DE2329483A1 - Optische vorrichtung zum ermitteln der abweichungen einer flaeche von einer vorbestimmten form - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft optische Vorrichtungen zum Ermitteln der Abweichungen einer Fläche gegenüber einer vorbestimmten Form sowie unter Benutzung solcher Vorrichtungen durchführbare Meßverfahren.

Zu einer erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung zum Ermitteln der Abweichungen einer Fläche gegenüber einer vorbestimmten Form gehören eine Laserlichtquelle, von der aus ein Lichtstrahl projiziert wird, um eine vorbestimmte Achse festzulegen, ferner eine bewegbare Fühleinrichtung, mit der zusammen sich ein optisches Element bewegt, das von dem Lichtstrahl durchlaufen wird, wobei das optische Element eine die zu messende Abweichung repräsentierende Drehung der Polarisationsebene des Lichtstrahls herbeiführt, sowie ein Detektor, der

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einen Strahlenteiler aufweist, welcher den ihm von der Fühleinrichtung aus zugeführten Lichtstrahl in zwei Komponenten unterteilt, deren Polarisationsebenen einen rechten Winkel bilden, ferner zwei photoelektrische Elemente, von denen jedes auf eine der Komponenten des Lichtstrahls anspricht, um ein die Größe der betreffenden Komponente repräsentierendes Ausgangssignal zu erzeugen, sowie eine Schaltung, die dazu dient, die beiden Ausgangssignale so zu kombinieren, daß eine die gemessene Abweichung repräsentierende Anzeige oder Spannung gewonnen wird.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 eine Aüsführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Pig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer elektronischen Detektoranordnung zum Gebrauch in Verbindung mit der Erfindung;

Pig* 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Pig. 5 eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 ein erfindungsgeraäßes Verfahren zum Messen einer seitlichen Abweichung einer Fläche;

Fig. 7 eine seitliche Abweichung einer Fläche, längs welcher die Fühleinrichtung oder ein Teil derselben bevvegfc wird, gegenüber einem Lichtstrahl, wobei eine !.!essung der in Fig. 6 dargestellten Art auf andere Weise durchgeführt wird;

Fig. 8 ein Verfahren zum Messen der Rundheit der Bohrung eines hohlen Werkstücks oder dergl.;

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Pig. 9 ein Verfahren zum Messen von Abweichungen eines Gegenstandes gegenüber einer Mittellage in einer gefährlichen Umgebung; und

Fig. 10, 11 und 12 jeweils ein anderes Verfahren zum Messen seitlicher Abweichungen eines Gegenstandes gegenüber einer Linie, die durch einen geknickten optischen Strahlenweg bestimmt ist.

Bei der in Pig. 1 dargestellten Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung ist eine Laserlichtquelle 1 vorhanden, die einen dünnen Lichtstrahl 2 in einer solchen Richtung abgibt, daß der Strahl, eine Linie oder Achse bestimmt, gegenüber welcher Abweichungen eines Gegenstandes oder einer Fläche gemessen werden sollen. Der Lichtstrahl 2 fällt durch ein optisches Element 31, das einen Bestandteil einer Fühleinrichtung 3 bildet, die dazu dient, in Abhängigkeit von der zu messenden Abweichung eine Verlagerung des optischen Elements 31 derart herbeizuführen, daß sich die Polarisationsrichtung des aus der Fühleinrichtung 3 austretenden Lichtstrahls ändert, welcher zu einem Detektor 4 gelangt, dessen Aufbau im folgenden näher erläutert wird. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wirkt das optische Element 31 selbst als Polarisator, und es ist hierzu zweckmäßig als dünne,.filmförmige Anordnung von polarisierenden Kristallen ausgebildet, wie sie unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Polaroid" bekannt ist..Die Polarisationsebene des durch den Polarisator 31 fallenden Lichtstrahls richtet sich somit nach der Orientierung des Films in seiner eigenen Ebene, und diese Orientierung wird ihrerseits durch die Winkelstellung der Fühleinrichtung 3 gegenüber der optischen Achse bestimmt, die bei dieser Ausführungsform von einem Bezugswert auf eine Weise abweicht, die gemessen v/erden soll.

Zu dem Detektor 4 gehört ein Strahlenteiler 5, bei den ■ es sich im vorliegenden Fall um einen polarisierenden Dünnfilnstrahlenteiler handelt, mittels dessen der eintreffende,

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variabel polarisierte Lichtstrahl 20 in zwei Komponenten 21 und 22 unterteilt wird, die in zueinander rechtwinkligen Ebenen polarisiert sind. Die Lichtstrahlkomponenten 21 und 22 fallen auf zugehörige photoelektrische Elemente 61 und 62, die entsprechende Ausgangssignale erzeugen, welche die Amplituden der beiden Komponenten repräsentieren. Diese beiden Ausgangssignale v/erden in einer Schaltung 7 miteinander kombiniert, die an einem Ausgang 70 ein Signal erscheinen läßt, das die Drehung der Polarisationsebene des eintreffenden Lichtstrahls 20 gegenüber einem vorbestimmten Bezugswert und damit auch die gefühlte Abweichung darstellt. Der Aufbau der Schaltung 7 wird im folgenden anhand von Fig. 3 im einzelnen erläutert.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß der von der Laserlichtquelle 1 abgegebene Lichtstrahl selbst in einer Ebene polarisiert ist, die unter einem Winkel von 45 zu den zueinander rechtwinkligen Polarisationsebenen der Strahlenkora-•ponenten 21 und 22 des Detektors 4 verläuft, wobei diese Strahlenkomponenten aus dem Lichtstrahl 20 wiederum mit Hilfe eines Strahlenteilers 5 abgeleitet v/erden. Um diese Polarisation zu bewirken, weist die Laserlichtquelle 1 zusätzlich zu der eigentlichen Lichtquelle 10 eine Polarisationseinrichtung 11 auf, bei der es sich zweckmäßig um ein Polarisationsprisma bekannter Art handelt. Im vorliegenden Fall gehört zu der Fahleinrichtung 3 ein optisches Element 31a, das in der in Fig. 2 durch den Doppelpfeil 32 angedeuteten Weise in Abhängigkeit von der Abweichung eines Bauteils oder einer Fläche von der Parallelität zu der optischen Achse quer zu dem Lichtstrahl bewegbar ist. Bei den optischen Element 31a handelt es sich um einen Quarzkeil, der vorzugsweise mit einem auf ihn optisch abgestimmten Glasprisma verkittet ist, so daß die einzige Wirkung, die diese Kombination auf den sie durchlaufenden Lichtstrahl ausübt, in einer Drehung der Polarisationsebene besteht, v/elche sich nach der Dicke desjenigen Teils des Quarzkeils richtet, der von dem Lichtstrahl durchlaufen wird.

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Bei dieser Ausführungsform wird der variabel polarisierte Lichtstrahl 20 mit Hilfe eines Wollastonprismas 5 in zwei zueinander rechtwinklig polarisierte Lichtstrahlkomponenten 21 und 22 zerlegt, die wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 auf zugehörige photoelektrische Elemente 61 und 62-fallen, deren Ausgangssignale einer Schaltung 7 zugeführt v/erden, an deren Ausgang 70 ein Signal erscheint, das die Abweichung der Polarisationsebene von einem vorbestimmten Bezugswert und damit auch die Abweichung repräsentiert.

Bei den Ausführungsforrsen nach Fig. 1 und 2 verläuft die Bezugsebene für die Polarisationsebene des einfallenden Lichtstrahls 20 zweckmäßig unter einem Winkel von 45° zu den Polarisationsebenen der beiden Lichtstrahlkomponenten, da, wie nachstehend anhand von Fig. 4 erläutert, die Ausgangssignale der Photozellen 61 und 62 in diesem Fall den gleichen Wert annehmen.

Der Aufbau der Schaltung 7 nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Signale der Photozellen 61 und C2 v/erden zugehörigen Verstärkern 71 und 72 zugeführt, die so eingestellt sind, daß sie gleich große Ausgangssignale liefern, wenn die Photozellen gleich stark beleuchtet werden. Die Ausgangssignale A und B der Verstärker 71 und 72 werden den zugehörigen Eingängen eines Differenzverstärkers 73 und eines Summenverstärkers 74 zugeführt. Die Ausgangssignale der Verstärker 73 und 74, welche die Differenz (A - B) bzw. die Summe (A + B) repräsentieren, werden den zugehörigen Eingängen eines Quotientenverstärkers 75 zugeführt, an dessen Ausgang ein Signal erscneint, das dem Quotienten der dem Verstärker 75 zugeführten Eingangssignale entspricht. Dadurch, daß auf diese Weise der Quotient der beiden Signale ermittelt wird, v/ird das an dem Ausgang 70 erscheinende Ausgangssignal, das zur Differenz zwischen den Intensitätswerten der Lichtstrahlkomponenten 21 und 22 proportional ist, von allen Schwankungen der Intensität der Lichtquelle 1 unabhängig. Damit Änderungen (¹OS optischen Systems, die zu lageanderungen dsr Lichtstrahl-

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-b—

komponenten 21 und 22 führen, nicht zu Fehlern Anlaß geben, die von Empfindlichkeitsunterschieden der photoelektrischen Elemente innerhalb ihrer Lichtaufnahmeflachen herrühren, kann es sich als zweckmäßig erweisen, die beiden photoelektrischen Elemente jeweils in einer Integrationskugel 63 bzw. 64 anzuordnen, so daß jedes photoelektrische Element unabhängig von den Richtungen, in denen die Lichtstrahlkomponenten' in die Kugeln eintreten, ausschließlich reflektiertes Licht empfängt. Da alle Teile der besphriebenen Vorrichtungen galvanisch gs-r koppelt sind, bieten die Vorrichtungen den Vorteil, daß sie innerhalb einer sehr kurzen Zeit ansprechen.

Pig. 4 veranschaulicht die Beeinflussung der Intensität des auf die photoelektrischen Elemente 61 und 62 fallenden Lichtes durch den variierenden Winkel zwischen der Polarisa~ tionsebene des empfangenen Lichtstrahls 20 und den Polarisationsebenen des Strahlenteiler oder Analysators 5, durch den hindurch die Lichtstrahlkomponenten auf die beiden photoelek-· trischen Elemente fallen. Die als Vollinie gezeichnete Kurve 61' stellt die Intensität des auf das Photoelement 61 fallenden Lichtes dar, während, die gestrichelt gezeichnete Kurve 62' die Intensität des auf das Photoclement 62 fallenden Lichtes wiedergibt, und zwar in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen der Polarisationsebene des einfallenden Lichtstrahls und der Ebene, in der der Analysator 5 kein Licht durchläßt. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn man Refiexionswirkungen und andere geringfügige Verluste unberücksichtigt läßt, die beiden photoelektrischen Elemente gleich große Lichtraengen empfangen, wenn die Polarisationsebene des empfangenen Lichtstrahls unter einem Winkel von 45° oder einem Vielfachen davon zu der Ebene verläuft, in der der Analysator 5 kein Licht durchläßt. Wenn sowohl positive als auch negative Abweichungen von einer Bezugsgröße gemessen v/erden sollen, ist es daher gewöhnlich am zweckmäßigsten, dafür zu sorgen, daß eine Abweichung mit dem Wert Null dazu führt, daß die ijbene, in der sich das durchgelassene Licht fortpflanzt, unter einem Winkel von 45° zu der Nullebene des Anal vectors verläuft, so da:;: 0.1?-

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beiden photoelektrischen Elemente 61 und 62 mit der gleichen Intensität beleuchtet v/erden.

ρ Die Form der Kurven 61' und 62' entspricht einer Sinus -

Punktion, die in einem Variationsbereich von VJ gegenüber der 45°-Stellung mit einer Genauigkeit von 1$ und in einem Variationsbereich von'^10° mit einer Genauigkeit von 2fo geradlinig verläuft. Daher läßt der Quotientenverstärker 75 an seinem Ausgang 70 ein Ausgangssignal erscheinen, das innerhalb det angegebenen Toleranzwerte zur Änderung des Winkels der Polarisationsebene gegenüber der Bezugsebene und daher auch zu der die Drehung verursachenden Abweichung proportional ist. Dieses Signal kann in der gev/ünschten V/eise ausgewertet werden, und zwar entweder zum direkten Anzeigen der gemessenen Abweichung dadurch, daß das Signal einem Anzeigegerät zugeführt wird, um eine Aufzeichnung der Meßwerte durch Zuführen des Signals zu einem Streifenschreiber zu erzeugen, oder dadurch, daß man ait Hilfe des Signals die jeweils erforderliche Steuerwirkung hervorruft.

Fig. 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die dazu dient, eine Drehung (twist) eines Gegenstandes gegenüber einer vorbestimmten Richtung zu messen. Zu der Vorrichtung gehört eine Laserlichtquelle 1, die einen Lichtstrahl 2 durch ein Polarisationselement 31 fallen läßt, das einen Bestandteil einer Fühleinrichtung 3 bildet, die an dem Gegenstand befestigt ist, dessen Drehung gemessen werden soll. Der polarisierte Lichtstrahl fällt durch einen Faradayschen Modulator 9 und gelangt dann zu einem polarisierenden Strahlenteiler 5, der den Lichtstrahl in rechtwinklig zueinander polarisierte Strahlenkomponenten zerlegt, welche auf zugehörige photoelektrische Elemente 61 und 62 fallen. Die

Ausgangssignale dieser Elemente werden einer Schaltung 7 zugeführt, die an ihren! Ausgang 70 ein Ausgangssignal erscheinen läßt, das über einen Verstärker 91 der Erregerspule der Faradayschen Zelle 9 zugeführt wird, die hierbei so gesteuert wird, daß sie die Drehung der Polarisationsebene des einfal-

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lenden Lichtes auf Null zurückführt. Bei einer ohne Kühlung arbeitenden Faradayschen Zelle 9 ergibt sich ein Meßbereich von +2°, und innerhalb dieses Bereichs arbeitet die Vorrichtung mit einer sehr hohen Genauigkeit. Sollen größere Abweichungen gemessen werden, kann man eine wassergekühlte Faradaysche Zelle mit Hilfe eines 50-'Watt-Verstärkers betreiben, v/obei sich ein Meßbereich von +10" erreichen läßt. Der der Faradayschen Zelle zugeführte Strom fließt durch einen Widerstand ' 81, und die an diesem Widerstand erscheinende Spannung wird mit Hilfe eines Anzeigegeräts 8 gemessen und liefert eine Anzeige der gemessenen Drehung.

Pig. 6 veranschaulicht den Gebrauch einer Vorrichtung nach der Erfindung, die es ermöglicht, eine seitliche Abweichung eines Gegenstandes von einer vorbestimmten geradlinigen Bahn zu messen. Diese Anwendungsweise der Erfindung kann dazu dienen, Abweichungen der Führungen einer Werkzeugmaschine von der genauen Geradlinigkeit zu ermitteln.

Gemäß Fig. 6 erzeugt eine Laserlichtquelle 1 einen polarisierten Lichtstrahl 2, der ein verlagerungsempfindliches Polarisationselement 31b durchläuft, um dann zu einem Detektor 4 zu gelangen, der bezüglich seiner Konstruktion und Wirkungsweise dem Detektor 4 nach Pig. 1 entspricht. Bei dem Polarisatiqnselement 31b kann es sich um einen kompensierten Quarzkeil handeln, der z.B. eine zunehmende Linksdrehung des durchfallenden Lichtes bewirkt, während er längs des optischen Strahlenwegs bewegt wird. Wenn das Polarisationselement 31b einen Bestandteil einer Fühleinrichtung 3 bildet, die längs einer Fläche 30 bewegt wird, welche eben sein und parallel zu dem Lichtstrahl 2 verlaufen soll, läßt der Detektor 4 an seinem Ausgang 70 ein Signal erscheinen, das jede Abweichung der Fläche 30 von der Sollform repräsentiert. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt erforderlich, in dem optischen Strahlenweg einen zweiten kompensierten Quarzkeil 33 anzuordnen, der in diesem Pail eine Rechtsdrefcung der Polarisationsebene des durchgelasoenen lichtes bewirkt. Rio se· r zweite Quarr-:koil

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wird so eingestellt, daß die durch den ersten Quarzkeil 31b herbeigeführte Drehung der Polarisationsebene ausgeglichen wird, wenn sich die zu messende Fläche 30 im gewünschten Abstand von der durch den Lichtstrahl 2 bestimmten Linie befindet. Dann werden positive und negative Abweichungen gegenüber diesem gewünschten Abstand durch an dem Ausgang 70 erscheinende, sich entsprechend ändernde Signale dargestellt.

Fig. 7 zeigt den Gebrauch einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Messen der Abweichung eines Lichtstrahls von einer gewünschten Richtung. In diesem Fall erzeugt eine Lacerlichtquelle 1 einen polarisierten Lichtstrahl 2, der auf einen Detektor 4 der beschriebenen Art fällt, jedoch vorher einen linksdrehenden Quarzkeil 31t> und einen rechtsdrehenden Quarzkeil 33 durchläuft, die beide gegenüber dem Detektor ortsfest angeordnet sind. Jede Abweichung des Lichtstrahls 2 von seiner ursprünglichen Richtung, die auf eine Bewegung eines Gegenstandes 0 zurückzuführen ist, der die Lichtquelle 1 trägt, oder auf eine Bewegung eines im Strahlenweg angeordneten optischen Elements 1?, rührt zu einer entsprechenden Änderung des an dein Ausgang 70 des Detektors 4 erscheinenden Ausgangnsignals. Wird dieses Signal einem Streifenschreiber zugeführt, bildet das gesamte System einen mit hoher Genauigkeit arbeitenden Autokollimator.

Fig. 8 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung beim Messen der Exzentrizität der Bohrung eines Hohlzylinders. In diesem Fall erzeugt eine Laserlichtquelle 1 einen polarisierten Lichtstrahl 2, der sich längs der Bohrungsachse eines Hohlzylinders oder eines anderen hohlen Gegenstandes 0 fortpflanzt. Die Fühleinrichtung 3 wird in diesem Fall durch ein rohrxcrmiges Bauteil 34 gebildet, das sich leicht längs der zu prüfenden Bohrung verschieben läßt. Das Bauteil 34 trägt ein Lager 35, bei dem es sich nicht um ein Präzisionslager zu handeln braucht, auf dem mittels Blattfedern 36 ein Quarzkeil 31b montiert ist. An-dem Quarzkeil ist ein Fühler 37 befestigt, der in Berührung; mit der Innenfläche S des Gegenstandes 0 steht,

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so daß die Stellung des Quarzkeils 31 ΐ> quer zum optischen Strahlenweg jeweils durch den Abstand bestimmt wird, der zwischen der durch den. Strahlenweg bestimmten Achse und der Bohrungswand S vorhanden ist. Das zu dem Detektor 4- gelangende Licht weist daher eine Polarisationsebene auf, bei der man dafür sorgen kann, daß sie eine Nullage einnimmt, wenn die Flache S mit dem Lichtstrahl 2 konzentrisch ist, und daß sie eine sich entsprechend ändernde Lage einnimmt, wenn der Abstand der Fläche t> von der durch den Lichtstrahl 2 bestimmten Achse größer oder kleiner ist als der vorbestimmte Radius.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsfonn einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die es ermöglicht, Abweichungen in einer gefährlichen Umgebung zu messen. Auch in diesem Fall ist eine Laserlichtquelle 1 vorhanden, die einen polarisierten Lichtstrahl 2 erzeugt, der einem Detektor 4 der vorstehend beschriebenen Art zugeführt wird. Der Lichtstrahl 2 fällt durch eine Linse 51c, die in einer gefährlichen Umgebung angeordnet ist, deren Begrenzung in Fig. 9 durch eine gestrichelte Linie E angedeutet ist. Die Linse 31c, die das Licht der Lichtquelle 1 auf den Detektor 4 fokussiert, ist an einer Fühleinrichtung 3 befestigt, welche auf einem Gegenstand O angeordnet ist, der sich in der gefährlichen Umgebung befindet, und dessen Abweichungen von einer Bezugslage ermittelt werden sollen. Jede Bewegung der Linse 31c bewirkt eine Verlagerung des sie verlassenden polarisierten Lichtstrahls gegenüber einem Quarziieil 33, der gegenüber dem Detektor 4 ortsfest angeordnet ist. Somit repräsentiert die Lage der Polarisationsebene des in den Detektor eintretenden Lichtes die Abweichungen des Gegenstandes C gegenüber der Bezugsstellung, und der Detektor läßt an seinem Ausgang 70 ein diese Abweichungen repräsentierendes Ausgangssignal erscheinen.

Natürlich braucht die Vorrichtung nach Fig. 9 mit eier Linse 31c nicht notwendigerweise in einer gefährlichen Umgebung benutzt au werden. Vielmehr ermöglicht es diese Vorricrtung, die Abweichungen des die linse tragenden Gegenstandes

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von der Sollage auch unter anderen Umständen zu messen, z.B.
wenn es erwünscht ist, den Bewegungsbereich des Gegenstandes, dessen Verlagerungen ermittelt werden sollen, in der Richtung des Lichtstrahls zu erweitern.

Pig. 10, 11 und 12 zeigen weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen, bei denen der optische Strahlenweg mit Hilfe eines Retroreflektors bekannter Art geknickt wird.

Gemäß Pig. 10 läßt eine Laserlichtquelle 1 einen polarisierten Lichtstrahl 2 auf einen Retroreflektor 17 fallen, dem eine Linse 16 vorgeschaltet ist, die das Bild der Lichtquelle auf einem Detektor 4 fokussiert. Die Brennweite der Linse 16
ist so gewählt, daß sich der Laser und der Detektor an den
Hauptbrennpunkten der Linse befinden; werden gewöhnlicht,
leicht zu beschaffende Linsen verwendet, ist hierbei die
Strecke, längs welcher die Vorrichtung betriebsfähig ist, daher gewöhnlich auf 50 m begrenzt. Das Vorhandensein der Linse gewährleistet, daß bei jeder möglichen stellung der Fühleinrichtung 3 der Lichtstrahl, der einen auf der Fühleinrichtung angeordneten linksdrehenden Quarzkeil 31b durchläuft, die
gleiche Größe hat wie der Lichtstrahl, welcher einen ebenfalls auf der Pühleinrichtung angeordneten rechtsdrehenden Quarzkeil 31d durchläuft. Zwischen der Linse 16 und den Reflektor 17 ist ein Viertelwellenlängenplättchen 18 aus Glimmer angeordnet,
so daß sich die Wirkungen addieren, welche durch die beiden

Quarzkeile auf die Polarisationsebene des sie durchlaufenden Lichtstrahls ausgeübt werden. Jenseits des Quarzkeils 31d gelangt der Lichtstrahl zu einem Detektor 4 der vorstehend beschriebenen Art, der an seinem Ausgang 70 ein Signal erscheinen läßt, das die gemessene Abweichung der Pühleinrichtung 3
gegenüber -ihrer Bezugsstellung in Beziehung zu dem Lichtstrahl in Richtung des Doppelpfeils 32 repräsentiert.

Pig. 11 zeigt eine v/eitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Retroreflektor einen Bestandteil der Einrichtung

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zum Fühlen der Abweichung bildet. Eine Laserlichtquelle 1 erzeugt einen polarisierten Lichtstrahl, der durch einen linksdrehenden Quarzkeil 33 zu einer Fühleinrichtung 3 geleitet v.'ird, die in diesem Fall eine Linse 31 e, ein reflektierendes Prisma 31f und ein Viertelwellenlängenplättchert 31g aus Glimmer aufweist. Das durch die Fühleinrichtung 3 zurückgeworfene Licht wird auf einen zweiten rechtsdrehenden Quarzkeil 38 gerichtet, den der Lichtstrahl durchläuft, um in einen Detektor 4 der anhand von Fig. 1 beschriebenen Art einzutreten. J'ede Abweichung der Fühleinrichtung 3 gegenüber einer vorbestimmten Stellung führt zu einer Änderung des Polarisationswinkels des zu dem Detektor 4 gelangenden Lichtstrahls, so daß der Detektor an seinem Ausgang 70 ein Signal erscheinen läßt, das die zu messende Abweichung in Richtung des Doppelpfeils 32 repräsentiert.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der sich eine Fühleinrichtung längs des optischen Strahlenweffs bewegen läßt. Eine Laserlichtquelle 1 erzeugt einen polarisierten Lichtstrahl, der ein optisches Element 31h einer Fühleinrichtung 3 durchläuft und dann zu einer Retroreflektorbaugruppe gelangt, die ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 10 eine Linse 16, ein Prisma 17 und ein Viertelwellenlängenplättchen 18 aufweist. Das reflektierte Licht durchläuft erneut das optische Element 31h und wird durch ein reflektierendes Prisma oder einen anderen Reflektor 19 zu einem Detektor 4 der eingangs beschriebenen Art geleitet. Bei dieser Ausführungsform ist das optische Element 31h als doppelter Quarzkeil mit einem linksdrehenden Keil L und einem dazu passenden rechtsdrehenden Keil R ausgebildet. Jede Verlagerung der Fühleinrichtung 3 in Richtung des Doppelpfeils 32 bewirkt, daß der Detektor 4 an seinem Ausgang 70 ein entsprechendes Signal erscheinen läßt.

Bei jeder der Ausführungsformen nach Fig. 10, 11 und 12 kann man das Viertelwellenlängenplättchen der Reflektorbaugruppe durch Filme ersetzen oder ergänzen, die auf die reflek-

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tie.re.nden Flächen aufgebracht sind und dazu dienen, die gewünschten Phasepänderungen herbeizuführen, so daß die Phase $ε?3 r^f^ekti^r.tpn Strahls gegenüber dem einfallenden Strahl um ¹JeQO geändert wird.

Am3r>rii.che;

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Claims (15)

2329493 AJJ SPRÜCHE

1.] Optische Vorrichtung zum Ermitteln von Abweichungen einer Fläche von einer vorbestimmten Form, dadurch gekennzeichnet , daß eine Laserlichtquelle (1) vorhanden ist, die einen Lichtstrahl (2) zum Festlegen einer vorbestimmten Achse erzeugt, ferner eine bewegbare Fühleinrichtung (3), die zusammen mit einem optischen Element (31; 31a) bewegbar ist, das von dem Lichtstrahl durchlaufen wird, daß das. optische Element eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtstrahls bewirkt, die die zu messende Abweichung repräsentiert, daß ein Detektor (4) vorhanden ist, der einen Strahlenteiler (5) aufweist, welcher den ihm über die Fiihlein.rich.tung zugeführten Lichtstrahl (20) in zv/ei Komponenten (21, 22) mit zueinander rechtwinkligen Polarisationsebenen zerlegt, daß zwei photoelektrische Elemente (61, 62) vorhanden sind, von denen jedes auf eine der Komponenten des Lichtstrahls anspricht, um ein die Größe der betreffenden Komponente repräsentierendes Ausgangssignal zu erzeugen, und daß eine Schaltung (7) vorhanden ist, die dazu dient, die Ausgangssignale der photoelektrischen Elemente so zu kombinieren, daß die gemessene Abweichung angezeigt oder durch eine Spannung d-argestellt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Schaltung (7) ein Summenverstärker (74) und ein Differenzverstärker (73) gehören, denen zu den Ausgangssignalen der photoelektrischen Elemente (61, 62) proportionale Signale (B, A) zugeführt werden, und die Signale (A + B bzw. A-B) erzeugen, welche die Sunir.e bzw. die Differenz der beiden Signale repräsentieren, daß ein Quotientenverstärker (75) vorhanden ist, dem die Ausgangssignale der beiden Verstärker zugeführt werden, und der ein Quotientensignal erzeugt, das die durch die Summe der Aut5gangssignale der Verstärker geteilte Differenz der .Ausganges! tnale der Verstärker

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darstellt, und daß die Amplitude des Quotientensignals die gemessene Abweichung repräsentiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Differenzsignal (A - B) einer in dem Lichtstrahl (2) zwischen der Fühleinrichtung (3) unä dem Strahlenteiler (5) angeordneten elektrooptischen Zelle (9) zu-, geführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Quotientensignal einer in dem Lichtstrahl (2) zwischen der Fühleinrichtung (3) und dem Strahlenteiler (5) angeordneten elektrooptischen Zelle (9) zugeführt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Fühleinrichtung (3) einen in dem Lichtstrahl angeordneten Quarzkeil (31; 31a) aufweist, der so gelagert ist, daß er in Abhängigkeit von der zu messenden Abweichung bewegbar ict, so daß sich die Dicke' des von dem Lichtstrahl durchlaufenen Teils des Quarzkeils ändert, und daß hierdurch eine entsprechende Drehung der Polarisationsebene herbeigeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß in dem Lichtstrahl ein zweiter Quarzkeil (33) angeordnet ist, der geeignet ist, eine Drehung der Polarisationsebene entgegen der durch den ersten Quarzkeil (31b) herbeigeführten Drehung zu bewirken.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) einen polarisierten Lichtstrahl (2) durch einen ersten Quarzkeil (31b) und einen zweiten Quarzkeil (33) auf den Detektor (4) fallen läßt, und daß die beiden Quarzkeile einander entgegengesetzte Drehungen der Polarisationsebene herbeifuhren.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der eine Quarzkeil (31b) das optische Element der Fühleinrichtung (3) bildet und der andere Qu.arskeil (33) gegenüber dem Detektor (4) ortsfest angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß beide Ouarzkeile (31b, 33) gegenüber dem Detektor (4) ortsfest angeordnet sind und die Lichtquelle (1) das optische Element der Fühleinrichtung bildet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Quarzkeil (31b) mittels Federn (36) von einen: drehbaren Halter (34) aus unterstützt ist und einen."' Fühler (37) aufweist, der sich an der Innenfläche (S) eines hohlen Bauteils (0) abstützt, durch das der Lichtstrahl (2) geleitet wird, so daß es möglich ist, die Exzentrizität der Innenfläche gegenüber dem Lichtstrahl zu messen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß ^e^ optische Element der Fühleinrichtung (3) durch eine Linse (31c) gebildet ist, die dazu dient, das Bild der Lichtquelle (1) auf dem Detektor (4) zu fokussieren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtstrahl von der Lichtquelle (1) aus über einen Reflektor (17; 31f) zu dem Detektor (4) geleitet wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine Phasenänderung des durch den Heflektor (17; 31f) zurückgeworfenen Lichtstrahls um 180° bewirkt wird, und daß zu dem optischen Element der Fühleinrichtung (3) zwei Quarzkeile (31b, 31d; 31h, R, L) gehören, die in Abhängigkeit von gleich großen Verlagerungen der Quarzkeile quer zum optischen Strahlemveg einander entgegengesetzte Änderungen der Polarisationsebene herbeiführen.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine Phasennnderung des durch den Reflektor (17; 31f) zurückgeworfenen Lichtstrahls v.m 180° herbeigeführt wird, claß die beiden entgegengesetzte I)rehun--x-n der Polarisationsebene herbeiführenden QuarzVeile (33, 38) in optischen Strahlenv.'eg zwischen der Lichtquelle (1 ) und dem Reflektor bzv/. zwischen dem Reflektor und dein Detektor (A) angeordnet sind, und daP. der Reflektor das optische Element der Fühleinrichtung (3) bildet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das optische Element- (31h) der Fiihleinrichtung (3) sowohl von Licht durchlaufen wird, das von der Lichtquelle (1) zu dem Reflektor (17) gelangt, als auch von Licht, das von den Reflektor zu den: Lote":tor (4) gelangt, und daß zu dem optischen Element aufeinander abgestimmte Quarzkeile (R, L) gehören, die einander entgegengesetzte Drehungen der Polarisationsebene des sie durchlaufenden Lichtstrahls herbeiführen.

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