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Lichtelektrische Vorrichtung zur Feinlängenmessung Es ist eine lichtelektrische
Vorrichtung zur Feinlängenmessung bekannt, bei welcher das Meßobjekt als Blende
für ein auf ein lichtelektrisches Element geleitete Meßstrahlenbündel dient und
die Intensität des Meßstrahlenbündels mit der Intensität eines Vergleichsstrahlenbündels
verglichen wird, in dessen Strahlengang ein ebenfalls als Blende wirkendes Vergleichsobjekt
angeordnet ist, welches nach Form und Oberflächenbeschaffenheit dem Meßobjekt entspricht.
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Bei der bekannten Anordnung handelt es sich um ein Gerät zur lichtelektrischen
Überwachung der Dicke eines Fadens. Dort sind zwei getrennte Photozellen vorgesehen,
von denen die eine vom Meßstrahlenbündel und die andere von dem Vergleichsstrahlenbündel
beaufschlagt wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine solche mit einem
Vergleichsobjekt arbeitende Feinlängenmeßeinrichtung auch bei der genauen optischen
Vermessung großer Rotationskörper sinnvoll und vorteilhaft ist. Wenn man den Scheitel
eines Rotationskörpers mit großem Durchmesser optisch anpeilt, so wird durch die
als Aperturblende wirkende, sehr flach gekrümmte Oberfläche des Körpers die Apertur
des abbildenden Strahlenbündels stark verkleinert, und eine solche Apertur bedingt
naturgemäß Beugungsfiguren. Bei Meßmikroskopen sieht man dann die Scheitellinie
des Meßobjekts mehrfach, entsprechend den Beugungsfiguren der verschiedenen Ordnungen.
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Man hat Korrekturtabellen vorgesehen, um diese Erscheinungen berücksichtigen
zu können.
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Bei einer photoelektrischen Meßanordnung wirkt sich schließlich auch
die Oberflächenbeschaffenheit des Meßobjektes auf den von der Photozelle gelieferten
Meßwert aus.
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Die Erfindung sieht deshalb vor, daß zur Vermessung von Objektiven
von großem Durchmesser, die tangential angepeilt werden, die Strahlenbündel durch
umkehrreflektierende Mittel, vorzugsweise Tripelreflektoren, in sich zurück und
abwechselnd auf ein und dasselbe lichtquellenseitig angeordnete lichtelektrische
Element geleitet werden. Hierbei treten im Strahlengang des zweiten Strahlenbündels
die gleichen Beugungserscheinungen, Reflexe usw. auf wie im Strahlengang des Meßstrahlenbündels,
so daß man stets genau definierte Verhältnisse vorliegen hat. Es ergibt sich daher
die Möglichkeit zu außerordentlich genauen Messungen und Steuerungen. Infolge der
Umkehrung der Strahlenbündel mittels umkehrreflektierender Mittel werden Justierschwierigkeiten
auch bei großen Meßobjekten vermieden. Außerdem werden beide Strahlenbündel von
ein und derselben Photozelle gemessen, so daß keine Meßfehler durch Empfindlichkeitsunterschiede
der Strahlungsempfänger auftreten können. Die Erfindung ist anwendbar beispiels-
weise
zur Überwachung und Regelung des Walzen abstandes in Feinblechwalzwerken oder zur
Steuerung von Drehbänken, die automatisch abgeschaltet werden können, wenn das Werkstück
einen bestimmten Durchmesser erreicht hat. Die Erfindung ist dabei vor allem für
solche Drehbänke von Bedeutung, auf denen Werkstücke mit extrem großen Abmessungen,
z. B. von einigen Metern Durchmesser, bearbeitet werden. Man kann dann nämlich mit
bekannten Mitteln den Durchmesser des Werkstückes nur mit großem Aufwand hinreichend
genau messen und nachprüfen. Demgegenüber hat sich gezeigt, daß mit einer Anordnung
nach der Erfindung ein Durchmesser von mehreren Metern lichtelektrisch noch auf
einige hundertstel Millimeter genau abtastbar ist.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt
und im folgenden beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Überwachung und Regelung eines
Walzenabstandes; Fig. 2 zeigt eine Anordnung, durch welche der Durchmesser eines
Werkstückes auf einer Drehbank überwacht wird.
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Mit 1 und 2 (Fig. 1) sind zwei Walzen bezeichnet, deren Abstand gemessen
werden soll. Von einer Lichtquelle3 wird mittels einer Kondensorlinse4 ein Spalt5
ausgeleuchtet. Durch ein Objektiv 6 wird ein paralleles Strahlenbündel erzeugt,
welches durch ein zweites Objektiv 7 im Bereich des auszumessenden Walzenzwischenraumes
als Meßstrahlenbündel scharf gebündelt wird. Hinter den Walzen 1, 2 ist ein Tripelrückstrahler
8 angeordnet, der den auftreffenden Strahlengang in sich zurückwirft. Durch einen
halbdurchlässigen Spiegel 9 wird das zurückkehrende Strahlenbündel auf eine Photozelle
oder Photodiode 10 gelenkt.
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Zwischen den Objektiven 6 und 7 läuft ein unter 450 gegen die optische
Achse geneigter Sektorspiegel 11 um, welcher das parallele Strahlenbündel periodisch
um
900 ablenkt, worauf es als Vergleichsstrahlenbündel durch ein Objektiv 12 auf den
Zwischenraum eines als Normalobjekt dienenden Walzenpaares 13, 14 gebündelt wird.
Es braucht sich bei dem Normalobjekt natürlich nicht um volle Walzen zu handeln,
sondern es genügen Walzenabschnitte entsprechender optischer Eigenschaften. Hinter
dem Normalobjekt 13, 14 ist ebenfalls ein Rückstrahler 15 vorgesehen. Das umgekehrte
Strahlenbündel gelangt über den Sektorspiegel 11 und den halbdurchlässigen Spiegel
9 auf die Photozelle 10. Die Photozelle 10 wird somit abwechselnd von einem Strahlenbündel
beaufschlagt, welches den Meßabstand zwischen den Walzen 1, 2 passiert hat, oder
von einem Strahlenbündel, welches durch den Normalabstand zwischen den Walzen 13,
14 hindurchgegangen ist. Wenn die beiden Abstände gleich sind, so ist auch die Intensität
beider Strahlenbündel gleich. Wird einer der Abstände und damit eine der Intensitäten
größer, so liefert die Photozelle 10 eine Wechselspannung, deren Phasenlage davon
abhängt, welche der Intensitäten die größere ist. Diese Spannung kann beispielsweise
über einen Verstärker 16 einem phasenempfindlichen Steuergerät 17 zugeführt werden.
Das Steuergerät 17 kann von einer Hilfsspannung beaufschlagt sein, welche von einem
mit dem Sektorspiegel 11 angetriebenen Generator 18 geliefert wird. Von dem Steuergerät
17 können dann beispielsweise Signallampen geschaltet werden. Es können davor auch
Stellmittel zum Nachstellen der Walzen 1, 2 gesteuert werden.
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Fig. 2 zeigt die entsprechende Anordnung zur Durchmessermessung.
Im letzteren Falle muß der Abstand a der optischen Achse von der Mittelachse des
zu
vermessenden Werkstückes genau festgelegt sein.
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Dann spricht das Gerät mit extrem hoher Genauigkeit an, sobald der
vorgegebene Durchmesser 2a erreicht ist.
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PATENTANSPROCHE: 1. Lichtelektrische Vorrichtung zur Feinlängenmessung,
bei welcher das Meßobjekt als Blende für ein auf ein lichtelektrisches Element geleitetes
Meßstrahlenbündel dient und die Intensität des Meßstrahlenbündels mit der Intensität
eines Ver gleichsstrahlenbündels verglichen wird, in dessen Strahlengang ein ebenfalls
als Blende wirkendes Vergleichsobjekt angeordnet ist, welches nach Form und Oberflächenbeschaffenheit
dem Meßobjekt entspricht, dadurch gekennzeidhnet, daß zur Vermessung von Objekten
von großem Durchmesser, die tangential angepeilt werden, die Strahlenbündel durch
umkehrreflektierende Mittel, vorzugsweise Tripelreflektoren, in sich zurück und
abwechselnd auf ein und dasselbe lichtquellenseitig angeordnete lichtelektrische
Element geleitet werden.