DE3737632A1 - Optische oberflaechenwelligkeitsmessvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Oberflächenwellig­ keitsmeßvorrichtung für spiegelnd reflektierende Ober­ flächen mit einer Lichtquelle und einer Optik, die unter einem von 90° abweichenden Winkel schräg auf die Ober­ fläche einen Lichtstrahl lenkt, der dort einen kleinen Lichtfleck erzeugt.

Vorrichtungen zur Messung der Welligkeit von Oberflächen sind bekannt (DE-OS 34 28 718.3).

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optische Oberflächenwelligkeitsmeßvorrichtung zu schaffen, die nicht nur die Welligkeit in einer bestimmten Richtung zu bestimmen gestattet, sondern darüber hinaus etwaige Verkippungen der Materialbahn insgesamt kompensiert.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß unter dem Reflexionswinkel ein sphärischer Hohlspiegel angeordnet ist, dessen Krümmungsmittelpunkt dicht neben dem kleinen primären Lichtfleck auf der reflektierenden Oberfläche angeordnet ist und daß unter dem Reflexions­ winkel des von dem Hohlspiegel reflektierten Lichtstrahls eine Photoempfangsanordnung mit zumindest zwei Einzel­ photoempfängern angeordnet ist.

Erfindungsgemäß wird also der schräg auf die im wesentlichen ebene Oberfläche auftreffende Lichtstrahl mittels des erfin­ dungsgemäß vorgesehenen abbildenden Retroreflektors in Form des sphärischen Hohlspiegels zweimal an der im wesentlichen bis auf die Welligkeit ebenen Oberfläche reflektiert. Auf­ grund der Versetzung des Krümmungsmittelpunktes des Hohl­ spiegels und des kleinen primären Lichtflecks entsteht auf der entgegengesetzten Seite des Krümmungsmittelpunkts ein sekundärer Lichtfleck, wobei der Abstand der beiden Licht­ flecke bzw. des Krümmungsmittelpunkts vom primären Licht­ fleck vorzugsweise veränderbar ist. Die Photoempfangsanord­ nung kann im einfachsten Falle aus einer Differenzdiode oder einem positionsempfindlichen Empfänger bestehen. Für genauere Messungen wird zweckmäßig eine Diodenzeile verwendet.

Die Abstandsänderung zwischen dem primären Lichtfleck und dem Krümmungsmittelpunkt kann nach einer praktischen Aus­ führungsform dadurch realisiert werden, daß der Hohlspiegel um eine senkrecht auf der Reflexionsebene von Eintritts­ strahl und Austrittsstrahl stehende Achse begrenzt kippbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen optischen Oberflächen­ welligkeitsmeßvorrichtung zeigt.

Nach der Zeichnung schickt ein Laser 22 über eine Strahlauf­ weitungsoptik 23 einen scharf gebündelten Sendelichtstrahl 24 unter einem Winkel α von etwa 30 bis 45° zur Senkrechten auf die im wesentlichen ebene Oberfläche eines Gegenstandes 25. Gegebenenfalls kann der Gegenstand in Richtung des Pfeiles unter der Oberflächenwelligkeitsmeßvorrichtung hin­ durchbewegt werden.

Der scharf gebündelte Sendelichtstrahl 24 erzeugt auf der Oberfläche 14 einen kleinen primären Licht­ fleck 12, dessen Durchmesser etwa 1 bis 3 mm betragen kann. Da die Oberfläche 14 spiegelnd reflektierend ist, wird unter dem Reflexionswinkel α ein Reflexionsstrahl 21 reflektiert, der auf einen sphäri­ schen Hohlspiegel 11 auftrifft, welcher im wesentlichen im Abstand seines Radius vom primären Lichtfleck 12 angeord­ net ist. Genaugenommen befindet sich aber der Krümmungs­ mittelpunkt 13 des sphärischen Hohlspiegels 12 in einem geringen Abstand neben dem primären Lichtfleck 12, so daß der vom Hohlspiegel 11 reflektierte Austrittsstrahl 15 zum Eintrittsstrahl 21 einen geringen Winkel einschließt und jenseits des Krümmungsmittelpunktes 13 auf die Ober­ fläche 14 auftrifft und dort einen Sekundärlichtfleck 26 erzeugt. Der Auftreffwinkel β des Austrittsstrahls 15 auf die Oberfläche 14 ist etwas größer als der Winkel α. Unter dem Reflexionswinkel β wird dann ein Sekundär- Reflexionslichtstrahl 27 zu einer linearen Photoempfangs­ anordnung 16 gelenkt, deren Längserstreckung im wesent­ lichen senkrecht zum Sekundär-Reflexionsstrahl 27 und in der Zeichnungsebene verläuft. Die Photoempfangsanordnung 16 besteht im Ausführungsbeispiel aus drei in Reihe angeordneten Photoempfängern 17, 18 und 19.

Der Hohlspiegel 11 ist um eine senkrecht auf der Zeichnungs­ ebene stehende Achse 20 geringfügig verschwenkbar, wodurch der Abstand des Krümmungsmittelpunktes 13 vom Primärlicht­ fleck 12 und damit der Abstand der beiden Lichtflecke 12, 26 in einer gewünschten Weise verändert werden kann. Diese Ab­ standsänderung ist zweckmäßig, um bestimmte Welligkeiten optimal messen zu können.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Oberflächenwellig­ keitsmeßvorrichtung ist wie folgt:

Der Hohlspiegel 11 erzeugt neben dem Krümmungsmittelpunkt 13 das Spiegelbild des primären Lichtflecks 12 als Sekundär­ lichtfleck 26. Wird die im wesentlichen ebene Oberfläche 14 insgesamt etwas in der einen oder anderen Richtung insbe­ sondere um eine senkrecht auf der Zeichnungsebene Achse ge­ kippt, so verändert sich der Auftreffpunkt des Sekundär- Reflexionslichtstrahls 27 auf der Photoempfangsanordnung 16 nicht. Bestehen jedoch an den Orten des primären Lichtflecks 12 und des sekundären Lichtflecks 26 unterschiedliche Ober­ flächenneigungen um senkrecht auf der Zeichnungsebene stehende Achsen, so fällt der Sekundär-Reflexionsstrahl 27 je nach dieser Neigungsdifferenz entweder auf den Photoempfänger 17 oder den Photoempfänger 19. Neigungsunterschiede im Bereich der Lichtflecke 12, 26 können so mit der Photoempfangsanord­ nung 16 erfaßt werden. Liegen keine Neigungsunterschiede vor, so fällt der Sekundär-Reflexionsstrahl 27 auf den mittleren Photoempfänger 18.

Zur Erläuterung der Erfindung ist die Oberfläche 14 des Gegenstandes 25 unterhalb der dargestellten Oberflächen- Welligkeitsmeßvorrichtung genau eben dargestellt. Eine Welligkeit, wie sie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfaßt werden soll, ist links im Anschluß an die Oberfläche 14 gestrichelt bei 14′ angedeutet. Durch Vorgabe eines geeig­ neten Abstandes zwischen den Lichtflecken 12, 26 können etwa vorhandene Welligkeiten optimal erfaßt und durch die an die Photoempfangsanordnung 16 angeschlossene Auswerte­ elektronik zur Anzeige gebracht werden.

Angezeigt wird in jedem Fall die Differenz der Neigungen, also der zweite Differenzenquotient.

Claims (3)

1. Optische Oberflächenwelligkeitsmeßvorrichtung für spiegelnd reflektierende Oberflächen mit einer Lichtquelle und einer Optik, die unter einem von 90° abweichenden Winkel schräg auf die Oberfläche einen Lichtstrahl lenkt, der dort einen ruhenden kleinen Lichtfleck erzeugt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß unter dem Reflexionswinkel (α) die optische Achse eines sphärischen Hohlspiegels (11) an­ geordnet ist, dessen Krümmungsmittelpunkt (13) dicht neben dem kleinen primären Lichtfleck (12) auf der reflektieren­ den Oberfläche (14) angeordnet ist und daß unter dem Reflexionswinkel (β) des von dem Hohlspiegel (11) und abermals von der Oberfläche (14) reflektierten Licht­ strahls (15) eine Photoempfangsanordnung (16) mit zumindest zwei Einzelphotoempfängern (17, 18, 19) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand des Krümmungsmittel­ punktes (13) von dem kleinen primären Lichtfleck (12) einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlspiegel (20) um eine senk­ recht auf der Reflexionsebene von Eintrittsstrahl (21) und Austrittsstrahl (15) stehende Achse (20) begrenzt kippbar ist.