Neuartiger optischer Sensor misst die Form von Rotationskörpern

Mit einem neuartigen, vom LZH entwickelten Sensor kann die Position, Geschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit von einem Rotationskörper gleichzeitig erfasst werden. Damit können präzise Messungen sowohl bei der Prozessüberwachung als auch in der Fertigungsmesstechnik durchgeführt werden.

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat einen neuartigen Sensor entwickelt, mit dem die Form bzw. der Radius von einem Rotationskörper direkt gemessen werden kann. Erstmalig können mit diesem Sensor die Position, Geschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit gleichzeitig erfasst werden. Damit können präzise Abstands- und Geschwindigkeitsmessungen sowohl bei der Prozessüberwachung als auch in der Fertigungsmesstechnik durchgeführt werden.

Der am LZH entwickelte Sensor basiert auf der Laser-Doppler-Velozimetrie. Zwei Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge werden in jeweils zwei kohärente Teilstrahlen aufgespaltet. Anschließend werden alle Strahlen auf einen Kreuzungspunkt fokussiert, wo sich zwei Interferenzstreifensysteme ausbilden. Durchquert ein Streuobjekt diese beiden Streifensysteme, so erzeugt es Streulichtsignale mit zwei verschiedene Dopplerfrequenzen. Daraus kann mit Hilfe einer Kalibration sowohl die Geschwindigkeit als auch die Position des Messobjektes ermittelt werden.

Zusätzlich zur üblichen Messung der Geschwindigkeit kann auch die Position zum Beispiel einer technischen Oberfläche simultan bestimmt werden. Die Positionsmessung erfolgt on-line, berührungslos (keine Zerstörung der Oberfläche durch taktile Taster), axial (somit kaum Abschattungseffekte) und absolut (ohne Referenzposition) – sowohl mit Mikrometer- wie auch Millisekundenauflösung. Darüber hinaus kann die Winkelgeschwindigkeit erfasst werden.

Die Innovation des Sensors liegt darin, dass der Radius von Rotationskörpern ohne die Notwendigkeit von Bezugspositionen bestimmt werden kann. Die Bedeutung für die Industrie ist vielfältig. Beispielsweise kann bei Schleifmaschinen die Messung des Abtrages in-situ und mit 1 µm Genauigkeit erfolgen. Bei Turbomaschinen kann die Spaltgröße der Schaufeln zum Gehäuse auch bei über 300 m/s und mit Schlüsselloch-Zugang gemessen werden.

Die Forschungsarbeiten wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.

Kontakt:

Michael Botts
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Hollerithallee 8, D-30419 Hannover
Tel.: +49 511 2788-151, Fax: -100
E-Mail: bt@lzh.de