Optisches Verfahren zur zweidimensionalen Messung von Winkeln und Winkeländerungen bei großen Messabständen

Hofbauer, Engelbert GND

In this thesis the development of a new measuring procedure and a new measuring device for the two-dimensional measurement of angles and angle changes is presented. Conventional procedures as well as alternative methods based on different physical principles are regarded and evaluated. A solution using a new vignetting field stop procedure will be described and checked, whether it will solve the primary problem. First considering artificial vignetting the theoretical basics from geometric-optical view are represented. Second the natural vignetting with photometric effects will be considered. The distribution of intensity in the light spot in the image plane, the so called V-SPOT, is analytically deduced as a function of different measured variables.Intensity shifts within the V-SPOT are examined in dependence of different effects by numeric simulation. These effects are geometrical-optical influences, the spatial distribution of the luminous intensity in dependence of the beam angle as well as the distribution of Luminance in the object plane.On these basics the theoretical investigations regarding measuring Range, accuracy / linearity as well as resolution are examined. The theoretical investigations are compared with experimental results and deviations will be discussed.

In der vorliegenden Dissertation wird anhand einer konkreten Aufgabenstellung aus der industriellen Fertigung die Entwicklung eines neuen Messverfahrens und einer neuen Messvorrichtung zur zweidimensionalen Messung von Winkeln und Winkeländerungen vorgestellt. Herkömmliche, bereits im Einsatz befindliche Verfahren sowie alternative Methoden auf Basis weiterer physikalischer Prinzipien werden herangezogen und bewertet. Eine Lösung auf Basis eines so genannten vignettierenden Feldblendenverfahrens wird in seinem prinzipiellen Aufbau und seiner Funktionsweise beschrieben und die Eignung bezüglich der Aufgabenstellung untersucht. Dabei werden die theoretischen Grundlagen zunächst rein geometrisch-optisch dargestellt und darüber hinaus einer lichttechnischen Betrachtung mit natürlicher Vignettierung unterzogen. Die Beleuchtungsstärkeverteilung des sich im wesentlichen durch künstliche Vignettierung ergebenden Lichtflecks in der Bildebene, dem so genannten V-SPOT, wird in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussgrößen analytisch hergeleitet.Darüber hinaus werden Intensitäts- und Schwerpunktsverschiebung innerhalb des V-SPOT durch Effekte wie geometrisch-optische Einflüsse, Abstrahlcharakteristik der Objektleuchtfläche in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels sowie Leuchtdichteverteilung in Abhängigkeit des Ortes in der Objektebene durch numerische Simulation untersucht. Auf Basis dieser Grundlagen werden die theoretischen Untersuchungen von möglichem Messbereich, Linearität sowie physikalischer Auflösungsgrenze durchgeführt. Die theoretischen Untersuchungen werden mit experimentell ermittelten Messungen verglichen und Abweichungen diskutiert.

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Hofbauer, Engelbert: Optisches Verfahren zur zweidimensionalen Messung von Winkeln und Winkeländerungen bei großen Messabständen. 2008.

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