DE69015735T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen von schmalen Spalten. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das Messen kleiner Spalten, und betrifft insbesondere aber nicht ausschließlich das Messen des Zwischenraums zwischen den Rotoren eines Schraubenverdichters.
• Schraubenverdichter haben seit ihrer Einführung in den 1950er Jahren immer mehr Bedeutung als Druckluft- und Druckgasquellen gewonnen. Ein Schraubenverdichter umfaßt im wesentlichen ein ein Gehäuse mit Einlaß- und Abgabeöffnungen aufweisendes Luftende, das ein Paar Rotoren mit ineinandergreifenden Schraubennocken enthält. Ein Drehen der Rotoren saugt an der Einlaßöffnung bereitgestelltes Gas an, das anschließend in einem sich axial bewegenden und fortschreitend kleiner werdenden schraubenförmigen Raum verdichtet und der Abgabeöffnung zugeführt wird. Ein wesentlicher Faktor beim Wirkungsgrad von Schraubenverdichtern sind die Rotorzwischenräume zwischen den Rotoren, die zwar als Betriebsabstand erforderlich sind, doch ein Austreten von Gas ermöglichen. Eine Reduzierung des Abstands von 0,01 mm erhöht den Wirkungsgrad ganz grob um ein Prozent.
• Aus dem vorgehenden ergibt sich daher, daß eine außerordentlich präzise Herstellung erforderlich ist, wobei Verfahren zur Inspektion und Prüfung des Zwischenraums jedoch mit den ihnen auferlegten Anforderungen nicht Schritt gehalten haben. In der Tat arbeitet das einzige im Produktionsbetrieb verfügbare, zum Messen des Zwischenraums typischerweise im Bereich von Null bis 100 Mikrometern bestimmte Verfahren mit Fühlerlehren, die in die gekrümmten Abstandsräume eintreten und die Stellen des kleinsten Zwischenraums erfassen können.
• Beim Einsatz von Fehlerlehren spielt der menschliche Faktor jedoch eine große Rolle, und das Verfahren wird daher allgemein für moderne Erfordernisse als nicht präzise genug betrachtet.
• Ein Messen solider Objekte bzw. breiter Spalten mittels optischer Systeme, die weitgehend als Kantenerfassungs- bzw. Lichtintegrationssysteme eingeordnet werden können, ist bekannt. Kantenerfassungssysteme verwenden den Übergang von hell zu dunkel, der beim Abbild des beleuchteten Objekts bzw. Spalts auftritt, um die Positionen der Kanten des Objekts bzw. Spalts und damit den dazwischen liegenden Abstand zu bestimmen. Bei Kantenerfassungssystemen wird manchmal zur Verringerung von Variationen der Abbildgröße bei variierendem Objektabstand ein telezentrischer Filter verwendet (siehe beispielsweise EP-A-015743l). Kantenerfassungssysteme sind für das Messen schmaler Spalten ungeeignet, da die Kanten im Abbild miteinander verschwimmen und die Verwendung eines telezentrischen Filters die Kanten noch verschwommener erscheinen läßt. Bei Lichtintegrationssystemen wird die gesamte von einem Projektor durch einen Spalt gelangende Lichtmenge gemessen und zur Spaltgröße in Beziehung gesetzt. Keines der bekannten Lichtintegrationsverfahren beschreibt eine Anwendung auf schmale Spalten, d.h. Spalten mit einer Breite von weniger als 100 Mikrometern. Darüber hinaus wird eine Verwendung von telezentrischen Filtern in Verbindung mit Lichtintegrationssystemen nicht erwähnt.
• Optische Systeme zum Messen des Spalts zwischen einem Paar miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen, wie zum Beispiel den Rotoren eines Schraubenverdichters, standen bisher aufgrund der Schwierigkeit beim Feststellen, ob eine Sichtlinie durch die miteinander in Eingriff stehenden Schraubenflächen immer besteht oder nicht, nicht zur Verfügung.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren, bei dem Lichtintegration verwendet wird, zum Messen kleiner Spalten im allgeineinen und der Zwischenräume zwischen miteinander in Eingriff stehenden gepaarten Schraubenflächen, z.B. den Rotoren von Schraubenverdichtern, im besonderen bereitzustellen.
• Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen eines Spalts bereitgestellt, welches folgende Schritte umfaßt: Fokussieren eines Lichtstrahls auf den Spalt, Lenken von vom Spalt kommendem Licht auf einen Detektor, Messen der durch den Spalt gelangenden Menge paraxialen Lichts, und Bestimmen der Breite des Spalts aus der gemessenen Menge paraxialen Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt weniger als 100 Mikrometer breit ist und daß durch den Spalt gelangendes nicht-paraxiales Licht mittels telezentrischen Filtrierens im wesentlichen eliminiert wird.
• Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen eines Spalts mit einer Breite von weniger als 100 Mikrometern zwischen einem Paar miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen bereitgestellt, welche zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn eine gemeinsame Tangente aufweisen, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Lenken eines Lichtstrahls durch den Spalt zwischen dem Paar miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen und parallel zu der gemeinsamen Tangente zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn, Messen der Menge von durch den Spalt gelangendem, im wesentlichen ausschließlich paraxialem Licht, und Bestimmen der Breite des Spalts aus der gemessenen Lichtmenge.
• Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen eines Spalts mit einer Breite von weniger als 100 Mikrometern bereitgestellt, welche folgendes umfaßt eine Lichtprojektoreinrichtung zum Erzeugen eines Lichtstrahls und Fokussieren desselben auf den Spalt, ein Detektorsystem, welches eine Detektoreinrichtung zum Messen der von der Lichtprojektoreinrichtung kommenden darauf fallenden Lichtmenge einschließt, eine Einrichtung zum Lenken von vom Spalt kommendem Licht auf die Detektoreinrichtung, und eine Einrichtung zum Bestimmen der Breite des zwischen der Projektoreinrichtung und dem Detektorsystem angeordneten Spalts aus der gemessenen Lichtmenge, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum telezentrischen Filtrieren vorgesehen ist, um nicht-paraxiales Licht im wesentlichen abzufangen, bevor es die Detektoreinrichtung erreicht.
• Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen eines Spalts zwischen einem Paar miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen bereitgestellt, die zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn eine gemeinsame Tangente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgendes umfaßt: eine Einrichtung zum Lenken eines Lichtstrahls durch den Spalt zwischen dem Paar miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen und parallel zu der gemeinsamen Tangente zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn, eine Einrichtung zum Messen der Menge von durch den Spalt gelangendem Licht, und eine Einrichtung zum Bestimmen der Breite des Spalts aus der gemessenen Lichtmenge.
• Es folgt nun eine beispielhafte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Paars von Rotoren eines Schraubenverdichters;
• Fig. 2 einen Querschnitt durch die ineinandergreifenden Rotoren aus Fig. 1;
• Fig. 3a, 3b und 3c verschiedene Schnitte durch benachbarte konvex gewölbte und konkav gewölbte Rotornocken in parallel zur Achse liegenden Ebenen;
• Fig. 4 eine Seitenansicht einer Maschine zum Messen von Rotorzwischenräumen;
• Fig. 5 eine Draufsicht auf die Maschine aus Fig. 4;
• Fig. 6 eine Endansicht der Maschine aus Fig. 4 und 5;
• Fig. 7 eine schematische Darstellung des optischen Systems der Maschine aus Fig. 4 bis 6;
• Fig. 8 die Verteilung der Lichtintensität quer über dem durch das optische System aus Fig. 7 hergestellten Abbild des Spalts;
• Fig. 9 ein Blockdiagramm des mit dem System aus Fig. 1 verwendeten Steuerkreises.
• Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, bei denen Fig. 1 ein Paar Rotoren 10 und 12 eines Schraubenverdichters zeigt. Der konvex gewölbte Rotor 10 weist Schraubennocken 11 auf, die in Schraubennuten 13 im konkav gewölbten Rotor 12 eingreifen, wobei die Nuten 13 durch Nocken 14 voneinander getrennt sind. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Form sowohl der Nocken als auch der Nuten komplex ist und typischerweise aus einer Kombination von Kreisbögen, Geraden und wechselseitig erzeugten Abschnitten besteht. Aufgrund dieser komplexen Form erkannten die Anmelder, daß aus den Eigenschaften von Paarbeziehungen nachgewiesen werden kann, daß ungeachtet der Konstruktionsdetails von Nocken und Nuten immer eine gerade Sichtlinie durch den Zwischenraum zwischen den Rotoren vorhanden ist und diese Sichtlinie immer parallel zum gemeinsamen Tangenten zu den Schraubenflächen an der Wälzbahn verläuft.
• Dies ist in den Figuren 3a bis 3c dargestellt, bei denen es sich um aufeinanderfolgende Schnitte durch ein typisches Paar ineinandergreifender Rotoren handelt, und zwar jeweils bei ansteigendem Abstand von der Achse des konkav gewölbten Rotors. Bei allen drei Schnitten besteht auf jeder Seite der Nocke 11 des konvex gewölbten Rotors eine Sichtlinie, wobei die Sichtlinien parallel zur gemeinsamen Tangente zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn verlaufen.
• Die Figuren 4 und 5 stellen eine Maschine zur Verwendung dieser Sichtlinie zum Messen des Rotorzwischenraums dar. Die Maschine hat einen Sockel 20, auf dem sich ein beweglicher Spindelstock 22 und ein beweglicher Reitstock 24 befinden. In einem mit dem Sockel verschraubten Gehäuse befindet sich eine Spitze 26 feststehender Höhe und in einem beweglichen Gehäuse eine entsprechende Spitze 30 feststehender Höhe. Der Spindelstock 22 weist eine auf einem Vertikalschlitten 27 gehalterte obere Spitze 28 auf, während der Reitstock 24 eine entsprechende Spitze 32 aufweist, welche sich ebenfalls vertikal verstellbar auf einem Schlitten 31 befindet. Durch die Höhenverstellung der Spitzen 28 und 32 über den feststehenden Spitzen können also Rotoren 34 und 36 unterschiedlichen Durchmessers zwischen dem Paar der Spitzen gehaltert werden. In der Praxis sind zwischen den Spitzen und den Rotoren Spannhülsen vorhanden, die jedoch aus Gründen der Klarheit in Fig. 4 nicht dargestellt sind.
• Der Spindelstock 22 und der Reitstock 24 sind auf einem Schlitten 33 auf dem Sockel 20 so gehaltert, daß sie in der 'x'-Richtung auf die Spitze 26 zu und von dieser weg beweglich sind. Die Spitze 30 ist ebenfalls entlang dem Sockel 20 in der 'x'-Richtung beweglich. Dadurch ist also die für die Berücksichtigung verschieden langer Rotoren erforderliche Verstellmöglichkeit gegeben. Die ordnungsgemäße Positionierung der Spitzen 28 und 32 in vertikaler Richtung bezüglich der Spitzen 26 und 30 und von Spindelstock 22, Reitstock 24 und der Spitze 30 in horizontaler Richtung zur Unterbringung eines bestimmten Paars von ordnungsgemäß ineinandergreifenden Rotoren 34 und 36 wird manuell durchgeführt.
• Die feststehende Spitze 26 wird mittels eines Rädergetriebes 35 durch einen Servomotor (in Fig. 4 mit 37 bezeichnet) zur Drehung des Rotors 34 angetrieben, wobei ein (nicht dargestellter) Drehwandler mit Digitalausgabe dem Rotor 34 zugeordnet ist. Diese Bewegung wird, wie nachfolgend noch erklärt wird, durch einen Rechner präzise gesteuert, der das vom Drehwandler kommende Rückführsignal verwendet.
• Zwischen dem Spindelstock 22 und dem Reitstock 24 ist auf dem Sockel 20 eine optische Einheit gehaltert, die einen an einem Rahmen 40 gehalterten und auf einer Seite der Rotoren 34 und 36 liegenden Lichtprojektor 39 und ein am Rahmen 40 auf der anderen Seite der Rotoren 34 und 36 gehalterten Lichtdetektorsystem 41 umfaßt.
• Der Rahmen 40 ist zur Drehung um eine vertikale Schwenkachse an einem Unterrahmen 42 gehaltert, und der Unterrahmen ist wiederum auf einem Schlitten auf dem Sockel 20 so gehaltert, daß er mittels einer von einem Servomotor 44 durch ein Rädergetriebe 45 angetriebenen Leitspindel parallel zur Rotorachse in der x-Richtung (Fig. 4) beweglich ist. Der Betrieb des Motors wird wiederum durch den bereits erwähnten Rechner gesteuert, der die Digitalausgabe eines der Position des Unterrahmens 42 entlang der Rotorachse zugeordneten linearen Wandlers (nicht dargestellt) verwendet.
• Der Projektor 39 und das System 41 sind zur gemeinsamen Bewegung in bezug auf den Rahmen 40 sowohl in vertikaler Richtung (der y-Richtung, siehe Fig. 6) als auch entlang der zwischen ihnen verlaufenden Sichtlinie (der z-Richtung, siehe Fig. 5) gehaltert. Die vertikale Bewegung wird von synchronisierten Servomotoren 46 und 47 gesteuert, während der einzelne Servomotor 48 die Bewegung entlang der Sichtlinie steuert. Die Motoren 46, 47 und 48 werden ebenfalls durch den bereits erwähnten Rechner gesteuert, wiederum unter Verwendung der Digitalausgaben von den unterschiedlichen Bewegungen zugeordneten linearen Wandlern (nicht dargestellt).
• Im Einsatz wird der Rahmen 40 mittels einer Winkel lehre so auf dem Unterrahmen 42 nachgestellt, daß die Sichtlinie dem Winkel der Schraubenlinien an der Wälzbahn entsprechend schräg zur Rotorachse verläuft. Die Servomotoren 44, 46, 47 und 48 werden dann zur Verstellung der Position des Projektors 39 und des Detektorsystems 41 so verwendet, daß der vom Projektor kommende Lichtstrahl auf einen ersten ausgewählten Punkt im Rotorzwischenraum zwischen zwei Rotoren fokussiert ist, um die Messung des Spalts an diesem Punkt zu ermöglichen. Die Motoren werden daraufhin vom Rechner nach einem vorgegebenen Programm aktiviert, um ausgewählte Punkte im Rotorzwischenraum nacheinander zur Messung vorzulegen. Es wird darauf hingewiesen, daß der Spalt dem optischen System als eine wellige Linie erscheint, die aus einer Folge von Spalten zwischen verschiedenen Nocken und Nuten besteht, und das Meßschema umfaßt in der Regel zehn Messungen pro Welle.
• Nachdem die ausgewählten Punkte des Zwischenraums des ersten Eingriffs gemessen worden sind, wird der Motor 37 zur Drehung und zur Vorlage des Zwischenraums des nächsten Eingriffs bzw. der nächsten Nocke/Nut-Kombination zur Messung auf dieselbe Weise aktiviert.
• Es wird ferner darauf hingewiesen, daß wegen der gewöhnlich unterschiedlichen Anzahl von Nocken an konvex und konkav gewölbten Rotoren eine beträchtliche Zahl von Zwischenräumen gemessen werden muß. Wenn zum Beispiel ein Rotor vier Nocken und der andere fünf Nocken hat, dann müssen die in zwanzig Eingriffen erzeugten Zwischenräume gemessen werden.
• Das optische System ist in Fig. 7 dargestellt. Von einer Quelle 60 (bei dieser Ausführungsform ein Glühdraht 58 und ein Reflektor 59) kommendes Licht gelangt durch eine erste Linse 61, die ein Abbild der Quelle 60 an eine Öffnung 62 fokussiert, welche dann als ein heller, gleichmäßiger Lichtpunkt erscheint. Ein Abbild dieser Öffnung 62 wird von einer Linse 63 in den Spalt 65 fokussiert. Die bisher beschriebenen Elemente ergeben den Lichtprojektor 39 der Figuren 5 und 6. Vom Spalt 65 kommendes Licht wird von einer Linse 66 gesammelt und durch eine Nadellochöffnung 67 am hinteren Brennpunkt weitergegeben, die als ein telezentrischer Filter wirkt und nicht-paraxiale Lichtstrahlen blockiert. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil ein Gelangen von Licht durch den Spalt 65 durch Reflektion von den den Spalt bezeichnenden Flächen soweit wie möglich auszuschließen ist. Die Linse 68 bildet ein Abbild des Spalts auf einem lichtelektrischen Detektor 70. Diese in Fig. 7 auf der rechten Seite des Spalts 65 befindlichen Elemente stellen das Lichtdetektorsystem der Figuren 5 und 6 dar.
• Im Kontext eines optischen Systems, welches lediglich axial von der Quelle durch den Spalt gelangendem Licht ein Erreichen des Detektors ermöglicht, ist die Menge des den Detektor 70 erreichenden Lichts ein Maß für die Spaltbreite. In seiner einfachsten Form könnte der Detektor 70 daher ein einzelnes lichtempfindliches Element sein, das zur Bereitstellung eines analogen Ausgabesignals rechtwinklig quer über das Abbild des Spalts verläuft, wobei das analoge Ausgabesignal, einen geeigneten Eichfaktor angenommen, ein Maß für den Spalt ergäbe. Dieses einfache System hat jedoch zwei erhebliche Nachteile; erstens kann dabei kein Abbild zur visuellen Überprüfung durch die Bedienungsperson bereitgestellt werden, so daß das Vorhandensein von Fremdkörpern, wie zum Beispiel Staub, Flusen oder Öltropfen, nicht festgestellt werden kann, was wiederum zu falschen Aussagen führt, und zweitens sind keine Daten bezüglich der Position des Spaltabbilds auf dem Detektor verfügbar. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die Achse des lichtempfindlichen Elements rechtwinklig quer über dem Abbild des Spalts verlaufen muß, was für jede nachfolgende Messung eine Verstellung mit sich bringt, da der Winkel des Spalts sich bei jeder Messung um eine Nocke ändert. Die Verstellung ist nicht schwierig, da die notwendigen Winkel der Spalten und damit die des lichtempfindlichen Elements zuvor bereits bekannt sind und in jedem Fall durch die einfache Maßnahme der Verstellung des Winkels des lichtempfindlichen Elements, bis seine Ausgabe auf einem Minimum angelangt ist, bestimmt werden könnten. Die Tatsache, daß eine weitere Verstellung für jede Messung erforderlich ist, bleibt jedoch bestehen.
• Ein etwas höher entwickeltes System umfaßt einen Detektor 70 in Form einer linearen Matrix lichtempfindlicher Elemente. Der Vorteil gegenüber dem einzelnen lichtempfindlichen Element besteht hier darin, daß die Position des Abbilds bezüglich des Detektors bestimmt werden kann, doch steht damit immer noch keine bildliche Darstellung zur Überprüfung durch die Bedienungsperson zur Verfügung und die Matrix muß rechtwinklig quer über das Abbild des Spalts verlaufen.
• Beim bevorzugten optischen System umfassen die Elemente 66, 67, 68 und 70 ein Linse-Kamerasystem, bei dem der Detektor 70 eine Pixelmatrix umfaßt, wobei jedes Pixel einen separaten Lichtfühler, der ein ladungsgekoppelter Baustein (CCD) ist, darstellt. Eine derartige Kamera ist die von Pulnix America Inc., Kalifornien, erhältliche Kamera Pulnix TM760, die das CCD-System als eine 5l2x5l2-Matrix von viereckigen 13-Mikrometer-Pixeln als ihren Detektor 70 vorsieht.
• Ein derartiger Detektor 70 ermöglicht die Anzeige eines Bildes des Spalts zur visuellen Überprüfung, ermöglicht das Erzeugen beliebiger Positionsdaten, und erfordert keine Drehung der Kamera zum Ausgleich des Winkels des Abbilds.
• Die oben beschriebenen optischen Systeme können abgeändert werden, indem die Elemente 58 bis 63 durch einen Laser ersetzt werden. Ein derartiges System erlaubt jedoch wegen der kohärenten Natur von Laserlicht keine Bildung eines erkennbaren Abbilds des Spalts.
• Bei allen oben beschriebenen optischen Systemen ist es erforderlich, das Licht vom Kameraprojektoraufbau 39 und 41 auf den Spalt 65 zu fokussieren. Dies wird grundsätzlich durch ein Programm erreicht, das in den Rechner 90 eingegeben wird und auf der Kenntnis der Rotorgeometrie und damit der Position der Zwischenräume beruht, wobei das Programm den Servomotor 48 steuert. Es wird ferner ein System der Feinfokussierung bevorzugt, was am zweckmäßigsten durch ein Autofokussiersystem erreicht wird, bei dem der Servomotor 48 zur Maximierung der Helligkeit des auf den Detektor 70 fallenden Abbilds aktiviert wird. Damit wird also ein System der Grobfokussierung durch das Rechnerprogramm und ein System der Feinfokussierung durch das Autofokussiersystem bereitgestellt.
• Fig. 9 zeigt das grundsätzliche Steuersystem, das auf einem Rechner 90 beruht, der den Betrieb der verschiedenen Servomotoren 37, 44, 46, 47 und 48 steuert, wobei die Servomotoren und die zugeordneten Wandler in Fig. 9 gemeinsam durch das Bezugszeichen 91 angegeben sind. Der Rechner wird mit den für jede zu überprüfende Rotorart bzw. -konstruktion erforderlichen Daten programmiert, wobei diese Daten die ausgewählten Meßpunkte für jede Nockenkombination, die Drehung der Rotoren zur Vorlage einer anderen Nockenkombination zur Messung, die Anzahl der Nockenkombinationen und die geeigneten Eichfaktoren umfassen. Am Rechner ist eine Eingabevorrichtung, wie zum Beispiel eine Blocktastatur 92, angeschlossen, mittels der die Bedienungsperson folgendes eingeben kann: die Rotorart, die Daten, durch die der Rechner befähigt wird, den richtigen Eichfaktor auszuwählen, und Anweisungen an den Rechner, eine Messung auszuführen und zur nächsten Messung überzugehen.
• Von der Detektorvorrichtung kommende Signale, wobei die Detektorvorrichtung bei dieser bevorzugten Ausführung eine Kamera 93 wie zuvor beschrieben ist, werden direkt einem Monitor 94 zugeführt, der der Bedienungsperson ein Abbild des Spalts anzeigt, welches der Bedienungsperson ermöglicht, eine Überprüfung auf Schmutz, Flusen, Öl und ähnliche Fremdkörper, die zu verfälschten Aussagen führen, durchzuführen, und werden dann durch einen Einzelbilderfassung-Schaltkreis 95 dem Rechner 90 zugeführt. Bei dem Einzelbilderfassung-Schaltkreis 95 handelt es sich um einen herkömmlichen Schaltkreis, der die Signale für ein Einzelbild von der Pixelmatrix in der Kamera annimmt und diese dem Rechner 90 vorlegt. Gemäß einem Softwareprogramm verwendet der Rechner diese Signale zur Erfassung der Richtung des Spalts und zum Messen der quer über dem Spalt, d.h. rechtwinklig zur Spaltrichtung, vorhandenen Lichtintensität. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, daß der Minimalwert einer Anzahl von Mehrfachabtastungen hergenommen wird, da dieser dem schmalsten vorhandenen Spalt entspricht. Die quer über dem Spalt vorhandene Lichtverteilung ist im wesentlichen eine Gaußsche, wie in Fig. 8 gezeigt ist, in der die Intensität bezüglich des Abstands quer über den Spalt graphisch dargestellt ist.
• Die gesamte Menge des durch den Spalt gelangenden Lichts, die dem Bereich unter der Kurve in Fig. 8 entspricht, wird berechnet, der angemessene Eichfaktor wird angewendet und die entsprechende Spaltgröße zur Anzeige auf dem Monitor 96, gemeinsam mit eventuellen weiteren gewünschten Daten, wie z.B. dem Abbild des Spalts und/oder der Intensitätskurve der Fig. 8, ausgewählt.
• Nachdem die Messung aufgezeichnet worden ist, aktiviert der Rechner nach Befehl von der Bedienungsperson über die Blocktastatur oder vom Programm die Servomotoren und verwendet die digitalen Rückführungssignale von den Wandlern zur Bewegung des optischen Systems und Positionierung desselben für die nächste programmierte Messung. Eine Papierkopie der aufgezeichneten Messungen kann durch eine Ausgabevorrichtung, in diesem Fall ein Drucker 97, verfügbar gemacht werden. Wie bereits angedeutet, ist eine Autofokussierung wünschenswert und kann durch eine Maximierung der Helligkeit der Abbildmitte erreicht werden, d.h. durch ein Messen des Spitzenwerts in Fig. 8. Alternativ dazu würde das System durch eine Maximierung der Neigung der Kurve in Fig. 8 arbeiten.
• Es wurde von dem vom Rechner auf den Meßwert angewendeten Eichfaktor gesprochen. Dieser Eichfaktor ist zur Berücksichtigung von Fehlern, die von Faktoren wie der Krümmungen der den Spalt bezeichnenden Fläche, der Rauhigkeit dieser Flächen, der Ausrichtung der Oberflächenrauhigkeit und dem Material, aus dem die Rotoren hergestellt sind, herrühren, erforderlich. Zur Reduzierung der auf Oberflächenrauhigkeit und Ausrichtung beruhenden Fehler hat es sich als hilfreich herausgestellt, die Oberflächen leicht einzuölen, für die anderen Faktoren ist jedoch weiterhin ein Ausgleich erforderlich.

Claims (22)

1. Verfahren zum Messen eines Spalts (65), welches folgende Schritte umfaßt Fokussieren eines Lichtstrahls auf den Spalt (65), Lenken von vom Spalt (65) kommendem Licht auf einen Detektor (70), Messen der durch den Spalt (65) gelangenden Menge paraxialen Lichts, und Bestimmen der Breite des Spalts (65) aus der gemessenen Menge paraxialen Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (65) weniger als 100 Mikrometer breit ist und daß durch den Spalt (65) gelangendes nichtparaxiales Licht mittels telezentrischen Filtrierens (67) im wesentlichen eliminiert wird.

2. Verfahren zum Messen eines Spalts (65) mit einer Breite von weniger als 100 Mikrometern zwischen einem Paar miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen (10, l2), welche zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn eine gemeinsame Tangente aufweisen, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Lenken eines Lichtstrahls durch den Spalt (65) zwischen dem Paar miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen (10, 12) und parallel zu der gemeinsamen Tangente zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn, Messen der Menge von durch den Spalt (65) gelangendem, im wesentlichen ausschließlich paraxialem Licht, und Bestimmen der Breite des Spalts (65) aus der gemessenen Lichtmenge.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Paare miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen Rotoren (10, 12) eines Schraubenverdichters sind.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Spalt (65) eine Breite von weniger als 100 Mikrometern aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, welches ein Fokussieren des Lichtstrahls auf den Spalt (65) umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, welches ein Eliminieren von durch den Spalt (65) gelangendem nicht-paraxialem Licht mittels telezentrischen Filtrierens (67) umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 2, welches die Bildung eines Abbilds des Spalts (65) auf einem Detektor (70) umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Detektor (70) ein linear verlaufender Detektor (70) ist, wobei das Verfahren ein Einstellen des Detektors (70) derart einschließt, daß er sich quer über dem Abbild des Spalts (65) rechtwinklig zu diesem erstreckt.

9. Vorrichtung zum Messen eines Spalts (65) mit einer Breite von weniger als 100 Mikrometern, welche folgendes umfaßt eine Lichtprojektoreinrichtung (39) zum Erzeugen eines Lichtstrahls und Fokussieren desselben auf den Spalt (65), ein Detektorsystem (41), welches eine Detektoreinrichtung (70) zum Messen der von der Lichtprojektoreinrichtung (39) kommenden darauffallenden Lichtmenge einschließt, eine Einrichtung (68) zum Lenken von vom Spalt (65) kommendem Licht auf die Detektoreinrichtung (70), und eine Einrichtung (90) zum Bestimmen der Breite des zwischen der Projektoreinrichtung (39) und dem Detektorsystem (41) angeordneten Spalts (65) aus der gemessenen Lichtmenge, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (67) zum telezentrischen Filtrieren vorgesehen ist, um nicht-paraxiales Licht im wesentlichen abzufangen, bevor es die Detektoreinrichtung (70) erreicht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Detektoreinrichtung (70) eine lineare Detektoreinrichtung (70) ist, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung (42) zum Drehen der Detektoreinrichtung (70) derart einschließt, daß sie quer über dem Abbild des Spalts (65) rechtwinklig zu diesem liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Detektoreinrichtung (70) eine rechteckige Pixelmatrix (70) umfaßt, wobei die Vorrichtung ferner eine Rechnereinrichtung (90) zum Berechnen der Verteilung der Lichtintensität quer über dem Abbild des Spalts rechtwinklig zu diesem aus der Ausgabe der Pixel der Matrix einschließt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Rechnereinrichtung (90) eine Einrichtung zum Berechnen der Gesamtmenge von auf einen sich quer über dem Abbild des Spalts (65) rechtwinklig zu diesem erstreckenden Bereich der Detektoreinrichtung (70) fallendem Licht einschließt.

13. Vorrichtung zum Messen eines Spalts (65) mit einer Breite von weniger als 100 Mikrometern zwischen einem Paar miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen (10, 12), die zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn eine gemeinsame Tangente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgendes umfaßt: eine Einrichtung (39) zum Lenken eines Lichtstrahls durch den Spalt (65) zwischen dem Paar miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen (10, 12) und parallel zu der gemeinsamen Tangente zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn, eine Einrichtung (41) zum Messen der Menge von durch den Spalt (65) gelangendem, im wesentlichen ausschließlich paraxialem Licht, und eine Einrichtung (90) zum Bestimmen der Breite des Spalts (65) aus der gemessenen Lichtmenge.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Paare miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen (10, 12) Rotoren (10, 12) eines Schraubenverdichters sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, welche eine Einrichtung (22, 24) zum Haltern des Paars miteinander in Eingriff stehender gepaarter Schraubenflächen (10, 12) einschließt, und bei der die Einrichtung zum Lenken des Lichtstrahls ein an einer Seite des Spalts (65) zwischen den Nocken (14) der gepaarten Schraubenflächen (10, 12) gehalterter Lichtprojektor (39) ist, bei der die Einrichtung zum Messen der Lichtmenge ein auf der anderen Seite des Spalts (65), und zwar auf einer mit der Projektoreinrichtung (39) gemeinsamen Achse, gehaltertes Detektorsystem (41) ist, und bei der eine Einrichtung (40, 44, 46, 47, 48) zum Einstellen der gemeinsamen Achse derart, daß sie zu der gemeinsamen Tangente der gepaarten Schraubenflächen (10, 12) zu den Schraubenlinien an der Wälzbahn parallel ist, vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, welche eine Einrichtung zum Bewegen der Lichtprojektoreinrichtung (39) und des Detektorsystems (41) parallel zu den Achsen der Rotoren (10, 12) und rechtwinklig zu den Achsen der Rotoren (10, 12) in beiden Richtungen einschließt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, welche eine Einrichtung (63) zum Fokussieren eines von der Lichtprojektoreinrichtung (39) kommenden Lichtstrahls auf den Spalt (65) einschließt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Detektorsystem (41) eine telezentrische Filtriereinrichtung (67) zum Abfangen nicht-paraxialen Lichts, bevor es den Detektor (70) erreicht, einschließt.

l9. Vorrichtung nach Anspruch 15, welche eine Einrichtung (68) zum Bilden eines Abbilds des Spalts (65) auf dem Detektor (70) einschließt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Detektor (70) eine lineare Detektoreinrichtung (70) ist, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung (42) zum Drehen der Detektoreinrichtung (41) derart, daß sie quer über dem Abbild des Spalts (65) rechtwinklig zu diesem liegt, einschließt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Detektor (70) eine rechteckige Pixelmatrix (70) umfaßt, wobei die Vorrichtung ferner eine Rechnereinrichtung (90) zum Berechnen der Verteilung der Lichtintensität quer über dem Abbild des Spalts (65) rechtwinklig zu diesem aus der Ausgabe der Pixel der Matrix (70) einschließt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Rechnereinrichtung (90) eine Einrichtung zum Berechnen der Gesamtmenge des auf einen sich quer über dem Abbild des Spalts (65) rechtwinklig zu diesem erstreckenden Bereich der Detektoreinrichtung (70) fallenden Lichts einschließt.