitens der Lichtquelle 5'; und zwar besteht dieser Lichtstrahl
aus einfach linear polarisiertem Licht, dessen Polarisationsebene unter 45" zu den
Hauptrichtungen der später noch anzusprechenden Polarisationsstrahlteiler auf dem
Maschinenteil 2 ausgerichtet ist. Zunächst sei isoliert lediglich das in Figur 6
in hinterster Position dargestellte Maschinenteil 2, weiches auf einer Führung 4
längsbeweglich ist, betrachtet und die anderen Maschinenteile und ihre Teile weggedacht.
Aufgrund der Bezugsrichtungsvorgabe in dem Lichtstrahl 6' durch polarisierende Elemente,
die in der Lichtquelle 5' integriert sind, kann bei dieser Anordnung zur polarimetrischen
Rollwinkelvermessung die Meßrichtung und die Trennung der beiden Strahlanteile durch
ein und dasselbe polarisierende Element 9 auf dem beweglichen Maschinenteil 2 erfolgen.
Und zwar ist dieses polarisierende Element als Polarisationsstrahlteiler ausgebildet,
welches aus dem linear polarisierten Lichts des Lichtstrahles 6' jeweils zwei linear
polarisierte Lichtanteile isoliert, deren PolArisationsrichtungen senkrecht zueinander
und jeweils parallel zu einer der beiden Hauptrichtungen des Polarisationsstrahlteilers
angeordnet sind. Bei exakter 45°-Stellung der Hauptrichtungen des Pn1rit-
strahlteilers
zu der Polarisationsrichtung des Strahles 6' sind die Intensitäten dieser beiden
Strahlanteile gleich groß; sie können mittels der Fotodetektoren 11 und 11' an dem
Polarisationsstrahlteiler gemessen werden. Bei rollbedinger Lageänderung des Polarisationsstrahlteilers
in Relation zu der feststehenden Polarisationsebene des Straiiles 6' wird der eine
Lichtanteil vergrößert, wogegen der andere verringert wird. Diese Signaldifferenz
kann in genannter Weise ausgewertet und als Rollwinkel angezeigt werden.
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Am Beispiel dieser Verfahrensausgestaltung zur polarimetrischen Rollwinkelmessung
sei auch noch auf eine Möglichkeit zur gleichzeitigen Rollwinkelmessung an mehreren
hintereinander liegenden Maschinenteilen hingewiesen. Es sei jedoch gleich vermerkt,
daß diese gleichzeitige Rollwinkelmessung mehrerer Maschinenteile auch mit den Rollwinkelmeßverahren
gemäß den anderen Ausführungsbeispielen realisierbar ist. Zusätzlich zu dem bereits
erwähnten Maschinenteil 2 sind zusätzliche Maschinenteile 3 auf der Führung 4 beweglich,
die ebenfalls und gleichzeitig hinsichtlich ihres Rollverhaltens gemessen werden
sollen. Sie tragen jeweils einen dem Strahl 6' ausgesetzten Intensitätsstrahlteiler
16, der einen Teil des Lichtes geradlinig hindurchlaufen läßt und der einen anderen
Teil in einen quer liegenden Strahlkorridor ablenkt. Das Besondere hierbei ist,
daß bei der Ablenkung des Strahles auch entsprechend der Rollbewegung des zugehörigen
Maschinenteiles 3 die Polarisationsrichtung innerhalb dieses abgelenkten Strahles
"verdreht" wird. In diesem quer abgelenkten Strahl-
korridor ist
ebenfalls ein Polarisationsstrahlteiler 9' mit daran angeordneten Fotodetektoren
12 und 12 angebracht, so daß auch hier die Intensitäten der beiden zerlegten bzw.
isolierten Strahlanteile erfaßt, ausgewertet und als isolierter Rollwinkel angezeigt
werden können.
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Es leuchtet ein, daß - wie bereits angedeutet - diese Mehrfach-Rollwinkelmessung
nicht nur mit einer Verfahrensausgestaltung nach Figur 6, sondern beispielsweise
auch mit einer Verfahrensausgestaltung nach Figur 5 oder nach Figur 2 möglich ist.
Gemeinsames Merkmal bei dieser Mehrfach-Rollwinkelmessung trotz unterschiedlicher
Verfahrensweisen ist, daß die Bezugsrichtung in dem in die Verfahrstrecke eintretenden
Lichtstrahl vorgegeben wird und daß auf den zusätzlichen Maschinenteilen 3 jeweils
ein Intensitätsstrahlteiler angeordnet ist, der einen Teil des Lichtes in einen
quer gerichteten Meßstrahlkorridor ablenkt, in dem entsprechend dem jeweiligen Rollwinkel
des Maschinenteiles auch die Bezugsrichtung geschwenkt erscheint.
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Um die Lichtanteile in den querab liegenden Meßstrahlkorridoren der
einzelnen Maschinenteile bei einer Mehrfachrollwinkelmessung gleich groß zu machen,
ist es zweckmäßig, die Intensitätsstrahlteiler 16 mit unterschiedlichem Teilungsverhältnis
auszubilden. Und zwar wird man zweckmäßigerweise bei dem in Figur 6 in mittlerer
Position dargestellten zusätzlichen Maschinenteil 3 ein gleichmäßiges Teilungsverhältnis
für den Intensitätsstrahlteiler wählen (Teilungsverhältnis 1 : 1), jedoch für den
in Figur 6 an vorderster Position gezeigtes zusätzliches Maschinenteil 3 ein Teilungsverhältnis
von
1 : 2 wählen. Würde noch ein weiteres Maschinenteil vorhanden sein, so würde dessen
Intensitätsstrahlteiler ein Teilungsverhältnis von 1 : 3 zweckmäßigerweise erhalten.
Bei einer solchen Wahl der verschiedenen Teilungsverhältnisse der Intensitätsstrahlteiler
erhalten sämtliche Meßstrahlkorridore gleich große Lichtanteile.
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Der Vollständigkeit halber sei abschließend noch erwähnt, daß die
hier beschriebenen Verfahren bzw. Anordnungen nicht nur für die Rollwinkelmessung
einsetzbar sind, sondern daß sie auch zur genauen Messung der lichtdrehenden Wirkung
bestimmter durchsichtiger Substanzen wie z.B. Zuckerlösungen, Benzol, Ethyl-Alkohol
oder kristalline durchsichtige Stoffe verwendet werden können.
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Der zu untersuchende Stoff wird lediglich in die "Verfahrstrecke"
zusätzlich zu dem polarisierenden Element auf dem,beweglichen Maschinenteil eingebracht
und die Signaldifferenz nach dem Einbringen betrachtet. Sofern die Intensitätssignale
zuvor gleich groß waren, ist die nachher festgestellte Signaldifferenz proportional
zu dem lichtdrehenden Winkel der eingebrachten Substanz.
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Sollten diese lichtdrehenden Winkel größer als 5 ... 10° sein, so
kann dieser Winkel nach der Kompensationsmethode ermittelt werden, nämlich Drehen
eines der beiden polarisierenden Elemente (Bezugsrichtugn bzw. Meßrichtung) um einen
genau meßbaren Winkel bis zur erneuten Signalgleichheit.
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Die Verwendung einer Savart-Platte als Polarisationsteiler (Ausführungsbeispiel
Figur 4) bietet den Vorteil einer hohen Polarisationstrennung und gestattet den
Einsatz einer zwei-hälftigen monolithischen Fotodiode mit dem Vorteil gleichen thermischen
und spektralen Empfindlichkeitsverhaltens beider Hälften.
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- Leereite -