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Gerät zur Durchführung spannungsoptischer Messungen Die Erfindung
betrifft ein Gerät zur Durchführung spannungsoptischer Messungen an Modellen von
Bauteilen, bei dem eine Lichtquelle, zwei drehbare Polarisationsfilter, zwischen
denen das Modell auf einem Modelltisch in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse
in ;wenn zueinander senkrechten Richtungen verstellbar ist, und ein lichtdicht ausgebildetes
Gehäuse (Kamera) mit einem Schirm zur Abbildung des Modells vorgesehen sind.
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Bei bekannten Geräten dieser Art (vgl. z.B. USA-PS 5 293 9od) wird
das odellbild auf einer Mattscheibe sichtbar gemacht, auf der es mechanisch ausgemessen
werden kann. Die dabei erzielbare Genauigkeit ist nicht sehr groß, da wegen der
Körnigkeit der Scheibe und wegen der geringen Lichtstärke Feinheiten des Modellbildes
verloren gehen; sie ist aber auch von subjektiven Einflüssen abhängig, da die Auswertung
des Mattscheibenbildes mit dem menschlichen Auge vorgenommen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei spannungsoptischen Untersuchungen
auftretende Lichtintensitäten in einfacher und sicherer Weise objektiv sehr genau
zu messen und die dabei gewonnenen Daten gegebenenfalls in für Digitalrechenanlagen
lesbare Form aufzubereiten.
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Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei Geräten der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß der Schirm zur Abbildung des Modells als lichtundurchlässige,
diffus reflektierende Fläche ausgebildet ist, die ein Loch aufweist, durch das ein
Lichtstrahl des Modellbildes ausgeblendet wird, der in Abhängigkeit von seiner Lichtstärke
einen hinter dem Schirm angeordneten foto sensitiven iYIebvertaufnehmer steuert
und zu deren Betrachtung ohne Störung des Modellbildes eine Beobachtungsöffnung
in dem lichtdicht ausgebildeten Gehäuse vorgesehen ist.
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Einzelne der genannten Teilmerkmale sind zweifellos für sich bekannt;
die Erfindung wird daher auch nur in der neuen gemeinsamen Anwendung der vorgenannten
Teilmerkmale gesehen.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden bei
der Beschreibung der Ausfü.hrungsbeispiele naher genannt und erläutert. Es zeigen:
Abb. 1 das erfindungsgemäße Gerät in einer Seitenansicht; Abb. 2 den Schirm mit
der zugehörigen Blende, vergrößert, im Schnitt; Abb. 3 das lichtdicht ausgebildete
Gehäuse mit der Beobachtungsöffnung, von oben, im Schnitt; Abb. 4 das Blockschaltbild
einer gesamten Spannungsoptik-Anlage.
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Das in Abb. 1 gezeigte Gerät besteht aus einer spannungs optischen
Bank, auf der eine Lichtquelle 1, zwei Polarisationsfilter 2 und 3, ein verstellbarer
Modell tisch 4 und das lientdichte Gehäuse 5 mit seinen zugehörigen Teilen angeordnet
e"nd Qlæ Lichtquelle dient eine gleichspannungsgespeiste Quecksilberhöchstarucklampe
mit parabolischem Reflektor 6 und vorgesetzter Opalglasscheibe 70 Es kommt für die
Durchführung der Messungen diffuses Licht zur Anwendung Dies hat den Vorteil, daß
an die Parallelität und Oberflächengüte des Modells geringe Anforderungen gestellt
werden müssen. Dieser Vorteil ist insbesondere bei aus dreidimensionalen Modellen
herausgeschnittenen ebenen Scheiben wichtig, da bei diesen nur mit großem Aufwand
eine sonst erforderliche hohe Oberflächengüte erreicht werden kann.
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Die beiden Polarisationsfilter 2 und 3, die je mit einer Viertelwellenplatte
verkittet sein können, sind je für sich, aber auch gemeinsam um die optische Achse
35 des Gerätes drehbar. Vorteilhafterweise wird dabei von einer im Prinzip bekannten
Nac-hlaufsteuerung Gebrauch gemacht, die es ermöglicht, die Einstellung der Filter
von einer vom Gerät entfernten Stelle vorzunehmen,.
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zu der auch die jeweilige Drehwinkelanzeige elektronisch übertragen
werden kann (vgl. Abb. 4).
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Zwischen den beiden Folarisationsfiltern ist der Modelltisch 4 angeordnet,
der zunächst einmal entsprechend der Größe des Modells in der Höhe grobverstellbar
ist und dessen Oberteil, das das zu untersuchende Modell gegebenenfalls in einer
Belastungs-oder Aufstelivorrichtung trägt, zur Durchführung der Messung in der Höhe
und seitlich verschoben werden kann. Die Verstellung des Oberteils kann dabei von
Hand oder aber von einer entfernt vom Gerät angeordneten Stelle durch elektronische
Steuerung bewirkt werden (vgl. Abb. 4). Die Verschiebung des Modells anstelle der
häufig üblichen Verschiebung des Schirmes hat den Vorteil, daß optische Inhomogenitäten
und Fehler der Filter und der Linsen sowie eine ungleichmäßige Beleuchtungsstärke
in den verschiedenen Modellpunkten nicht als Fehler in die Messung eingehen.
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Das lichtdichte Gehäuse 5, das nach Art einer Kamera ausgebildet sein
kann, enthält zur Abbildung des untersuchten Modells einen Schirm 8 (vgl. Abb. 3),
der undurchsichtig ist und das auf ihn fallende Licht diffus reflektiert. Dieser
Schirm weist in Richtung der optischen Achse 35 ein Loch 9 auf, das im Durchmesser
größer ist als die größte vorkommende Öffnung einer hinter dem Loch 9 auswechselbar
angeordneten Blende 10 (vgl. Abb. 2). Durch diese ist der ausgeblendete Lichtstrahl
wahlweise auf eine für den jeweiligen Meßvorgang geP;nschte Form und Größe einstellbar.
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Je nach der Feinheit der Struktur des nu untersuchenden Modellbildes
wird man eine größere oder kleinere Öffnung der Blende 10 wählen; sie kann z.B.
rechteckig gewählt werden, wobei es dann vorteilhaft ist, wenn die Öffnung der Blende
so eingestellt wird, daß die Richtung der längeren Seite des Rechtecks mit der längs
der Auswertelinie vorherrschenden Richtung der Isochromaten oder Isoklinen übereinstimmt.
In diesem Fall ist nämlich die Blendenfläche größer als bei einer kreisförmigen
Blendenöffnung, deren Durchmesser mit der Rechteckbreite übereinstimmt und die daher
gleiche photometasche Auflösung gestattet und demzufolge auch die der Fläche proportionale
Fotospannung. Die Auswertelinie ist dabei diejenige durch das Modellbild gelegte
Gerade, auf der alle Punkte liegen, die bei einer Messung ausgewertet werden.
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Die Blende kann vorteilhafterweise aus einem lichtundurchlässigen,
in einer in einem Einschub 34 drehbaren Halterung 11 untergebrachten Plättchen 10
bestehen, das in seiner Mitte eine lichtdurchlässige, der gewünschten Öffnungsform
entsprechende Aussparung aufweist. Vorzugsweise kann als Zbnde eine fotografische
Platte verwendet werden, die auf fotografischem Wege belichtet wird, wobei als Objekt
eine der gewünschten Aussparung entsprechende vergrößerte Fläche dient, so daß nach
der fotografischen Entwicklung in einer fotografisch geschwärzten lichtundurchlässigen
Fläche 32 die gewünschte Aussparung in der erforderlichen Verkleinerung als ungeschwärzte
lichtdurchlässige Fläche 33 vorhanden ist.
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Zwischen der Blende 10 und einem fotosensitiven Meßwertaufnehmer 12
kann zur Bündelung des durch die Öffnung der Blende 10 fallenden Lichtstrahles eine
Sammellinse 13 (Abb. 3) vorgesehen sein.
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Der hinter dem Schirm 8 angeordnete Meßwertaufnehmer 12, der z.R.
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ein Sekundärelektronenvervielfacher sein kann, steuert die Anzeige
eines Digitalvoltmeters 14 wnd/oder die Registrierung des gefundenen Meßwertes auf
einem Schreiber 15 und gegebenenfalls auf einem Drucker oder Stanzer 16.
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Der eßwertaufnehmer 12 ermöglicht aber auch in einfacher und sicherer
Weise eine Scharfstellung des Modellbildes, die dann erzielt ist, wenn die Differenz
der Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers bei hellen und dunklen Stellen des Modellbildes
einen Größtwert erreicht hat.
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Dieselben Anzeige- und Registriergeräte können vorteilhafterweise
über einen Umschalter 17 wahlweise an die Meßwertaufnehmer 18, 18' und 19 der Steuereinrichtungen
für die Einstellung des Modelltisches 4 und der Polarisationsfilter 2, 3 anschaltbar
sein. Auf diese Weise sind alle Schalt-, Steuer- und Meßwertaufzeichnungseinrichtungen
an einer Stelle vereinigt, die nicht einmal unmittelbar an dem Gerät zu liegen braucht.
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Es ist vorteilhaft, die Fläche des Schirmes 8 in dem lichtdicht ausgebildeten
Gehäuse zur Einstellung des zu untersuchenden Modell es 20 und zur Einstellung der
gewünschten Auswertelinie mit einer Koordinateneinteilung zu versehen. Die gewünschten
Einstellungen werden damit sehr erleichtert.
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Es ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Gerätes, daß -das
Modellbild in Räumen mit Tageslicht betrachtet werden kann; hierzu ist eine Beobachtungsöffnung
in dem lichtdicht ausgebildeten Gehäuse 5 vorgesehen. Diese Öffnung kann als ungefähr
senkrecht zur optischen Achse 35 des Gerätes angebrachter Tubus 21 (Abb. 3) ausgebildet
sein, dessen Okularöffnung 22 z.B. durch einen Kameraverschluß verschließbar ist.
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In dem lichtdicht ausgebildeten Gehäuse 5 ist ein in der optischen
Achse des Tubus 21 liegender, verstellbarer Planspiegel 23 vorgesehen, der wahlweise
eine Betrachtung der gesamten Fläche des Schirmes 8 oder aber nur eines Teiles davon
durch den Tubus 21 ermöglicht, und der derart angeordnet ist, daß er außerhalb des
Bereiches der vom Objektiv 24 zum Schirm 8 verlaufenden Lichtstrahlen des Modellbildes
liegt, so daß dieses in keiner Weise gestört wird.
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Sowohl der Schirm 8 (mit Sammellinse 13 und Meßwertaufnehmer 12) als
auch das schon genannte Objektiv 24 auff8im Schirm gegenüberliegenden Seite des
Gehäuses 5 können zur Scharfeinstellung des Modellbildes und zur Wahl des Vergrößerungsmaßstabes
gegenüber dem Modell 20 in Richtung der optischen Achse 35 des Gerätes auf Einrichtungen
37 zur Parallelführung der erwähnten Teile verschiebbar ausgebildet sein. Weiterhin
kann die Einrichtung zur Parallelführung gemeinsam mit den vorgenannten Teilen gegenüber
dem Modell 20 in Richtung der optischen Achse 35 des Gerätes zur Einstellung des
Modellbildes auf einer weiteren Führung 38 verschiebbar ausgebildet sein.
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Vor dem Objektiv 24 können in nicht näher dargestellter Weise noch
verschiedene Filter 36 einsetzbar vorgesehen sein, durch die es möglich ist, trotz
Beibehalten derselben Lichtquelle 1 Licht verschiedener Wellenlängen auf den Schirm
zu werfen.
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Die Betriebsweise des Gerätes ist aus Abb. 4 ersichtlich. Zur Durchführung
einer Messung an einem Modell 20 wird der Modell tisch 4, der auf seinem Oberteil
außer dem Modell auch noch eine - der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte
- zugehörige Belastungsvorrichtung tragen kann,-so eingestellt, daß durch weitere
Höhenverstellung des Oberteil es alle gewünschten Teile des Modells in Höhe der
optischen Achse 35 des Gerätes gebracht werden können. Die Höhenverstellung des
Oberteil es und auch eine etwaige Seitenverstellung kann entweder unmittelbar von
Hand vorgenommen werden oder aber durch elektronische Steuerung von elektrisch angetriebenen
Verstelleinrichtungen 25, 26 mittels einer Steuereinrichtung 27, wobei das Maß der
Verstellung durch die Meßwertaufnehmer 18, 18' zur Steuerstelle zurückgemeldet werden
kann.
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Nach Einschalten der Lichtquelle 1 werden die beiden Polarisationsfilter
2 und 3 ebenfalls entweder von Hand oder aber durch elektronische Steuerung von
elektrisch angetriebenen Verstelleinrichtungen 28, 29 mittels einer Steuereinrichtung
19 in der gewünschten Weise eingestellt, wobei die Größe der Winkelstellung durch
Meßwertaufnehmer 30, 31 zur Steuerstelle zurückgemeldet wird.
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Das Modell 20 wird mittels des Objektivs 24 auf dem Schirm 8 des lichtdicht
ausgebildeten Gehäuses 5 abgebildet. Dieses Bild kann durch den Tubus 21 betrachtet
werden. Danach wird das Modell 20 auf dem Modelltischoberteil so weit in der Höhe
verstellt, bis der zu untersuchende Bildabschnitt in Höhe der optischen Achse 35
des Gerätes liegt. Diese Einstellung wird durch eine Koordinateneinteilung auf dem
Schirm 8 erleichtert.
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Nach Scharfeinstellung des Bildes mittels des Meßwertaufnehmers 12
werden durch allmähliche Seitenverstellung des Oberteil es des Modelltisches nacheinander
alle Punkte des Modells längs der gewünschten Auswertelinie auf ihre Lichtintensität
gemessen und zwar jeweils durch den durch das Loch 9 und die Öffnung der Blende
10 ausgeblendeten Lichtstrahl, der über die Sammellinse 13 auf den Meßwertaufnehmer
12 fällt,
Das Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers 12 steuert dann
über die Steuervorrichtung 39 ein Digital-Voltmeter 14 und gegebenenfalls Druck-
oder anderer Registriereinrichtungen 16, an denen das jeweilige Meßergebnis abgelesen
bzw. festgehalten werden kann.
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Gegenüber allen bisher bekannten Geräten der hier infrage kommenden
Gattung weist der Anmeldungsgegenstand den'Vorteil auf, daß die spannungsoptischen
Daten objektiv durch elektronische Messung erfaßt werden. Diese Daten können daher
in für Digitalanlagen lesbare Form umgewandelt werden. Dabei wird gegenüber den
bisher bekannten Geräten nicht nur die MeBgenauigkeit, sondern auch die Meßgeschwindigkeit
erhöht. Eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit ergibt sich ferner noch durch die
Verwendung der besonders ausgebildeten, der jeweiligen Messung anpaßbaren Blenden.
Schließlich ist es ein großer Vorteil, insbesondere für die die Messung Durchführenden,
daß die Messungen in Räumen mit Tageslicht oder normaler Beleuchtung durchgeführt
werden können, also daß kein abgedunkelter Meßraum erforderlich ist.