DE3903000A1 - Verfahren zum vermessen des innendurchmessers und der formabweichung von kleinen bohrungen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents
Verfahren zum vermessen des innendurchmessers und der formabweichung von kleinen bohrungen und vorrichtung zu seiner durchfuehrungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen
des Innendurchmessers und der Formabweichungen von kleinen
Bohrungen, indem Lichtwellen ausgesandt werden und deren
Reflexion ausgewertet wird und eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens.
Die genaue und fertigungsnahe Vermessung von
Bohrungen, besonders von solchen Bohrungen, deren
Innendurchmesser im Bereich kleiner oder gleich 5 mm liegt,
erfolgt heute vorzugsweise entweder auf mechanisch antastende
Weise oder durch eine pneumatische, berührungslose Antastung.
Die fertigungstechnische Vermessung kleiner
Bohrungen von Großserienteilen stellt auch heute noch ein nur
unbefriedigend gelöstes Problem dar. Eine sehr genaue Prüfung
von Serienteilen im Sinne einer 100%-Kontrolle ist aufgrund
der Fertigungsumgebung (Öl, Schmutz, Kühlmittel,
Temperatureinfluß) und der Empfindlichkeit einer
Meßeinrichtung gegen diese Einflüsse nicht möglich, so daß in
den meisten Fällen auf eine in klimatisierten Meßräumen
durchzuführende Stichprobe zurückgegriffen wird.
Es sind daher weitere Verfahren bekannt geworden.
Bekannt ist z. B. die Aussendung von akustischen Energie-
Pulsen durch eine Sonde in zwei transversale Richtungen, wobei
deren an der Bohrungswand erzeugten Echos wieder empfangen
werden. Aus der zwischen der Pulsausstrahlung und der Echo-
Detektion vergehenden Zeit werden die Bohrungsdimensionen
rechnerisch ermittelt, wie es aus dem "World Patent Index -
Abstract" (WPI 83-7 07 048/28) bekannt geworden ist.
Es sind auch Verfahren zur berührungslosen,
optischen Vermessung von Bohrungen bekannt. So ist
beispielsweise in der Zeitschrift "wt-Z.ind.Fertigung" 62
(1972), Seiten 205-209, ein optisches Verfahren beschrieben,
bei dem es gelingt, den Durchmesser und die Formabweichung von
Durchgangsbohrungen auf einem Gerät bei unveränderter
Aufspannung zu messen. Zu diesem Zweck wird berührungslos und
koaxial in die Bohrung eine hochgenau gefertigte Kugel als
Reflektor eingebracht. Bringt man diese Anordnung in den
Strahlengang eines Michelson-Interferometers, so entstehen am
45°-Breitenkreis der Kugel Interferenzfiguren, aus deren
Gestalt man die Form- und Lageabweichungen der Bohrung
bestimmen kann. Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich
Bohrungskenngrößen von Bohrungsdurchmessern im Bereich von 1 mm
noch sicher ermitteln. Dazu sind jedoch erhebliche,
aufwendige, optische und mechanische Systeme, wie Michelson-
Interferometer, und Meßmaschinenführungen erforderlich. Zudem
läßt sich dieses Verfahren nur auf Durchgangsbohrungen
anwenden, da der Meßort von einer Seite für den
Beleuchtungsstrahl, von der anderen Seite für den
Kugelreflektor zugänglich sein muß.
In der Zeitschrift "Feingerätetechnik", 31 (1982),
Seiten 497-499, ist ein weiteres Verfahren zur berührungslosen
Bohrungsmessung dargestellt. Hierbei finden ein
Zweikoordinatenmeßgerät und ein Meßmikroskop Anwendung. In den
Beleuchtungsstrahlengang eines kohärenten
Parallelstrahlbündels, das unter einem Winkel α geneigt zur
optischen Achse verläuft, wird der Prüfling mit der Bohrung
eingebracht und anschließend eine Mikroskopscharfeinstellung
auf die Bohrungsstirnfläche durchgeführt. Man erkennt dann im
Schattenbild der Bohrung in der Nähe der Bohrungswand mehrere
gekrümmte Interferenzlinien und kann rechnerisch den Abstand
des Scheitelpunktes S der ersten, zur Bohrungswand
hingewendeten Interferenzlinie bestimmen. In die entsprechende
Bestimmungsgleichung geht dabei nur die bekannte
Lichtwellenlänge λ des Beleuchtungsstrahlenganges und dessen
Neigungswinkel α zur optischen Achse ein. Führt man
entsprechend der Mikroskopscharfeinstellung diese Messung in
mehreren Ebenen und an mehreren Meßpunkten am Bohrungsumfang
durch, so können sowohl die Bohrungsdurchmesser als auch die
zugeordneten Formabweichungen erkannt und berechnet werden.
Mit diesem Verfahren lassen sich sowohl sehr kleine
Durchmesser im Bereich von 0,3 mm als auch einzelne
Formsegmente von Innenkonturen bestimmen. Nachteil dieses
Verfahrens bildet jedoch eine begrenzte Eintauchtiefe der
interferentiellen Antastung, so daß Bohrungen nicht immer in
ihrer vollständigen Länge erfaßt werden können.
Ferner ist aus der DE-PS 24 48 571 ein Verfahren zum
berührungslosen Messen von Durchmessern und Querschnitten von
Objekten bekannt. Bei diesem Verfahren wird mit Hilfe einer
Lichtquelle und eines optischen Systems z. B. der Querschnitt
oder der Umriß einer Bohrung projiziert und eine
Kantendetektion durchgeführt. Nachteil dieses Verfahrens ist
die Tatsache, daß nur der Randdurchmesser bzw. der kleinste
Querschnitt einer Bohrung erfaßt werden kann.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zum Vermessen des Innendurchmessers
und der Formabweichungen von kleinen Bohrungen zu schaffen,
das eine berührungslose und verschleißfreie dimensionelle
Vermessung im fertigungsnahen Bereich in einer umfassenden
Weise ermöglicht, wobei die beim Stand der Technik vorhandenen
Beschränkungen überwunden werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß das Licht einer
faseroptischen Sendelichteinrichtung in das Eintrittsende
einer speziellen Faseroptikeinrichtung eingespeist wird, in
der Faser geleitet und am Austrittsende herausgeführt wird und
von einer Bohrungsinnenwand so reflektiert wird, daß es am
Austrittsende der Faseroptikeinrichtung wieder eingekoppelt,
zu einer faseroptischen Empfangseinrichtung geleitet und von
dieser in abstandsproportionale Spannungswerte umgeformt wird.
Weitere Ausbildungen dieses Verfahrens sind in den
Unteransprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.
Die Erfindung macht gleichermaßen eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens verfügbar, wobei
insbesondere ein vergleichsweise großer apparativer Aufwand
vermieden wird. Diese Vorrichtung zur berührungslosen
dimensionellen Vermessung des Innendurchmessers und der
Formabweichungen von kleinen Bohrungen mit Hilfe einer
Meßeinrichtung, die eine Sendelichteinrichtung und eine
Auswertungseinrichtung umfaßt, zeichnet sich erfindungsgemäß
dadurch aus, daß die Sendelichteinrichtung aus einer
faseroptischen Lichteinrichtung besteht, deren Licht das
Eintrittsende einer Faseroptikeinrichtung aufnimmt, daß die
Faser in der Faseroptikeinrichtung das Licht leitet und am
Austrittsende herausführt und daß das von einer
Bohrungsinnenwand reflektierte Licht am Austrittsende der
Faseroptikeinrichtung wieder eingekoppelt zu einer optischen
Empfangseinrichtung geleitet wird, die das Licht in
abstandsproportionale Spannungswerte umformt.
Weitere Ausbildungen und Weiterbildungen dieser
erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere
darin, daß durch die Verwendung von Lichtwellenleitern und
optischen Präzisionsbauelementen ein sehr hoher
Miniaturisierungsgrad des eigentlichen Meßwertaufnehmers
erreicht werden kann.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigt:
Fig. 1 das Prinzip einer Vorrichtung gemäß der
Erfindung;
Fig. 2 eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einer
Umlenkung der Lichtstrahlwege durch die
Anordnung der verwendeten Lichtleitfasern
selbst;
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform, bei der in
die Sensorendhülse ein kegelförmig
geschliffener Präzisionsminiaturspiegel
eingefügt ist;
Fig. 4 einen kegelförmig geschliffenen Miniatur-
Präzisionsspiegel für die Ausführungsform nach
Fig. 3;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform, bei der in die
Sensorendhülse drei einzelne Miniatur-
Präzisionsspiegel eingefügt sind;
Fig. 6 einen Miniatur-Präzisionsspiegel
für die Ausführungsform nach Fig. 5;
Fig. 7 die Verteilung der Sende- und Empfangsfasern in
den verwendeten faseroptischen Einrichtungen;
Fig. 8 den prinzipiellen Kennlinienverlauf des
faseroptischen Sensors;
Fig. 9 das Blockschaltbild der Ansteuer- und
Auswerteelektronik; und
Fig. 10 das Blockschaltbild der Sende- und
Empfangselektronik.
Fig. 1 zeigt das Prinzip der Vorrichtung zur
Vermessung von kleinen Bohrungen gemäß der Erfindung. Auf
einer stabilen Grundplatte G ist ein Kreuztisch K befestigt.
Dieser Tisch ist in drei Linearachsen x, y, z und einer
Drehachse ω schrittmotorgetrieben verfahrbar. Die Auflösung
der drei Linearachsen beträgt 0,625 µm pro
Schrittmotoreinzelschritt, die Auflösung der Drehachse 0,0025°
pro Schrittmotoreinzelschritt. An einem Träger T, der
ebenfalls starr mit der Grundplatte G verbunden ist, befindet
sich die zur Aufnahme einer Faseroptikeinrichtung in der Art
eines faseroptischen Sensors S dienende Justierhalterung J.
Mit Hilfe von Justiervorrichtungen ist es möglich, die
Faseroptikeinrichtung S achsparallel zur Bohrungsachse des
Prüflings P, der in einer Aufspannung A befestigt ist,
auszurichten. Zur Meßwertaufnahme wird der Prüfling P durch
die Schrittmotoren M rechnergesteuert so positioniert, daß die
Faseroptikeinrichtung S in einer festgelegten Schnittebene in
die Bohrung des Prüflings P eintaucht. Mit Hilfe eines vom
Steuerrechner durchgeführten, iterativen Suchalgorithmus, bei
dem die Empfangsintensitäten der drei Empfangszweige der
Faseroptikeinrichtung S ausgewertet werden, wird nun
erfindungsgemäß eine genaue Ausrichtung von Prüfling P und
Faseroptikeinrichtung S durchgeführt, derart, daß die
Symmetrieachsen des Prüflings P und der Faseroptikeinrichtung
S miteinander fluchten. Nach Ablauf dieser
Initialisierungsphase beginnt der eigentliche Meßvorgang,
indem die Drehachse ω diskontinuierlich mit einer vorgebbaren
Schrittzahl verfahren und auf diese Weise die Bohrungswand des
Prüflings P durch die drei Lichtstrahlwege der
Faseroptikeinrichtung S abgescannt wird. Während dieses
Vorgangs werden die aufgenommenen analogen,
abstandsproportionalen Meßsignale von einem schnellen Analog-
Digital-Umsetzer (ADU) digitalisiert und in einem
Meßwertspeicher zwischengespeichert. Nachdem alle
Bohrungsschnittebenen des Prüflings P erfaßt worden sind,
erfolgt erfindungsgemäß eine rechnergesteuerte
Signalverarbeitung und Auswertung des gesamten Meßdatensatzes
sowie die alphanumerische und graphische Darstellung der
gewonnenen Bohrungskenngrößen auf dem Bildschirm.
Fig. 2 zeigt eine konstruktive Ausführungsform der
in der Meßvorrichtung verwendeten Faseroptikeinrichtung S.
Dieser Aufnehmer besteht aus einer Tastkopfendhülse 1 aus
Edelstahl mit drei im Winkel von 120° auf den Umfang
verteilten Austrittsöffnungen 2 für die Lichtstrahlwege. Die
Endhülsenlänge beträgt 24 mm, der Hülsenaußendurchmesser
2,2 mm und die Hülsenwandstärke 0,2 mm. Die verwendeten Sende-
und Empfangsfasern sind in drei flächengleiche Einzelbündel 3
aufgeteilt, wobei in jedem der Einzelbündel eine gleichförmige
Verteilung der Sende- und Empfangsfasern vorgesehen ist. Die
drei Einzelbündel sind nach der in Fig. 2 gezeigten Weise mit
einem minimalen Biegeradius zu den jeweiligen
Austrittsöffnungen geführt und mit einem Spezialkleber
fixiert.
Bei dem verwendeten Fasertyp handelt es sich um
Lichtwellenleiter aus Quarzglas mit einer numerischen Apertur
von NA=0,55 entsprechend einem Öffnungswinkel von R=67°.
Der Durchmesser der Einzelfaser beträgt d k =30 µm, der
Durchmesser jedes der drei Teilbündel 3 beträgt d B =0,6 mm.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der
in der Meßvorrichtung verwendeten Faseroptikeinrichtung S.
Dieser Aufnehmer besteht aus einer Tastkopfhülse 4 aus
Edelstahl mit drei im Winkel von 120° auf den Umfang
verteilten Austrittsöffnungen 5 für die Lichtstrahlwege. Die
Endhülsenlänge beträgt 24,5 mm, der Hülsenaußendurchmesser
2,2 mm und die Hülsenwandstärke 0,2 mm. Die verwendeten Sende-
und Empfangsfasern sind in drei flächengleiche Einzelbündel 6
aufgeteilt, wobei in jedem der Einzelbündel 6 eine
gleichförmige Verteilung der Sende- und Empfangsfasern
vorgesehen ist. Diese Teilbündel 6 werden innerhalb der
Tastkopf-Endhülse 4 so angeordnet, daß sie mit ihren
Stirnflächen auf die drei Spiegelflächen 7 des in Fig. 4
gezeigten Dreikantspiegels 8 gerichtet sind. Dieser
Dreikantspiegel 8 besteht aus einem kegelförmigen Grundkörper,
dessen drei reflektierende Spiegelflächen 7 jeweils um einen
Winkel von 45° zu seiner Symmetrieachse geneigt sind.
Bei dem verwendeten Fasertyp handelt es sich um
Lichtwellenleiter aus Quarzglas mit einer numerischen Apertur
von NA=0,19 entsprechend einem Öffnungswinkel von R=22°.
Der Durchmesser der Einzelfaser beträgt d k =70 µm, der
Durchmesser jedes der drei Teilbündel 6 beträgt d B =0,6 mm.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der in der
Meßvorrichtung verwendeten Faseroptikeinrichtung S. Dieser
Aufnehmer besteht aus einer Tastkopfendhülse 9 aus Edelstahl
mit drei im Winkel von 120° auf den Umfang verteilten
Austrittsöffnungen 10 für die Lichtstrahlwege. Die
Endhülsenlänge beträgt 21 mm, der Hülsenaußendurchmesser
2,2 mm und die Hülsenwandstärke 0,2 mm. Die verwendeten Sende-
und Empfangsfasern sind in drei flächengleiche Einzelbündel 11
aufgeteilt, wobei in jedem der Einzelbündel eine gleichförmige
Verteilung der Sende- und Empfangsfasern vorgesehen ist. Diese
Teilbündel 11 werden innerhalb der Tastkopfendhülse 9 so
angeordnet, daß sie mit ihren Stirnflächen jeweils auf die
drei Spiegelflächen 12 der in Fig. 6 dargestellten
Einzelspiegel 13 gerichtet sind. Bei den drei Einzelspiegeln
13 handelt es sich um Miniatur-Präzisionsspiegel, die aus
einem zylinderförmigen Grundkörper 14 hergestellt und mit
einem Zapfen 15 versehen sind. Nach dem Einfügen der
Zylinderkörper 14 in die Tastkopfendhülse 9 kann mit Hilfe
dieser Zapfen 15 eine Justierung der Spiegelflächenausrichtung
erfolgen. Nach erfolgter Einstellung werden die Grundkörper 14
mit einem Spezialkleber fixiert und die Zapfen 15
abgeschliffen.
Bei dem verwendeten Fasertyp handelt es sich um
Lichtwellenleiter aus Quarzglas mit einer numerischen Apertur
von NA=0,19 entsprechend einem Öffnungswinkel von R=22°.
Der Durchmesser der Einzelfaser beträgt d k =70 µm, der
Durchmesser jedes der drei Teilbündel 11 beträgt d B =0,6 mm.
Fig. 7 zeigt die erfindungsgemäße Verteilung der
Sende- (16) und Empfangsfasern (17) in den drei oben
geschilderten, aufnehmenden Faseroptikeinrichtungen S. Die
Einzelfasern sind in den Teilbündeln bei einer größtmöglichen
Packungsdichte gleichförmig angeordnet.
Fig. 8 zeigt den prinzipiellen Kennlinienverlauf,
welcher der in Fig. 7 dargestellten Verteilungsform zugeordnet
ist. Dargestellt ist die auf das Maximum I m bezogene Kennlinie
der Empfangsintensität I in Abhängigkeit von dem auf den
Bündeldurchmesser d bezogenen Abstand x der Faserstirnflächen
von der Werkstückoberfläche.
Fig. 9 zeigt das Blockschaltbild der Ansteuer- und
Auswerteelektronik für die geschilderte Meßvorrichtung. Dieses
Rechner-Subsystem besteht aus Einzelbaugruppen, dessen Adreß-,
Daten- und Steuerleitungen über einen gemeinsamen Bus
verbunden sind. Kernstück bildet eine Steuerprozessorkarte
(CPU) mit einem Z8OA-Prozessor. Die Systemspeichereinheit
(SYSMEM) besteht aus einem EPROM-Festwertspeicher, aus diesem
wird das Systemladeprogramm aufgerufen. Zur Aufnahme von
Systemvariablen, Sprungvektoren und Datentabellen sind
darüber hinaus CMOS-batteriegepufferte RAM-Speicher eingesetzt.
In einem Solid-State-Speicherblock (USRPROG), der eine Größe
von 256 KByte besitzt, sind die notwendigen
Ablaufsteuerprogramme zur Datenerfassung, Zwischenspeicherung
und Verarbeitung abgelegt. Eine Schrittmotorsteuer- und
Treiberkarte (SMCNT) übernimmt die Positionierung von Prüfling
und faseroptischem Aufnehmer. An den faseroptischen
Analogverstärker (FAV) schließt sich ein Analog-Digital-
Umsetzer (ADU) an, der die Quantisierung des analogen
Meßsignals übernimmt. Über eine Reihe von menügeführten
Wahlmöglichkeiten können hierbei Abtastzeitpunkt, Abtastrate,
Anzahl der Meßwerte, Datenformat usw. ausgewählt werden. Ein
schneller Solid-State-Meßwertzwischenspeicher (MESSMEM) mit
einer Kapazität von 1 MByte nimmt die vorverarbeiteten
Meßdaten auf. Über eine spezifische Anwendertastatur und einen
5,25-Zoll-Bildschirm können vom Benutzer Steuer- und
Abfragebefehle eingegeben werden, eine visuelle
Prozeßüberwachgung ist möglich. Mit Hilfe der
Schnittstellenbaugruppe (INTFC), die über zwei serielle und
zwei parallele Datenschnittstellen verfügt, können die
komprimierten Meßdaten an einen übergeordneten Leitrechner zur
weiteren (graphischen) Verarbeitung übertragen werden.
Fig. 10 zeigt das Blockschaltbild der Sende und
Empfangselektronik für die Faseroptikeinrichtung S. Das
intensitätsproportionale Ausgangssignal der mit einem
Tageslichtsperrfilter versehenen Infrarot-Fotodioden 18 wird
von einem Transimpedanzverstärker 19 verstärkt und auf einen
weiteren Analog-Rechenverstärker 20 geleitet. Dieser nimmt
eine Empfindlichkeitsanpassung des Ausgangssignales vor. Das
Signal wird anschließend auf einen Sample-and-Hold-Baustein 21
geleitet und über einen Analog-Multiplexer 22 dem als
Impedanzwandler geschalteten Ausgangsverstärker 23 zugeführt.
Das auf die lnfrarot-Fotodioden 24 gelangende Referenzsignal
der Referenzlichtleiterstrecke wird nach der Intensitäts-
Spannungswandlung über Analogmultiplexer 25 auf einen
Transimpedanzverstärker 26 geleitet und gelangt von dort zu
einem Analog-Rechenverstärker 27. An diesem wird darüber hinaus
mit Hilfe einer sehr stabilen Referenzspannungsquelle ein
Sollwert zur Verfügung gestellt. Aus der Differenz dieser
beiden Spannungswerte bildet der Analog-Rechenverstärker 27
eine Regelspannung, die über einen Analog-Multiplexer 28 an
die Steuereingänge von Treibertransistoren 29 geführt werden.
Hiermit wird der Durchsteuerungsgrad und damit die
Sendelichtintensität der Infrarot-Sendedioden 30 geregelt.
Eine Timer-/Taktgeber-Schaltung 31 sorgt für die
zeitliche Ablaufsteuerung der Multiplexerbetriebe des
Regelkreises und des Ausgangssignals. Sie koordiniert
darüber hinaus die Steuerung der Sample-and-Hold-Stufen sowie
die Übergabe von Kanal-Nummern an einen Analog-Digital-
Umsetzer.
Claims (18)
1. Verfahren zum Vermessen des Innendurchmessers
und der Formabweichungen von kleinen Bohrungen, indem
Lichtwellen ausgesandt werden und deren Reflexion ausgewertet
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Licht einer faseroptischen Sendelichteinrichtung in
das Eintrittsende einer speziellen Faseroptikeinrichtung
eingespeist wird, in der Faser geleitet und am Austrittsende
herausgeführt wird und von einer Bohrungsinnenwand so
reflektiert wird, daß es am Austrittsende der
Faseroptikeinrichtung wieder eingekoppelt, zu einer
faseroptischen Empfangseinrichtung geleitet und von dieser in
abstandsproportionale Spannungswerte umgeformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Intensitätsverlauf der
reflektierten Strahlstärken und den dazu proportionalen
Spannungswerten der faseroptischen Empfangseinrichtung (18)
die Kontur und der Innendurchmesser von kleinen Bohrungen
rechnergestützt ermittelt wird, derart, daß die Abweichungen
zu einer zuvor durchgeführten Vergleichsmessung mit Hilfe
eines hochgenauen Einstellnormals gleichen Innendurchmessers
und gleicher Oberflächenkontur des Prüflings erfaßt werden und
der Einfluß von lokalen Schwankungen der Rauhigkeit und des
Krümmungsradius des Prüflings mit Hilfe eines speziellen
Algorithmus berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Sendelicht der faseroptischen
Sendelichteinrichtung (30) in drei symmetrische Lichtwege (3,
6, 11) aufgeteilt und am Austrittsende der
Faseroptikeinrichtung (S) durch drei um jeweils im Winkel von
120° versetzten Austrittsöffnungen (2, 5, 10) hindurch, welche
sich in der gleichen Schnittebene befinden, auf die
Bohrungsinnenwand auftreffen kann.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur
berührungslosen dimensionellen Vermessung des
Innendurchmessers und der Formabweichungen von kleinen
Bohrungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit Hilfe einer
Meßeinrichtung, die eine Sendelichteinrichtung und eine
Auswertungseinrichtung umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sendelichteinrichtung aus
einer faseroptischen Lichteinrichtung (30) besteht, deren
Licht das Eintrittsende einer Faseroptikeinrichtung (S)
aufnimmt, daß die Faser in der Faseroptikeinrichtung (S) das
Licht leitet und am Austrittsende herausführt und daß das von
einer Bohrungsinnenwand reflektierte Licht am Austrittsende
der Faseroptikeinrichtung wieder eingekoppelt zu einer
optischen Empfangseinrichtung geleitet wird, die das Licht in
abstandsproportionale Spannungswerte umformt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Faseroptikeinrichtung (S) das
Sendelicht der faseroptischen Sendelichteinrichtung (30) in
drei symmetrische Lichtwege (3, 6, 11) aufteilt und daß am
Austrittsende der Faseroptikeinrichtung (S) das Licht durch
drei um jeweils im Winkel von 120° versetzte
Austrittsöffnungen (2, 5, 10) austritt, die sich in der
gleichen Schnittebene befinden, in der das Licht auf die
Bohrungsinnenwand auftrifft.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die drei Sende- und
Empfangsfaserbündel (3, 6, 11) mit einer gleichförmigen
Verteilung der einzelnen Sende- und Empfangsfasern (16, 17) in
diesen Bündeln versehen werden, so daß sich aufgrund dieser
Anordnung eine maximale Empfindlichkeit ergibt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenhang zwischen der
Intensität des reflektierten Empfangslichtes und dem Abstand
der (virtuellen) Faserstirnflächen von der Bohrungsinnenwand
im Bereich der maximalen Steigung der Kennlinie liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der verwendeten
Lichtleitfasern die Umlenkung der Lichtstrahlwege erzielt und
daß die drei querschnittsgleichen Sende- und
Empfangsfaserbündel (3) mit einem minimalen Biegeradius im
Inneren der Sensorenendhülse so verlegt und fixiert sind, daß
der Lichtaustritt des Sendelichtes und der Eintritt des von
der Bohrungsinnenwand reflektierten Empfangslichtes um einen
Winkel von jeweils 90° zur Längsachse der Sensorendhülse
erfolgen kann.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß Einzelfasern aus Quarzglas mit
einem Öffnungswinkel von R=67° entsprechend einer
numerischen Apertur von NA=0,55 eingesetzt werden und bei
den Konstruktionsvarianten nach Anspruch 5 und 6 Einzelfasern
aus Quarzglas mit einem Öffnungswinkel von R=22°
entsprechend einer numerischen Apertur von NA=0,19
eingesetzt werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfasern einen
Kerndurchmesser von d k =30 µm besitzen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung der Lichtstrahlwege
durch den Sensorenhülsen zugeordneten Spiegel erfolgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß in die Sensorenhülse ein
kegelförmig geschliffener Präzisionsminiaturspiegel (8)
eingefügt ist, der drei reflektierende Flächen (7) aufweist,
die jeweils um einen Winkel von 45° zur Längsachse der
Sensorenendhülse geneigt sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß in die Sensorenendhülse drei
einzelne, aus einem zylinderförmigen Grundkörper (15)
hergestellte und am Grundkörper (15) befestigte Miniatur-
Präzisionsspiegel (13) eingefügt sind, wobei jeder der drei
Präzisionsspiegel (13) eine um den Winkel von 45° zur
Längsachse der Sensorendhülse geneigte Fläche (12) aufweist
und mit Hilfe der drei Zapfen (15) eine Feinjustierung
erfolgen kann, derart, daß die drei Grundkörper (14) mit den
darauf befindlichen Spiegelflächen (12) um ihre Längsachse
gedreht werden können.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß Einzelfasern aus Quarzglas mit
einem Öffnungswinkel von R=22° entsprechend einer
numerischen Apertur von NA=0,19 eingesetzt werden.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß bei der Dimensionierung der
faseroptischen Sendelichteinrichtung Infrarot-Sender (30)
eingesetzt werden, die ihr spektrales Intensitätsmaximum bei
einer Wellenlänge von λ=880 nm besitzen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarotlicht der
faseroptischen Sendelichteinrichtung (30) mit einer Frequenz
von 1 kHz und einem Tastverhältnis von 1 moduliert wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Ansteuer- und
Auswerteelektrik eine lntensitätsregelung der faseroptischen
Sendelichteinrichtungen vorgenommen wird, derart, daß das von
dem Transimpedanzverstärker (26) verstärkte Signal der
Referenzempfangsdioden (24) durch einen Analog-
Rechenverstärker (27) mit einem vorgebbaren Sollwert
verglichen wird und daß das aus diesem Vergleich gewonnene
Ausgangssignal des Analog-Rechenverstärkers (27) eine
Stromregelung der faseroptischen Sendelichteinrichtungen (30)
vornimmt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die faseroptische
Empfangslichteinrichtung (18) mit einem sogenannten
Tageslichtsperrfilter zur Unterdrückung von
Nebenlichteinflüssen versehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893903000 DE3903000A1 (de) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Verfahren zum vermessen des innendurchmessers und der formabweichung von kleinen bohrungen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893903000 DE3903000A1 (de) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Verfahren zum vermessen des innendurchmessers und der formabweichung von kleinen bohrungen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3903000A1 true DE3903000A1 (de) | 1990-08-09 |
Family
ID=6373241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19893903000 Withdrawn DE3903000A1 (de) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Verfahren zum vermessen des innendurchmessers und der formabweichung von kleinen bohrungen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
Country Status (1)
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DE (1) | DE3903000A1 (de) |
Cited By (5)
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1989
- 1989-02-02 DE DE19893903000 patent/DE3903000A1/de not_active Withdrawn
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