DE3405886C2 - Verfahren und Vorrichtung zum polarimetrischen Messen des Rollwinkels eines beweglichen Maschinenteiles - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum polarimetrischen Messen des Rollwinkels eines beweglichen MaschinenteilesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum polarimetrischen Messen des Rollwinkels eines beweglichen Maschinenteiles. Um die Genauigkeit der Rollwinkelauflösung bei der polarimetrischen Messung zu steigern, werden aus dem Licht zwei Anteile linear polarisierten Lichtes isoliert, deren Polarisationsrichtungen wenigstens angenähert senkrecht aufeinanderstehen und die - in Neutralstellung des Maschinenteiles hinsichtlich der Rollbewegung - winkelmäßig eine Relativlage zwischen Meß- und Bezugsrichtung von 45° einnehmen. Bei Veränderung des Rollzustandes gegenüber der Neutralstellung nimmt der eine Lichtanteil zu, wogegen der andere Lichtanteil abnimmt, so daß die Differenz dieser beiden Lichtanteile als Maß für den Rollwinkel verwendet werden kann. Verschiedene Vorrichtungen zur Realisierung dieses Verfahrens werden beschrieben. Das Verfahren ist im übrigen auch zur Verfeinerung der Messung der lichtdrehenden Wirkung von lichtdurchlässigen Substanzen anwendbar.
Description
- 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 2, wie sie aus der US-PS 38 71 771 als bekannt hervorgehen.
- Bei einem älteren Vorschlag nach der nicht-vorveröffentlichten DE-OS 33 22 713 wird für eine polarimetrische Rollwinkelmessung zwar in vorteilhafter Weise lediglich ein einziger Lichtstrahl für die Rollwinkelmessung benötigt, so daß sich Parallelitätsprobleme eines Paares von Lichtstrahlen zur Definition einer Bezugsrichtung nicht stellen. Vielmehr wird die 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 Abweichung von dieser Querlage, die auf eine Rollbewegung zurückzuführen ist, 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 Lichtanteiles 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 vorgegebene Polarisationsrichtung hochfrequent schwingen zu lassen und am Ausgangssignal der Intensitätsmessung Oberwellenanteile in bezug auf diese Grundschwingung zu beachten und deren Größe zur Aussage über ein RoIlwinkelsignal auszunützen. Trotz dieser Kunstgriffe sind jedoch auch dem polarimetrischen Rollwinkelmeßverfahren gemäß dem älteren Vorschlag gewisse Grenzen hinsichtlich der Auflösung gesetzt.
- Hier bringt das Verfahren bzw. die Einrichtung nach der eingangs genannten US-PS 38 71 771 eine Besserung, deren wesentlicher Gedanke darin besteht, den Analysator nicht auf maximale Lichtschwächung einzustelIen, sondern aus einem vorpolarisierten, die Bezugsrichtung vorgebenden Licht zwei Strahlanteile zu isolieren, deren Polarisationsrichtung senkrecht aufeinander steht und die - in Neutralstellung - gleiche Intensität aufweisen. Bei Veränderung des Rollzustandes des beweglichen Maschinenteils ändern sich die Intensitäten der einzelnen Strahlanteile 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. Um die Intensität der beiden Strahlanteile isoliert messen zu können, müssen die Strahlanteile getrennt werden, was durch einen Polarisationsstrahlteiler gemacht wird; die beiden Strahlanteile unterscheiden sich ja in ihrem Polarisationszustand. Nachteilig an dieser Strahlteilung ist die Intensitätsmessung der einzelnen Strahlanteile mit zwei verschiedenen, wenn auch baugleichen Fotodetektoren. Diese können leicht unterschiedliche Kennlinienverläufe oder unterschiedliche, die Kennlinie beeinflussende Temperaturen aufweisen, wodurch die Messung verfälscht werden kann.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Auflösungsvermögen und die Genauigkeit bei der polarimetrischen Rollwinkelmessung zu steigern.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 (Verfahren) oder durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 2 (Vorrichtung) gelöst. Der dem Verfahren bzw. der Vorrichtung zugrunde liegende gemeinsame Gedanke besteht darin, die beiden Strahlanteile nicht örtlich, sondern zeitlich zu trennen und die Intensitätsmessung im zeitlichen Wechsel mit ein und demselben Fotodetektor durchzuführen, so daß sich die geschilderten Fehler nicht einschleichen können. Die Rollmessung kann auch mit einem "gefalteten" Strahlengang durchgeführt werden, so daß aktive Teile nur einheitlich an einem Ort zu Beginn des Strahlenganges erforderlich sind und eine Temperaturkompensation leichter und sicherer durchführtbar ist. Außerdem kann eine simultane Mehrfach-Rollwinkelmessung an mehreren beweglichen Maschinenteilen entlang einer Fluchtlinie durchgeführt werden, wodurch in einem solchen Anwendungsfall Meßfehler durch Zeiteinflüsse, z. B. zeitbedingte Temperaturänderungen an Meßgeräten oder an der zu überprüfenden Maschine ausgeschaltet werden und ein echter Vergleich der gemessenen Rollwinkel möglich ist.
- Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:
- Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur polarimetrischen Rollwinkelmessung, bei der die Bezugsrichtung in einer entsprechenden Vorpolarisation des Lichtes zu Beginn des Lichtstrahles vorgegeben ist und bei der die Trennung in die beiden Strahlanteile bereits ebenfalls zu Beginn des Strahlenganges zeitlich aufgrund einer alternierenden Aussendung der beiden Strahlanteile erfolgt.
- Fig. 2 den zeitlichen Signalverlauf der Intensitätsmessung beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1,
- Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur polarimetrischen Rollwinkelmessung, bei der der Strahlengang von dem beweglichen Maschinenteil zum Beginn der Verfahrstrecke zurückgefaltet ist und
- Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur polarimetrischen Rollwinkelmessung, welches die Möglichkeit einer gleichzeitigen Rollwinkelmessung an mehreren hintereinander liegenden Maschinenteilen zeigt.
- Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt eine Bezugsrichtungsvorgabe durch den von der Lichtquelle 5 ausgesendeten Lichtstrahl 6, der zwei linear polarisierte Lichtanteile enthält, deren Polarisationsrichtung vertikal bzw. horizontal liegen, also senkrecht aufeinanderstehen. Hinter der Lichtquelle 5 ist noch eine Anordnung 34 zur alternierenden Unterdrückung des einen und gleichzeitigen Durchlaß des anderen Strahlanteiles bzw. 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 geradlinig durch den Polarisationsstrahlteiler 14 hindurch läuft (erster Strahlengang 26), wogegen der horizontal polarisierte Strahlanteil quer abgelenkt wird. Über den ersten Umlenkspiegel 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 Strahlanteil umgelenkt wird. In die Verfahrstrecke des Maschinenteils 1 treten also die beiden Lichtstrahlanteile zeitlich alternierend und einzeln ein.
- Es sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber noch angemerkt, daß als Lichtquelle vor der in Fig. 1 dargestellten Anordnung 34 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 34 kann alternativ auch am Ende der Verfahrstrecke angeordnet sein, wie dies die Fig. 3 oder 4 zeigen; in den Fällen, in denen die Strahltrennungseinrichtung 34 die Bezugsrichtung vorgibt, muß sie ortsfest angeordnet sein.
- Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Anordnung 34 zur wechselweisen gegenseitigen Unterdrückung jeweils eines der beiden Strahlenanteile ist es auch denkbar, eine Lichtquelle mit einfach linear polarisiertem 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 90° aufeinanderstehenden Richtungen zueinander liegt. Derartige elektrooptische Einrichtungen können beispielsweise durch einen sogenannten Faraday-Modulator gebildet werden.
- Am beweglichen Maschinenteil 1 von Fig. 1 in Form einer Meßpinole eines Mehrkoordinatenmeßgerätes ist ein Polarisationsfilter 7 angebracht, dessen Durchlaßrichtung in Neutralstellung genau unter 45° zu den Hauptrichtungen der Polarisationsstrahlteiler 14 und 15 der Strahlanteiltrenneinrichtung 34 steht. Am Ende der Verfahrstrecke 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 Fig. 2 entspricht. Bei einer gewissen rollwinkelbedingten Schwenkung des Polarisationsfilters 7 gegenüber der Neutralstellung weisen die beiden Signale der unterschiedlichen Strahlanteile eine gewisse Differenz ΔI auf; ihr Mittelwert liegt bei ≙. Die Auswertung dieses Signals kann nun durch zwei verschiedene Auswertkanäle, die gemäß dem Umlauf der Blende 25 getriggert werden, geschehen. Statt dessen kann jedoch auch eine Auswertung in einem gemeinsamen Kanal erfolgen, wobei mittels eines Schmalbandfilters 28 der Wechselspannungsanteil des Signales herausgefiltert und gleichgerichtet (Gleichrichter 30) wird, so daß die Signaldifferenz ΔI isoliert werden kann. Mittels eines Tiefpaßfilters 29 kann außerdem der Gleichspannungsanteil des Signals isoliert werden, wodurch an dessen Ausgang der Signalmittelwert ≙ ansteht. Die Signaldifferenz wird in der bekannten Weise an dem Dividierwerk 22 auf den Signalmittelwert bezogen, um etwaige Intensitätsschwankungen des ausgesendeten Lichtes herauszurechnen. Dieser Quotientenwert kann dann wiederum an dem Anzeigeinstrument 23 als Rollwinkel angezeigt werden.
- Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1. Und zwar arbeitet 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. Auf dem beweglichen Maschinenteil 2 ist ebenfalls ein Polarisationsfilter 7 angebracht, dessen Durchlaßrichtung unter 45° in Relation zu den Hauptrichtungen der in der Strahltrennungseinrichtung 34 enthaltenen Polarisationsstrahlteiler angeordnet ist. Um die Strahltrennungseinrichtung 34 und die Intensitätsmessung nicht am Ende der Verfahrstrecke des Maschinenteiles, sondern ebenfalls am Anfang gemeinsam mit der Lichtquelle 5 anordnen zu können, ist im Strahlengang 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 Lichtstrahles kompensiert werden. In dem querab verlaufenden zurückgeworfenen Lichtstrahl ist die bereits erwähnte Strahlanteil-Trenneinrichtung 34 angebracht, die bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich des Strahlengangendes angeordnet ist. Zur Ausschaltung von Fremdlicht ist vor der Einrichtung 34 noch ein Interferenzfarbfilter 33 angebracht, so daß auf den der Einrichtung 34 nachgeordneten Fotodetektor 10 nur monochromatisches Licht der ausgesendeten Art fällt. In vorteilhafter Weise macht die Anordnung nach Fig. 3 eine Aufstellung weiterer optischer Teile und Kabelverbindungen im Bereich des Endes der Verfahrstrecke entbehrlich.
- 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 polarisierende 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. Es sei weiterhin der Vollständigkeit halber angemerkt, daß ein gewisser Fremdlichtanteil auch bei den anderen Anordnungen durch ein Interferenzfarbfilter 33 ausgefiltert werden kann, sofern - wie empfohlen - die Lichtquelle zu Beginn des Strahlenganges monochromatisches Licht aussendet.
- Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 erfolgt die Bezugsrichtungsvorgabe durch den Lichtstrahl 6&min; seitens der Lichtquelle 5&min;; und zwar besteht dieser Lichtstrahl aus einfach linear polarisiertem Licht, dessen Polarisationsebene unter 45° zu den Hauptrichtungen der später noch anzusprechenden Strahlanteil-Trenneinrichtung 34 auf dem Maschinenteil 2 ausgerichtet ist. Zunächst sei isoliert lediglich das in Fig. 4 in hinterster Position dargestellte Maschinenteil 2, welches auf einer Führung 4 längsbeweglich ist, betrachtet und die anderen Maschinenteile und ihre Teile weggedacht. Aufgrund der Bezugsrichtungsvorgabe in dem Lichtstrahl 6&min; durch polarisierende Elemente, die in der Lichtquelle 5&min; integriert sind, kann bei dieser Anordnung zur polarimetrischen Rollwinkelvermessung die Meßrichtung und die Trennung der beiden Strahlanteile durch ein und dasselbe polarisierende Element in der Strahlanteil-Trenneinrichtung 34 auf dem beweglichen Maschinenteil 2 erfolgen. Und zwar ist dieses polarisierende Element als Polarisationsstrahlteiler ausgebildet, wie es am Beispiel der Fig. 1 gezeigt ist; der Polarisationsstrahlteiler isoliert aus dem linear polarisierten Licht des Lichtstrahles 6&min; jeweils zwei linear polarisierte Lichtanteile, deren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander und jeweils parallel zu einer der beiden Hauptrichtungen des Polarisationsstrahlteilers angeordnet sind. Bei exakter 45°-Stellung der Hauptrichtungen des Polarisationsstrahlteilers zu der Polarisationsrichtung des Strahles 6&min; sind die Intensitäten dieser beiden Strahlanteile gleich groß; sie können nach ihrer zeitlichen Trennung durch die Strahlanteil-Trenneinrichtung 34 mittels des Fotodetektors 10 anschließend gemessen werden. Bei rollbedingter Lageänderung des Polarisationsstrahlteilers in Relation zu der feststehenden Polarisationsebene des Strahles 6&min; wird der eine Lichtanteil vergrößert, wogegen der andere verringert wird. Diese Signaldifferenz kann in geschilderter Weise ausgewertet und als Rollwinkel angezeigt werden.
- Am Beispiel dieser Verfahrensausgestaltung zur polarimetrischen Rollwinkelmessung sei auch noch auf eine Möglichkeit zur gleichzeitigen Rollwinkelmessung an mehreren hintereinander liegenden Maschinenteilen hingewiesen. Zusätzlich zu dem bereits erwähnten Maschinenteil 2 sind weitere Maschinenteile 3 auf der Führung 4 beweglich, die ebenfalls gleichzeitig hinsichtlich ihres Rollverhaltens gemessen werden sollen. Sie tragen jeweils einen dem Strahl 6&min; ausgesetzten Intensitätsstrahlteiler 16, der einen Teil des Lichtes geradlinig hindurchlaufen läßt und der einen anderen Teil in einem querliegenden 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 querabgelenkten Strahlkorridor ist ebenfalls eine Strahlanteil-Trenneinrichtung 34 mit unter anderem einem Polarisationsstrahlteiler und einem schließlich daran angeordneten Fotodetektor 10 angebracht, so daß auch hier die Intensität der beiden zeitlich getrennten Strahlanteile in der geschilderten Weise erfaßt, ausgewertet und für jedes Maschinenteil als isolierter Rollwinkel angezeigt werden können. Gemeinsames Merkmal bei dieser simultanen Mehrfach-Rollwinkelmessung 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 quergerichteten Meßstrahlkorridor ablenkt, in dem entsprechend dem jeweiligen Rollwinkel des Maschinenteils auch die Bezugsrichtung geschwenkt erscheint.
- Um die Lichtanteile in dem querab liegenden Meßstrahlkorridor der einzelnen Maschinenteile bei einer Mehrfach-Rollwinkelmessung gleich groß zu machen, ist es zweckmäßig, die Intensitätsstrahlteiler 16 mit unterschiedlichem Teilungsverhältnis auszubilden. Und zwar wird man zweckmäßigerweise bei dem in Fig. 4 in mittlerer Position dargestellten zusätzlichen Maschinenteil 3 ein gleichmäßiges Teilungsverhältnis für den Intensitätsstrahlteiler wählen ( Teilungsverhältnis 1 : 1), jedoch für den in Fig. 4 an vorderster Position gezeigten zusätzlichen Schlitten 3 ein Teilungsverhältnis von 1 : 2 wählen. Würde noch ein weiteres Maschinenteil vorhanden sein, so würde dessen Intensitätsstrahlteiler ein Teilungverhältnis von 1 : 3 zweckmäßigerweise erhalten. Bei einer solchen Wahl der verschiedenen Teilungsverhältnisse der Intensitätsstrahlteiler erhalten sämtliche Meßstrahlkorridore gleich große Lichtanteile.
Claims (6)
1. Verfahren zum polarimetrischen Messen des Rollwinkels eines entlang einer wenigstens angenäherten geraden Verfahrlinie beweglichen Maschinenteiles,
bei dem ein Lichtstrahl definierter Intensität parallel zur Verfahrlinie zum Maschinenteil ausgesendet wird,
bei dem durch ein ortsfest im Strahlengang angebrachtes polarisierendes Element eine Bezugsrichtung innerhalb des Lichtstrahles für die Rollwinkelmessung vorgegeben wird,
bei dem durch ein auf dem Maschinenteil fest angebrachtes, vom Lichtstrahl beaufschlagtes polarisierendes Element, die zu ermittelnde Relativrichtung des Maschinenteils - Meßrichtung - definiert wird, wobei diese - in Neutralstellung des Maschinenteiles hinsichtlich der Rollbewegung - um 45° zur Bezugsrichtung geneigt ist,
bei dem zwei linear polarisierte Strahlanteile aus dem Lichtstrahl isoliert werden, deren Polarisationsrichtungen aufeinander senkrecht stehen und deren Intensitäten in Neutralstellung des Maschinenteils hinsichtlich der Rollbewegung gleich groß sind und
bei dem die beiden Strahlanteile getrennt und deren jeweilige Lichtintensität jeweils gesondert am Ende des Strahlenganges gemessen und die Signaldifferenz der Intensitätsmessungen als mittelbares Signal für den Rollwinkel ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trennen der beiden Strahlanteile durch zeitlich alternierendes und wechselweises Unterdrücken jeweils des einen und Durchlassen jeweils des anderen Strahlanteiles erfolgt,
daß die Intensitätsmessung für beide Strahlanteile durch ein und denselben Fotodetektor erfolgt.
bei dem ein Lichtstrahl definierter Intensität parallel zur Verfahrlinie zum Maschinenteil ausgesendet wird,
bei dem durch ein ortsfest im Strahlengang angebrachtes polarisierendes Element eine Bezugsrichtung innerhalb des Lichtstrahles für die Rollwinkelmessung vorgegeben wird,
bei dem durch ein auf dem Maschinenteil fest angebrachtes, vom Lichtstrahl beaufschlagtes polarisierendes Element, die zu ermittelnde Relativrichtung des Maschinenteils - Meßrichtung - definiert wird, wobei diese - in Neutralstellung des Maschinenteiles hinsichtlich der Rollbewegung - um 45° zur Bezugsrichtung geneigt ist,
bei dem zwei linear polarisierte Strahlanteile aus dem Lichtstrahl isoliert werden, deren Polarisationsrichtungen aufeinander senkrecht stehen und deren Intensitäten in Neutralstellung des Maschinenteils hinsichtlich der Rollbewegung gleich groß sind und
bei dem die beiden Strahlanteile getrennt und deren jeweilige Lichtintensität jeweils gesondert am Ende des Strahlenganges gemessen und die Signaldifferenz der Intensitätsmessungen als mittelbares Signal für den Rollwinkel ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trennen der beiden Strahlanteile durch zeitlich alternierendes und wechselweises Unterdrücken jeweils des einen und Durchlassen jeweils des anderen Strahlanteiles erfolgt,
daß die Intensitätsmessung für beide Strahlanteile durch ein und denselben Fotodetektor erfolgt.
2. Vorrichtung zur polarimetrischen Messung des Rollwinkels eines entlang einer wenigstens angenähert geraden Verfahrlinie beweglichen Maschinenteiles, zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1,
mit einer einen Lichtstrahl definierter Intensität parallel zur Verfahrlinie auf das Maschinenteil aussendenden Lichtquelle,
mit einem im Strahlengang zu dessen Beginn ortsfest angebrachten, eine Bezugsrichtung innerhalb des Strahles vorgebenden polarisierenden Element,
mit einem auf dem Maschinenteil angeordneten, vom Lichtstrahl beaufschlagten, die zu ermittelende Relativrichtung des Maschinenteiles - Meßrichtung - definierenden, mit dem Maschinenteil beweglichen polarisierenden Element, welches - in Neutralstellung des Maschinenteiles hinsichtlich der Rollbewegung - mit seiner für die Polarisation maßgebenden Richtung um 45° gegenüber der Bezugsrichtung geneigt ist,
mit Mitteln zur Trennung von Strahlanteilen unterschiedlicher Polsarisationsrichtung von dem Strahl, deren Intensitäten in Neutralstellung des Maschinenteiles hinsichtlich seiner Rollbewegung, untereinander gleich groß sind und
mit am Ende des Strahlenganges angeordneten Mitteln zur jeweils gesonderten Intensitätsmessung der beiden Strahlanteile, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Strahltrennung als eine Einrichtung (34) zur alternierenden Unterdrückung des einen (26) und gleichzeitigen Durchlaß des anderen Strahlanteiles (27) bzw. umgekehrt ausgebildet sind, so daß die einzelnen Strahlanteile (26, 27) einzeln im zeitlichen Wechsel zumindest auf die Mittel zur Intensitätsmessung (10) gelangen und
daß die Mittel zur Intensitätsmessung in Form nur eines einzigen vorzugsweise ortsfest angeordneten Fotodetektors (10) ausgebildet sind.
mit einer einen Lichtstrahl definierter Intensität parallel zur Verfahrlinie auf das Maschinenteil aussendenden Lichtquelle,
mit einem im Strahlengang zu dessen Beginn ortsfest angebrachten, eine Bezugsrichtung innerhalb des Strahles vorgebenden polarisierenden Element,
mit einem auf dem Maschinenteil angeordneten, vom Lichtstrahl beaufschlagten, die zu ermittelende Relativrichtung des Maschinenteiles - Meßrichtung - definierenden, mit dem Maschinenteil beweglichen polarisierenden Element, welches - in Neutralstellung des Maschinenteiles hinsichtlich der Rollbewegung - mit seiner für die Polarisation maßgebenden Richtung um 45° gegenüber der Bezugsrichtung geneigt ist,
mit Mitteln zur Trennung von Strahlanteilen unterschiedlicher Polsarisationsrichtung von dem Strahl, deren Intensitäten in Neutralstellung des Maschinenteiles hinsichtlich seiner Rollbewegung, untereinander gleich groß sind und
mit am Ende des Strahlenganges angeordneten Mitteln zur jeweils gesonderten Intensitätsmessung der beiden Strahlanteile, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Strahltrennung als eine Einrichtung (34) zur alternierenden Unterdrückung des einen (26) und gleichzeitigen Durchlaß des anderen Strahlanteiles (27) bzw. umgekehrt ausgebildet sind, so daß die einzelnen Strahlanteile (26, 27) einzeln im zeitlichen Wechsel zumindest auf die Mittel zur Intensitätsmessung (10) gelangen und
daß die Mittel zur Intensitätsmessung in Form nur eines einzigen vorzugsweise ortsfest angeordneten Fotodetektors (10) ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zusätzlich zu dem bereits erwähnten Maschinenteil (2) zwischen diesem und der Lichtquelle (5&min;) auf der gleichen oder einer parallel verlaufenden Verfahrlinie hintereinander angeordneten, hinsichtlich ihres Rollverhaltens ebenfalls zu vermessenden Maschinenteilen (3) jedes zusätzliche Maschinenteil (3) mit einem im Lichtstrahl (6&min;) angeordneten Intensitätsstrahlteiles (16) versehen ist, daß die zu jedem zusätzlichen Maschinenteil (3) gehörige Einrichtung zur Strahlanteiltrennung (34) in dem jeweils am Intensitätsstrahlteiler (16) umgelenkten Anteil des Lichtstrahles angeordnet ist und im Strahlengang eines jeden derartigen Anteiles jeweils Mittel (10) zur polarimetrischen Rollwinkelvermessung angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitätsstrahlteiler für die verschiedenen zusätzlichen Maschinenteile (3), beginnend von dem im Strahlengang letzten zusätzlichen Maschinenteil (3) ein Teilungsverhältnis von 1 : 1, 1 : 2, 1 : 3 usw. zugunsten des jeweils gerade durchlaufenden Strahlanteiles aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Maschinenteil im Strahlengang hinter dem beweglichen polarisierenden Element (7) ein den Lichtstrahl (6) parallel zu sich selber zurückwerfender Reflektor, vorzugsweise ein Tripelreflektor (31), angeordnet ist, daß zu Beginn der Verfahrstrecke im Lichtstrahl ortsfest ein Intensitätsstrahlteiler (32) angeordnet ist und daß die im Strahlengang hinter dem beweglichen polarisierenden Element (7) angeordneten Teile (34 , 10) der polarimetrischen Rollwinkelvermessung in dem zum Intensitätsstrahlteiler (32) zurückgeworfenen und von ihm querab gelenkten Strahlanteil angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Funktion des beweglichen polarisierenden Elementes als Polarisationsfilter dieses mit dem als Tripelprisma ausgebildeten Reflektor in der Weise baulich und funktionell integriert ist, daß das Tripelprisma unverspiegelt ausgeführt ist und die polarisierende Wirkung der Totalreflektion darin ausgenützt wird, wobei die Umfangstellung des Tripelprismas in Relation zum Lichtstrahl so eingestellt ist, daß der einfallende Lichtstrahl diametral gegenüber von einer Prismakante auf die erste spiegelnde Fläche des Tripelprismas auftrifft.
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Cited By (4)
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| EP4194802A1 (de) * | 2021-12-08 | 2023-06-14 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Sensoranordnung zum erfassen mindestens einer ersten torsion eines rotorblatts einer windkraftanlage |
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| GB1428372A (en) * | 1972-06-09 | 1976-03-17 | Soctt R N | Optical apparatus for determining deviations from a predeter mined form of a surface |
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1984
- 1984-02-18 DE DE19843405886 patent/DE3405886C2/de not_active Expired
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