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DE102020120398B4 - Device and method for performing measurements on rotating objects - Google Patents

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DE102020120398B4
DE102020120398B4 DE102020120398.5A DE102020120398A DE102020120398B4 DE 102020120398 B4 DE102020120398 B4 DE 102020120398B4 DE 102020120398 A DE102020120398 A DE 102020120398A DE 102020120398 B4 DE102020120398 B4 DE 102020120398B4
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DE
Germany
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optics unit
derotator
lens
correction optics
unit
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Edmund Koch
Christian Schnabel
Tino WOLLMANN
Angelos Filippatos
Maik Gude
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Technische Universitaet Dresden
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Technische Universitaet Dresden
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Abstract

Vorrichtung (1) zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten (2), aufweisend ein Objekthalterungselement (4) zur Aufnahme und Rotation eines zu vermessenden Objektes (2), einen als Dove-Prisma ausgebildeten Derotator (5) und eine Bilderfassungseinheit (3), welche entlang eines Strahlenganges angeordnet sind, wobei eine Korrekturoptikeinheit (7) zur Brechung des durch sie hindurchgehenden Lichtes an ihren Oberflächen mit einer objektseitigen Brennebene in Richtung des Objekthalterungselementes (4) im Strahlengang zwischen dem Derotator (5) und dem Objekthalterungselement (4) angeordnet ist, wobei die objektseitige Brennebene der Korrekturoptikeinheit (7) derart verstellbar ausgebildet ist, dass sie mit der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes (2) zusammenfällt und wobei die Korrekturoptikeinheit (7) eine variable Brennweite aufweist, wobei durch die Veränderung der Brennweite die Lage der Brennebene zur Korrekturoptikeinheit (7) verschoben wird.Device (1) for carrying out measurements on rotating objects (2), having an object holding element (4) for receiving and rotating an object (2) to be measured, a derotator (5) designed as a Dove prism and an image acquisition unit (3), which are arranged along a beam path, wherein a correction optics unit (7) for refraction of the light passing through it is arranged on its surfaces with an object-side focal plane in the direction of the object mounting element (4) in the beam path between the derotator (5) and the object mounting element (4). , wherein the object-side focal plane of the corrective optics unit (7) is designed to be adjustable in such a way that it coincides with the surface of the object (2) to be examined and wherein the corrective optics unit (7) has a variable focal length, with changing the focal length changing the position of the focal plane is shifted to the correction optics unit (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten, welche ein Objekthalterungselement zur Aufnahme und Rotation eines zu vermessenden Objektes, einen als Dove-Prisma ausgebildeten Derotator und eine Bilderfassungseinheit, welche entlang eines Strahlenganges angeordnet sind, aufweist sowie ein Verfahren zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten und die Verwendung der Vorrichtung sowie die Verwendung einer Korrekturoptikeinheit.The invention relates to a device for carrying out measurements on rotating objects, which has an object holder element for holding and rotating an object to be measured, a derotator designed as a Dove prism and an image acquisition unit, which are arranged along a beam path, and a method for carrying out Measurements on rotating objects and the use of the device as well as the use of a correction optics unit.

Messungen an rotierenden Objekten sind wichtige Hilfsmittel, um Bauteile auch unter Belastung untersuchen und analysieren zu können. Insbesondere für Spezialanwendungen in hochentwickelten Technologien wie der Luftfahrt werden neue Materialien für Bauelemente eingesetzt, deren Eigenschaften noch nicht ausreichend erforscht sind. Dabei ist es entscheidend, das Deformations- und Schwingungsverhalten der Bauelemente unter Belastung zu testen, um beurteilen zu können, inwieweit es zu Veränderungen im Bauteil und somit zu möglichen Fehlern kommen kann. Dabei werden sowohl die Schwingungen parallel zur Rotationsachse untersucht, als auch Veränderungen, welche senkrecht dazu durch die Zentrifugalkraft verursacht werden.Measurements on rotating objects are important tools for examining and analyzing components under load. In particular for special applications in highly developed technologies such as aviation, new materials are used for components whose properties have not yet been sufficiently researched. It is crucial to test the deformation and vibration behavior of the components under load in order to be able to assess the extent to which changes in the component and thus possible errors can occur. Both the vibrations parallel to the axis of rotation and changes perpendicular to it caused by the centrifugal force are examined.

Um die Analyse der Bauteile zerstörungsfrei durchführen zu können, sind optische Verfahren wie beispielsweise die Laser-Vibrometrie besonders geeignet. Diese Verfahren ermöglichen auch die Messung an schnell rotierenden Objekten. Die schnelle Bewegung der Objekte führt allerdings zu einer Unschärfe in der Messung, sodass nur sehr schnelle Messmethoden eingesetzt werden können. Um eine größere Anzahl an Messmethoden verwenden zu können, werden Derotatoren eingesetzt [1], die den optischen Weg des für die Messung verwendeten Lichtes derart beeinflussen, dass die Rotation des zu untersuchenden Objektes ausgeglichen wird und das Objekt zu stehen scheint. Die Untersuchung von Objekten unter Verwendung eines Derotators wird in der US 3 625 612 A beschrieben. Als Derotatoren können weiterhin Spiegelkombinationen, wie sie in der US 4 929 040 A beschrieben sind, verwendet werden.In order to be able to carry out the non-destructive analysis of the components, optical methods such as laser vibrometry are particularly suitable. These methods also enable measurements to be taken on rapidly rotating objects. However, the fast movement of the objects leads to a blur in the measurement, so that only very fast measurement methods can be used. In order to be able to use a larger number of measuring methods, derotators are used [1], which influence the optical path of the light used for the measurement in such a way that the rotation of the object to be examined is compensated and the object appears to be stationary. Examination of objects using a derotator is discussed in the U.S. 3,625,612 A described. As derotators can continue mirror combinations, as in the U.S. 4,929,040 A are described are used.

Derotatoren aus einer Anordnung von Spiegeln werden für diesen Zweck beispielsweise in der Astronomie eingesetzt. Zur Kompensation der Drehung der Erde müssen Teleskope der scheinbaren Bewegung der Sterne nachgeführt werden. Während bei kleineren Teleskopen die Bewegung der gesamten optischen Einheit um eine zur Erdachse parallelen Achse erfolgt, folgt man der Sternbewegung bei größeren Teleskopen durch eine Drehung des Hauptspiegels in horizontaler und vertikaler Richtung. Dies führt allerdings zu einer Drehung des Bildes, so dass sich bei längerer Belichtungszeit ein unscharfes Bild ergeben würde. Um dies zu vermeiden wird ein Derotator aus mindestens 3 Spiegeln verwendet, der diese Bewegung kompensiert. Solche Derotatoren sind vergleichsweise groß und schwer, was in dieser Anwendung jedoch kein Problem darstellt, da die Bewegung extrem langsam erfolgt. Der Einsatz komplizierter Derotatoren, welche mehrere Spiegel enthalten, ist für Messungen bei notwendigerweise hohen Rotationsgeschwindigkeiten aber nicht geeignet. Derartige komplizierte Derotatoren wurden in der Vergangenheit zwar bereits zur Messung von Vibrationen eingesetzt, jedoch haben diese eine sehr hohe Masse und haben sich auch wegen der teuren und komplizierten Herstellung nicht durchgesetzt.Derotators consisting of an array of mirrors are used for this purpose in astronomy, for example. To compensate for the rotation of the earth, telescopes have to track the apparent movement of the stars. While in smaller telescopes the movement of the entire optical unit takes place around an axis parallel to the earth's axis, in larger telescopes the movement of the stars is followed by rotating the primary mirror in the horizontal and vertical directions. However, this leads to a rotation of the image, so that a longer exposure time would result in a blurred image. To avoid this, a derotator consisting of at least 3 mirrors is used to compensate for this movement. Such derotators are comparatively large and heavy, but this is not a problem in this application as the movement is extremely slow. However, the use of complicated derotators, which contain several mirrors, is not suitable for measurements at necessarily high rotation speeds. Although such complicated derotators have already been used in the past for measuring vibrations, they have a very high mass and have not become established because of the expensive and complicated production.

Es hat sich aus diesem Grund bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten insbesondere der Einsatz von Dove-Prismen bewährt [1], deren Trägheitsmoment aufgrund der geringen Ausdehnung vorteilhaft ist. Eine Gestaltung eines Dove-Prismas für einen Einsatz als Derotator ist auch in der DE 20 2006 017 412 U1 erklärt. Der beschriebene Derotator ist aufgrund seiner zylinderförmigen Gestaltung geeignet, innerhalb einer zylinderförmigen Halterung fixiert und durch diese in Rotation versetzt zu werden.For this reason, the use of Dove prisms has proven particularly useful at high rotational speeds [1], whose moment of inertia is advantageous due to the low expansion. A design of a Dove prism for use as a derotator is also in DE 20 2006 017 412 U1 explained. Due to its cylindrical design, the derotator described is suitable for being fixed within a cylindrical holder and set in rotation by it.

Der Einsatz von Derotatoren ist aus dem Stand der Technik bekannt, so wird in der US 5 981 937 A ein optisches System mit einem Objekttisch beschrieben, welcher ein zu beobachtendes Material trägt und auf einer vorgegebenen Achse drehbar gelagert ist. Das optische System weist auch ein auf einer optischen Achse drehbar gelagertes Dove-Prisma auf.The use of derotators is known from the prior art U.S. 5,981,937A describes an optical system with an object table, which carries a material to be observed and is rotatably mounted on a predetermined axis. The optical system also has a Dove prism rotatably mounted on an optical axis.

Aus der US 2007 / 0 222 991 A1 ist ein Bildgebungsverfahren zur Erzeugung von Signalen zur Überwachung von Wafern bekannt. Dabei wird ein Abbildungssystem unter Nutzung einer Optikeinheit und einem Dove-Prisma verwendet.From the U.S. 2007/0 222 991 A1 an imaging method for generating signals for monitoring wafers is known. In this case, an imaging system using an optical unit and a Dove prism is used.

In der CN 1 07 314 742 A wird ein rotierendes optisches tomographisches Bildgebungssystem und -verfahren beschrieben. Zur Erzeugung eines zweidimensionalen Bildes wird dabei eine Zeilenkamera genutzt. Abbildungsfehler sind für eine derartige Anwendung nicht relevant.In the CN 1 07 314 742 A describes a rotating optical tomographic imaging system and method. A line scan camera is used to generate a two-dimensional image. Imaging errors are not relevant for such an application.

In der US 4 637 718 A wird ein optisches Abtastgerät zum Lesen von Kennzeichnungen, die auf einer kreisförmigen, ebenen Fläche aufgedruckt sind, offenbart. Diese Offenbarung bezieht sich auf ein handgehaltenes optisches Identifikationssystem, das zur Verwendung bei der Herstellung von Kernbrennstoffbündeln entwickelt wurde.In the U.S. 4,637,718 A discloses an optical scanner for reading indicia printed on a circular planar surface. This disclosure relates to a hand held optical identification system developed for use in the manufacture of nuclear fuel bundles.

In der JP H04- 278 555 A wird ein optisches Mikroskop vorgeschlagen, welches ein optisches Beleuchtungssystem und ein optisches Beobachtungssystem enthält. Dabei ist eine Bilddrehvorrichtung vorgesehen, die auf einem gemeinsamen Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems und des optischen Beobachtungssystems vorgesehen ist.JP H04-278555 A proposes an optical microscope which includes an illumination optical system and an observation optical system. An image rotation device is provided, which is provided on a common light path of the illumination optical system and the observation optical system.

Aufgrund der verwendeten Derotatoren, welche zumeist aus Glas bestehen, kommt es aber auch zu zusätzlichen Abbildungsfehlern [2]. So treten chromatische Fehler auf, welche für Messmethoden unter Verwendung von breitbandigem Licht relevant sind. Außerdem kommt es zu weiteren Fehlern für Punkte, welche nicht auf der optischen Achse liegen. Der Einbau eines Derotators in den Strahlengang führt zu einer periodischen Änderung des optischen Weges des Lichtes [1], wodurch Signale mit der Periode der Rotationsgeschwindigkeit des Derotators entstehen. Bei einem Glasprisma mit einer typischen Baugröße von 100 bis 150 mm Länge und einem Bildwinkel von 3° kommt es bereits zu periodischen Änderungen der optischen Länge von 40 µm. Diese periodische Längenänderung führt zu zwei zusätzlichen Komponenten im Signal, wobei die eine die Frequenz des Derotators hat und eine größere die doppelte Frequenz des Derotators, also die Rotationsfrequenz des Objektes, aufweist. Bei der Analyse der Schwingungen des Bauteils müssen diese Fehler entsprechend berücksichtigt werden. Probleme bereitet dies insbesondere bei Materialprüfungen, bei denen auch die Deformationen aufgrund sehr hoher Zentrifugalkräfte untersucht werden sollen.Due to the derotators used, which are mostly made of glass, there are also additional imaging errors [2]. This is how chromatic errors occur, which are relevant for measurement methods using broadband light. In addition, there are further errors for points that are not on the optical axis. The installation of a derotator in the optical path leads to a periodic change in the optical path of the light [1], resulting in signals with the period of the rotational speed of the derotator. With a glass prism with a typical size of 100 to 150 mm in length and an angle of view of 3°, there are already periodic changes in the optical length of 40 µm. This periodic change in length leads to two additional components in the signal, one having the frequency of the derotator and a larger one having twice the frequency of the derotator, ie the rotation frequency of the object. When analyzing the vibrations of the component, these errors must be taken into account accordingly. This causes problems in particular in material testing, in which the deformations due to very high centrifugal forces are also to be examined.

Solche Schwingungen oder Deformationen innerhalb der Rotationsebene werden ohne den Einsatz von Derotatoren üblicherweise mittels Kamerasystemen mit sehr kurzen Belichtungszeiten analysiert. Bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 6000 Umdrehungen pro Minute und einer noch tolerierbaren Bewegung des Prüfkörpers von 1°, ist dabei eine Belichtungszeit von kleiner als 25 µs notwendig. Dabei beträgt die Bewegungsunschärfe dann nur 2 mm bei einem Objekt mit einem Radius von 100 mm. Kleine Schäden lassen sich aber auch dann nicht mehr beurteilen, auch weil die Bildauflösung derartig schneller Systeme nicht ausreichend hoch ist. Hier bringt der Einsatz eines Derotators somit einen wesentlichen Vorteil.Such vibrations or deformations within the plane of rotation are usually analyzed using camera systems with very short exposure times without the use of derotators. With a rotation speed of 6000 revolutions per minute and a still tolerable movement of the test body of 1°, an exposure time of less than 25 µs is necessary. The motion blur is then only 2 mm for an object with a radius of 100 mm. Even then, minor damage can no longer be assessed, also because the image resolution of such fast systems is not high enough. Here the use of a derotator brings a significant advantage.

Der Einsatz von Dove-Prismen aus Glas ist folglich erforderlich, wenn es um die Untersuchung rotierender Bauelemente, insbesondere mittels Kamerasystemen, geht. Die oben dargestellten periodischen Fehler im ausgewerteten Signal führen bei einem Einsatz mit Kamerasystemen allerdings zu einer periodischen Deformation des Bildes, welche durch den Derotator und den durch ihn veränderten optischen Weg des Lichtes entsteht. Diese Deformation ist hauptsächlich eine Folge der astigmatischen Bildhebung. Dieser Sonderfall einer Bildortverlagerung ist die scheinbare Hebung eines Gegenstandes, wenn er durch ein brechendes Medium betrachtet wird. Infolge der Bildhebung erscheint ein Gewässer flacher und ein Spiegel dünner als sie tatsächlich sind. Ursächlich dafür ist der veränderte Strahlengang und somit der Unterschied zwischen dem Winkel des Strahls innerhalb des Mediums zum Lot der Grenzfläche im Vergleich zum Winkel des Strahls außerhalb des Mediums zum Lot der Grenzfläche. Dadurch wird bewirkt, dass der Gegenstand in der Ebene des Prismas näher erscheint als senkrecht dazu. Bei einem rechtwinkligen Dove-Prisma aus Glas mit einer Öffnung von 30 mm entsteht dadurch eine unterschiedliche Bildhebung für die beiden Ebenen von ca. 2 cm.The use of glass Dove prisms is therefore necessary when it comes to examining rotating components, in particular using camera systems. However, when used with camera systems, the periodic errors in the evaluated signal shown above lead to a periodic deformation of the image, which is caused by the derotator and the optical path of the light that is changed by it. This deformation is mainly a consequence of the astigmatic image elevation. This special case of image location shift is the apparent heave of an object when viewed through a refracting medium. As a result of image elevation, a body of water appears shallower and a mirror thinner than they actually are. The reason for this is the changed beam path and thus the difference between the angle of the beam within the medium to the perpendicular of the interface compared to the angle of the beam outside of the medium to the perpendicular of the interface. This causes the object to appear closer in the plane of the prism than perpendicular to it. For a right-angle glass Dove prism with an opening of 30 mm, this results in a different image elevation for the two planes of approx. 2 cm.

Ein weiterer, wenn auch kleinerer, Fehler resultiert aus einer Asymmetrie bei der Rotation des Derotators um 180 °. Diese beiden Effekte führen dazu, dass bei einem Kamerasystem alle Punkte außerhalb der Achse eine annähernd kreisförmige Bahn zurücklegen. Mit zunehmendem Abstand der Bildpunkte von der Rotationsachse wird dieser Effekt verstärkt und der Radius der Bahn der Bildpunkte nimmt zu. Bei einem Abstand des Derotators vom zu untersuchenden Objekt von 2 m führt jeder Punkt bereits eine Bewegung durch, welche etwa 1 % des Abstandes vom Rotationsdrehpunkt entspricht. Das führt aber dazu, dass dieser Effekt bei steifen Objekten größer ist als die eigentliche Deformation durch die auftretenden Rotationskräfte. Dadurch ist eine Vermessung und Bestimmung der Deformationseffekte in derartigen Objekten unmöglich.Another, albeit smaller, error results from an asymmetry in the 180° rotation of the derotator. These two effects mean that in a camera system, all points outside the axis cover an approximately circular path. This effect is intensified with increasing distance of the image points from the axis of rotation and the radius of the path of the image points increases. At a distance of 2 m from the derotator to the object to be examined, each point already performs a movement which corresponds to about 1% of the distance from the center of rotation. However, this means that this effect is greater for rigid objects than the actual deformation caused by the rotational forces that occur. This makes it impossible to measure and determine the deformation effects in such objects.

Auch bei der Verwendung eines Derotators für Vibrationsmessungen an einem Punkt wandert der Messpunkt periodisch über das zu untersuchende Objekt und führt dadurch, insbesondere bei einer nicht perfekt ebenen Fläche, zu weiteren Fehlern. Es ist möglich diese Effekte durch einen größeren Abstand zwischen Derotator und Objekt zu reduzieren. Bei einem Abstand von 10m beträgt der Effekt aber dennoch 0,2 % des Abstands vom Rotationspunkt. Bei einem zu untersuchenden Objekt mit einem Radius von 100 mm, also bereits bis zu 0,2 mm. Außerdem müssen für einen derart großen Abstand Teleobjektive mit großer Brennweite verwendet werden. Aufgrund des geringen Durchmessers des Derotators kann dann nur eine geringe Blende des Objektivs verwendet werden, was die Aufnahmen weiter erschwert.Even when using a derotator for vibration measurements at one point, the measuring point periodically moves over the object to be examined and thus leads to further errors, especially if the surface is not perfectly flat. It is possible to reduce these effects by increasing the distance between the derotator and the object. However, at a distance of 10m, the effect is still 0.2% of the distance from the rotation point. For an object to be examined with a radius of 100 mm, i.e. already up to 0.2 mm. In addition, telephoto lenses with a large focal length must be used for such a large distance. Due to the small diameter of the derotator, only a small aperture of the lens can then be used, which further complicates the recordings.

Durch den Astigmatismus ist das Bild auch nie wirklich scharf, was insbesondere bei geringer Tiefenschärfe zu Problemen führt, wenn also der Abstand zum Prüfkörper klein ist und die Blende des Objektives groß.Due to the astigmatism, the image is never really sharp, which leads to problems, especially with a shallow depth of field, i.e. if the distance to the test object is small and the aperture of the lens is large.

Um insbesondere auch bei der Untersuchung der inneren Struktur von Rotatoren aus Glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), ermitteln zu können, ob es bei schneller Rotation zu Brüchen von Fasern und zum Bruch der Verbindung zwischen Fasern und Matrix kommt, ist der Einsatz der optischen Kohärenztomografie (OCT) geboten. Dazu ist eine Auflösung im Bereich von weniger als 50 µm notwendig. Während bei hoher Rotationsgeschwindigkeit des Prüfobjektes dafür nur sehr schnelle und teure OCT-Systeme geeignet sind, können durch den Derotator auch vergleichsweise langsame OCT-Systeme eingesetzt werden.In order to be able to determine, especially when examining the internal structure of rotators made of glass fiber reinforced plastic (GRP), whether fibers break and the connection between fibers and matrix breaks during fast rotation, the use of optical coherence tomography (OCT ) required. This requires a resolution in the range of less than 50 µm. While only very fast and expensive OCT systems are suitable for the high rotation speed of the test object, comparatively slow OCT systems can also be used thanks to the derotator.

Unter dem Einsatz eines Derotators und dem dadurch begrenzten Durchmesser und der begrenzten Strahlwinkel im Derotator lässt sich die hohe Auflösung allerdings nur für einen vergleichsweise kleinen Bereich um die Achse erreichen. So kann bei einer Breite des Derotators von circa 30 mm und einer Strahlung im nahen Infrarotbereich damit ein Bereich von circa 100 mm um das Zentrum herum untersucht werden. Aufgrund des durch den Derotator verursachten Astigmatismus ist der Strahl auch nicht auf die Probe fokussiert, sondern hat in und senkrecht zur Ebene des Derotators zwei um circa 2 cm auseinanderliegende Foki. Ferner kommt es zu einem erheblichen (nahezu kreisförmigen) Umherwandern des Strahls auf dem Prüfkörper.With the use of a derotator and the resulting limited diameter and the limited beam angle in the derotator, the high resolution can only be achieved for a comparatively small area around the axis. With a width of the derotator of approximately 30 mm and radiation in the near infrared range, an area of approximately 100 mm around the center can be examined. Also, due to the astigmatism caused by the derotator, the beam is not focused on the sample, but has two foci in and perpendicular to the plane of the derotator that are about 2 cm apart. There is also significant (almost circular) wandering of the beam on the specimen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung Messungen an einem schnell rotierenden Objekt durchzuführen. Dabei ist es wesentlich, dass das Deformations- und Schwingungsverhalten von metallischen Objekten (z.B. Blisks) oder Faserverbundrotoren, wie beispielsweise eine Scheibe aus glasfaserverstärktem Kunststoff, untersucht werden können. Die oberflächlichen Strukturveränderungen sollen dabei insbesondere auch mittels eines Verfahrens zur Videobildgebung dargestellt und analysiert werden. Es ist dabei entscheidend für eine ausreichende Sensitivität der Messungen, dass die oben beschriebenen Bewegungsartefakte, also die durch den Einsatz des Derotators verursachten Bildfehler, vermieden werden.It is therefore the object of the invention to carry out measurements on a rapidly rotating object. It is essential that the deformation and vibration behavior of metallic objects (e.g. blisks) or fiber composite rotors, such as a disc made of glass fiber reinforced plastic, can be examined. The superficial structural changes are to be displayed and analyzed in particular using a video imaging method. It is crucial for sufficient sensitivity of the measurements that the movement artifacts described above, i.e. the image errors caused by the use of the derotator, are avoided.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie Verwendungen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, the object is achieved by a device, a method and uses according to the independent claims. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Aufgabe wird insbesondere durch eine Vorrichtung zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten gelöst, welche ein Objekthalterungselement zur Aufnahme und Rotation eines zu vermessenden Objektes, einen als Dove-Prisma ausgebildeten Derotator und eine Bilderfassungseinheit aufweist, wobei die einzelnen Bauelemente entlang eines Strahlenganges angeordnet sind. Ferner ist eine Korrekturoptikeinheit zur Brechung des durch sie hindurchgehenden Lichtes an ihren Oberflächen mit einer objektseitigen Brennebene in Richtung des Objekthalterungselementes im Strahlengang zwischen dem Derotator und dem Objekthalterungselement angeordnet und die objektseitige Brennebene der Korrekturoptikeinheit ist derart verstellbar ausgebildet, kann also derart eingestellt werden, dass sie mit der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes zusammenfällt. Die objektseitige Brennebene der Korrekturoptikeinheit schneidet dann das Objekt, fällt also folglich mit dem Objekt zusammen. Somit ist auch das Objekthalterungselement nahe der objektseitigen Brennebene angeordnet. In einer möglichen Ausführungsform schneidet die objektseitige Brennebene auch das Objekthalterungselement und fällt folglich mit diesem zusammen.The object is achieved in particular by a device for carrying out measurements on rotating objects, which has an object holder element for receiving and rotating an object to be measured, a derotator designed as a Dove prism and an image acquisition unit, the individual components being arranged along a beam path. Furthermore, a corrective optics unit for refraction of the light passing through it is arranged on its surfaces with an object-side focal plane in the direction of the object holder element in the beam path between the derotator and the object holder element and the object-side focal plane of the corrective optics unit is designed to be adjustable, i.e. can be set in such a way that it coincides with the surface of the object to be examined. The object-side focal plane of the correction optics unit then intersects the object, ie consequently coincides with the object. The object holding element is thus also arranged close to the focal plane on the object side. In one possible embodiment, the object-side focal plane also intersects and consequently coincides with the object-mounting element.

Beim Einsatz in einem Vibrometer oder mittels OCT durchquert der ausgesendete Lichtstrahl zunächst den Derotator in einer ersten Richtung und daraufhin die Korrekturoptikeinheit, wonach er vom rotierenden Objekt reflektiert wird und nach erneutem Durchqueren der Korrekturoptikeinheit und des Derotators durch das Vibrometer bzw die OCT-Einheit detektiert wird.When used in a vibrometer or by means of OCT, the emitted light beam first traverses the derotator in a first direction and then the correction optics unit, after which it is reflected by the rotating object and, after traversing the correction optics unit and the derotator again, is detected by the vibrometer or the OCT unit .

Dabei wird das durch die Korrekturoptikeinheit hindurchgehende Licht an den Oberflächen der Korrekturoptikeinheit gebrochen. Im Strahlengang ist die Korrekturoptikeinheit bevorzugt benachbart zu dem Derotator angeordnet. Insbesondere beim Einsatz in einem Vibrometer ist die Korrekturoptikeinheit in einer vorteilhaften Ausgestaltung benachbart zu dem Derotator angeordnet, wodurch der Durchmesser kaum größer als der Durchmesser des Derotators sein muss. Beim Einsatz in der OCT wird der Abstand zwischen Derotator und der Korrekturoptikeinheit bevorzugt so gewählt, dass eine telezentrische Abbildung entsteht, die Lichtbündel also immer parallel zur Rotationsachse auf das Untersuchungsobjekt treffen. Dies erfordert zwar einen größeren Durchmesser der Korrekturoptikeinheit, erzeugt aber damit gleiche optische Wege für alle Punkte in der Brennebene. Das dreidimensionale Bild einer Ebene bleibt bei dieser Anordnung eine Ebene und muss nicht nachträglich korrigiert werden.The light passing through the correction optics unit is refracted on the surfaces of the correction optics unit. The correction optics unit is preferably arranged adjacent to the derotator in the beam path. In particular when used in a vibrometer, the correction optics unit is arranged adjacent to the derotator in an advantageous embodiment, as a result of which the diameter hardly has to be larger than the diameter of the derotator. When used in OCT, the distance between the derotator and the correction optics unit is preferably chosen such that a telecentric image is produced, i.e. the light bundles always hit the examination object parallel to the axis of rotation. Although this requires a larger diameter for the correction optics unit, it creates the same optical paths for all points in the focal plane. With this arrangement, the three-dimensional image of a plane remains a plane and does not have to be corrected afterwards.

Beim Einsatz einer Bilderfassungseinheit wird Licht vom rotierenden Objekt durch die Korrekturoptikeinheit und das rotierende Dove-Prisma zur Bilderfassungseinheit geleitet. Die Beleuchtung des rotierenden Objektes erfolgt vorzugsweise durch eine stationäre Beleuchtungseinheit die weitgehend rotationssymmetrisch um das Objekt angeordnet ist.When using an image capture unit, light from the rotating object is guided through the correction optics unit and the rotating Dove prism to the image capture unit. The rotating object is preferably illuminated by a stationary lighting unit which is arranged largely rotationally symmetrically around the object.

Unter der Brennebene wird im Sinne der Erfindung eine Ebene verstanden, welche im Brennpunkt senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist. Diese wird auch als Fourierebene, Fokalfläche oder Fokalebene bezeichnet. Als optische Achse, bezeichnet man dabei die Symmetrieachse eines rotationssymmetrischen optischen Systems. Dabei kommt es auf de Symmetrie der Flächen an, nicht auf ihre Berandung. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verläuft die optische Achse von der Bilderfassungseinheit durch den Derotator und die Korrekturoptikeinheit bis zum Objekt.Within the meaning of the invention, the focal plane is understood to mean a plane which is arranged at the focal point perpendicularly to the optical axis. This is also referred to as the Fourier plane, focal surface or focal plane. The optical axis is the axis of symmetry of a rotationally symmetrical optical system. The important thing here is the symmetry of the surfaces, not their boundaries. In a device according to the invention, the optical axis runs from the image acquisition unit through the derotator and the correction optics unit to the object.

Die Korrekturoptikeinheit kann dabei eine oder auch mehrere Linsen und/ oder Linsenelemente aufweisen. Unter einer Brennebene der Korrekturoptikeinheit wird somit bevorzugt eine durch den Brennpunkt der Korrekturoptikeinheit verlaufende Ebene verstanden, welche parallel zu den Hauptebenen der Korrekturoptikeinheit verläuft.The correction optics unit can have one or more lenses and/or lens elements. A focal plane of the corrective optics unit is thus preferably understood to mean a plane that runs through the focal point of the corrective optics unit and that runs parallel to the main planes of the corrective optics unit.

Eine objektseitige Brennebene ist im Strahlengang von der Korrekturoptikeinheit aus in Richtung des Objektes angeordnet.An object-side focal plane is arranged in the beam path from the correction optics unit in the direction of the object.

Im Sinne der Erfindung fällt die Brennebene mit der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes auch dann zusammen, wenn es eine Abweichung zwischen der Brennebene und einem Punkt der Oberfläche des Objektes gibt. Zu solchen Abweichungen kommt es typischerweise entweder durch eine nicht exakte Einstellung der Brennebene oder aufgrund einer nicht flächigen beziehungsweise planen Oberfläche des Objektes. Weiterhin können diverse bildgebende Verfahren wie beispielsweise die Kohärenztomografie dafür sorgen, dass die Reflexion des Lichtes nicht nur direkt an der Oberfläche des Objektes erfolgt, sondern ein gewisses Eindringen des Lichtes in das Objekt erfolgt. Somit kann es zu einer Abweichung der Lage der Brennebene von der Reflexionsebene des Lichtes kommen.According to the invention, the focal plane coincides with the surface of the object to be examined even if there is a deviation between the focal plane and a point on the surface of the object. Such deviations typically occur either due to an inexact setting of the focal plane or due to a non-flat or flat surface of the object. Furthermore, various imaging methods such as coherence tomography can ensure that the light is not only reflected directly on the surface of the object, but that the light penetrates the object to a certain extent. This can lead to a deviation in the position of the focal plane from the reflection plane of the light.

Es kommt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere auf ein Zusammenfallen der Reflexionsebene der elektromagnetischen Strahlung an dem Objekt mit der Brennebene der Korrekturoptikeinheit an. Dabei wird unter der Reflexionsebene der elektromagnetischen Strahlung eine Ebene verstanden, welche senkrecht zum Strahlengang angeordnet ist und welche mit dem Punkt oder Bereich des Objektes, an welchem das Licht reflektiert wird, zusammenfällt. Ein Objekt kann somit mehrere, möglicherweise wellenlängenabhängige, Reflexionsebenen aufweisen. Auch die exakte Lage der Brennebenen kann abhängig von der Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung beziehungsweise des verwendeten Lichts sein.In the device according to the invention, what is particularly important is that the plane of reflection of the electromagnetic radiation on the object coincides with the focal plane of the correction optics unit. The plane of reflection of the electromagnetic radiation is understood to be a plane which is arranged perpendicularly to the beam path and which coincides with the point or area of the object at which the light is reflected. An object can thus have several, possibly wavelength-dependent, reflection planes. The exact position of the focal planes can also depend on the wavelength of the electromagnetic radiation or light used.

Eine erfindungsgemäße Anordnung reduziert aber auch bei einer Abweichung des untersuchten Punktes des Objektes von der Brennebene noch die Bildfehler. Das Zusammenfallen von der objektseitigen Brennebene der Korrekturoptikeinheit mit der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes schließt im Sinne der Erfindung auch eine gewisse Abweichung mit ein. Dabei beträgt die Abweichung bevorzugt weniger als 10% oder besonders bevorzugt weniger als 1% der Brennweite der Korrekturoptikeinheit.However, an arrangement according to the invention still reduces the image errors even if the examined point of the object deviates from the focal plane. The coincidence of the object-side focal plane of the correction optics unit with the surface of the object to be examined also includes a certain deviation within the meaning of the invention. The deviation is preferably less than 10% or particularly preferably less than 1% of the focal length of the correction optics unit.

Bei einem Derotator mit einem Astigmatismus von 2 cm variiert der Abstand zwischen Derotator und Untersuchungsobjekt scheinbar um 2 cm. Wenn sich das Objekt beispielsweise in einem Abstand von 2 m befindet, so beträgt der Fehler ohne die Anwendung der erfindungsgemäßen Korrekturoptikeinheit gerade 2cm/ 2 m = 1%. Dabei bezieht sich dieser Fehler auf den Abstand zur Drehachse. Bei einem Objekt mit einem Radius von 10 cm ist der Fehler also 1 mm.For a derotator with an astigmatism of 2 cm, the distance between the derotator and the object under examination appears to vary by 2 cm. For example, if the object is at a distance of 2 m, the error is just 2 cm/2 m=1% without the use of the correction optics unit according to the invention. This error relates to the distance to the axis of rotation. For an object with a radius of 10 cm, the error is 1 mm.

Wenn man dann eine Korrekturoptikeinheit verwendet, die auf 2 m eingestellt ist, so ist für Objekte in dieser Ebene der Fehler 0. Hat man den Abstand aber nicht exakt eingestellt oder das Objekt ist nicht flächig beziehungsweise plan, so entsteht auch hier eine gewisse Abweichung. Diese kann berechnet werden, wenn man berücksichtigt in welcher Entfernung das Bild des Objektes liegt. Wenn das Objekt (oder Teile davon) sich beispielsweise in einem Abstand von 1 cm von der Brennebene befinden, so ist der Fehler auf 5 × 10-5 reduziert worden. Bei der genannten Größe des Objektes mit 10 cm Radius, beträgt er also nur noch 5 µm, was kleiner ist als die erzielbare Auflösung.If you then use a corrective optics unit that is set to 2 m, the error is 0 for objects in this plane. However, if you have not set the distance exactly or the object is not flat or flat, there will also be a certain deviation here. This can be calculated by considering how far away the image is from the object. For example, if the object (or parts of it) is at a distance of 1 cm from the focal plane, the error has been reduced to 5 × 10 -5 . With the specified size of the object with a radius of 10 cm, it is only 5 µm, which is smaller than the achievable resolution.

Die Messungen an den rotierenden Objekten werden erfindungsgemäß mittels optischer Verfahren durchgeführt. Mittels einer Auswertung des an den zu vermessenden Objekten reflektierten Lichts können Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Objektes geschlossen werden.According to the invention, the measurements on the rotating objects are carried out using optical methods. By evaluating the light reflected from the objects to be measured, conclusions can be drawn about the properties of the object.

So können beispielsweise mittels der Laser-Vibrometrie punktuell Schwingungen des Objektes oder des Prüfkörpers in Richtung der Rotationsachse, also parallel zur Rotationsachse, ermittelt werden. Deformationen in der Rotationsebene hingegen können mit Kamerasystemen bestimmt werden. Dabei ist für die Bilderfassung einerseits der Einsatz einer konventionellen Videokamera möglich, welche eine 2D-Darstellung des Prüfkörpers generiert, oder es kann auch ein System genutzt werden, welches eine 3D Darstellung der inneren Struktur des Prüfkörpers ermöglicht, wie beispielsweise die optische Kohärenztomografie. Die Kohärenztomografie, welche durch die dreidimensionale Bilderfassung den Vorteil hat, dass alle Komponenten mit einer Methode erfasst werden können, hat allerdings den Nachteil der sehr hohen Informationsdichte. Die Erfindung ist ausdrücklich nicht auf diese Art der optischen Messverfahren beschränkt, sondern es können auch alternative Messverfahren in Verbindung mit dem Derotator und der Korrekturoptikeinheit verwendet werden.For example, laser vibrometry can be used to determine point-by-point vibrations of the object or test specimen in the direction of the axis of rotation, i.e. parallel to the axis of rotation. Deformations in the plane of rotation, on the other hand, can be determined with camera systems. A conventional video camera can be used for image acquisition, which generates a 2D representation of the test specimen, or a system can be used that enables a 3D representation of the inner structure of the test specimen, such as optical coherence tomography. However, coherence tomography, which has the advantage that all components can be recorded with one method due to the three-dimensional image acquisition, has the disadvantage of the very high information density. The invention is expressly not limited to this type of optical measurement method, but alternative measurement methods can also be used be used with the derotator and corrective optics unit.

Ein Objekthalterungselement bezieht sich im Sinne der Erfindung auf ein oder auch auf mehrere Objektehalterungselemente.Within the meaning of the invention, an object-holder element refers to one or more object-holder elements.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Derotator mit einem Dove-Prisma auf. Bevorzugt ist das Dove-Prisma derart ausgebildet, dass es innerhalb des Dove-Prismas bei einem Einsatz als Derotator zu einer Basisreflektion für jeden Lichtstrahl kommt.The device according to the invention has a derotator with a Dove prism. The Dove prism is preferably designed in such a way that a base reflection for each light beam occurs within the Dove prism when used as a derotator.

Ein Dove-Prisma ist im Sinne der Erfindung ein Prisma mit der Grundfläche eines Rechteckes oder eines Trapezes mit um 45° geneigten Seitenflächen. In einer möglichen Ausgestaltung ist es als ein gleichschenkliges, rechtwinkliges Prisma ausgebildet, bei dem der optisch nicht wirksame Bereich abgeschnitten ist. Es sind auch andere Formen eines solchen Prismas einsetzbar, wie beispielsweise eine Form, bei der bestimmte Bereiche abgerundet sind. Das Prisma ist in einer möglichen Ausgestaltung aus Glas ausgebildet. Wenn bei einem Dove-Prisma mit einer Basisreflektion ein entlang der Längsachse des Prismas verlaufender Lichtstrahl auf eine der geneigten Einfallsflächen trifft, wird er zunächst in das Prisma hinein gebrochen und auf die längste Seite des Prismas geleitet. Dort erfährt der Lichtstrahl eine Totalreflexion und wird in der geneigten Austrittsfläche erneut gebrochen. Ein- und austretender Strahl haben dabei den gleichen Winkel gegen die Basis, wobei ein Bild durch die einmalige Reflexion im Prisma eine Spiegelung an einer Fläche parallel zur Basis erfährt.According to the invention, a Dove prism is a prism with the base of a rectangle or a trapezium with side surfaces inclined at 45°. In one possible embodiment, it is designed as an isosceles, right-angled prism in which the optically non-effective area is cut off. Other forms of such a prism can also be used, such as a form in which certain areas are rounded. In one possible embodiment, the prism is made of glass. In a Dove prism with a base reflection, when a ray of light traveling along the long axis of the prism strikes one of the inclined incident surfaces, it is first refracted into the prism and directed onto the longest side of the prism. There, the light beam undergoes total reflection and is refracted again in the inclined exit surface. The incoming and outgoing beams have the same angle to the base, whereby an image experiences a reflection on a surface parallel to the base due to the one-time reflection in the prism.

Eine Bilderfassungseinheit kann im Sinne der Erfindung eine einzelne oder auch mehrere Bilderfassungseinheiten bedeuten. Bevorzugt ist die Bilderfassungseinheit als eine Videokamera zur zweidimensionalen Darstellung der Oberfläche des Objektes oder als ein System füroptische Kohärenztomografie (OCT) zur dreidimensionalen Darstellung der inneren Struktur des Objektes ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Bilderfassungseinheit ein Objektiv auf.Within the meaning of the invention, an image capturing unit can mean a single image capturing unit or also a plurality of image capturing units. The image acquisition unit is preferably designed as a video camera for the two-dimensional representation of the surface of the object or as a system for optical coherence tomography (OCT) for the three-dimensional representation of the internal structure of the object. The image capturing unit particularly preferably has a lens.

Unter Licht wird im Sinne der Erfindung elektromagnetische Strahlung verstanden. Die elektromagnetische Strahlung kann dabei monochromatisch sein, also im Wesentlichen Strahlung einer Wellenlänge aufweisen, oder auch breitbandig sein, also Strahlung einer Vielzahl von Wellenlängen aufweisen. Licht ist im Sinne der Erfindung insbesondere nicht auf sichtbare Strahlung begrenzt, sondern der Begriff umfasst auch infrarote und ultraviolette Strahlung. In einer bevorzugten Variante wird sichtbares und/oder ultraviolettes und/ oder infrarotes Licht genutzt.In the context of the invention, light is understood to mean electromagnetic radiation. In this case, the electromagnetic radiation can be monochromatic, that is to say essentially have radiation of one wavelength, or also be broadband, that is to say have radiation of a multiplicity of wavelengths. In the context of the invention, light is in particular not limited to visible radiation, but the term also includes infrared and ultraviolet radiation. In a preferred variant, visible and/or ultraviolet and/or infrared light is used.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass Messungen an rotierenden Objekten auch bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten durchgeführt werden können, wobei periodische Verzerrungen des Objektes bei der Bildgebung, welche durch einen ein Dove-Prisma enthaltenden Derotator verursacht werden, vermieden werden.The device according to the invention has the advantage that measurements can be carried out on rotating objects even at high rotational speeds, periodic distortions of the object during imaging, which are caused by a derotator containing a Dove prism, being avoided.

Die Auswertung von Deformationen und Schwingungen des rotierenden Prüfkörpers benötigt dadurch vorteilhaft weniger Bildverarbeitung und es können einfacher auch Schwingungen bei der Rotationsfrequenz des Objektes untersucht werden.The evaluation of deformations and vibrations of the rotating test body thus advantageously requires less image processing and vibrations at the rotational frequency of the object can also be examined more easily.

Erfindungsgemäß weist die Korrekturoptikeinheit der Vorrichtung eine variable Brennweite auf. Dabei wird durch die Veränderung der Brennweite die Lage der Brennebene relativ zur Korrekturoptikeinheit verschoben.According to the invention, the correction optics unit of the device has a variable focal length. The position of the focal plane is shifted relative to the correction optics unit by changing the focal length.

Durch verändern der Brennweite kann die Brennebene mit dem zu vermessenden Objekt in Übereinstimmung gebracht werden. Dadurch ist es möglich den Abstand zwischen der Korrekturoptikeinheit und dem Objekt zu verändern und die Brennweite auf den veränderten Abstand einzustellen, sodass die durch den Brennpunkt verlaufende, zur optischen Achse senkrechte Brennebene mit der Oberfläche des zu vermessenden Objektes übereinstimmt. By changing the focal length, the focal plane can be brought into line with the object to be measured. This makes it possible to change the distance between the correction optics unit and the object and to adjust the focal length to the changed distance, so that the focal plane running through the focal point and perpendicular to the optical axis corresponds to the surface of the object to be measured.

Insbesondere kann auf einen variablen Abstand zwischen Objekt und Bilderfassungseinheit reagiert werden und je nach Anwendungsfall können sowohl nahe als auch weiter entfernte Objekte vermessen werden.In particular, it is possible to react to a variable distance between the object and the image acquisition unit and, depending on the application, objects that are both close and further away can be measured.

Eine mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Korrekturoptikeinheit ein Linsensystem aus mehreren Linsenelementen umfasst. Dabei resultiert die Variation der Brennweite der Korrekturoptikeinheit aus einer Veränderung wenigstens eines Abstandes zwischen wenigstens zwei Linsenelementen. Bei einem Linsensystem aus mehreren Linsen und/oder Linsenelementen kann eine geringe Variation des Abstandes zwischen den Linsen und/ oder Linsenelementen große Veränderungen der Brennweite des Linsensystems zur Folge haben. Bevorzugt sind wenigstens einzelne Linsen und/ oder Linsenelemente oder alle Linsen und/ oder Linsenelemente beabstandet zueinander angeordnet.A possible configuration of the device provides that the correction optics unit comprises a lens system made up of several lens elements. The variation in the focal length of the correction optics unit results from a change in at least one distance between at least two lens elements. In a lens system made up of a plurality of lenses and/or lens elements, a small variation in the distance between the lenses and/or lens elements can result in large changes in the focal length of the lens system. At least individual lenses and/or lens elements or all lenses and/or lens elements are preferably arranged at a distance from one another.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Korrekturoptikeinheit eine Flüssiglinse auf. Bei einer solchen Flüssiglinse erfolgt die Einstellung der Brennebene ohne ein Verschieben der Korrekturoptikeinheit, sondern durch Einstellen der Krümmung mindestens einer lichtbrechenden Fläche und damit der Brennweite.In another preferred embodiment, the correction optics unit has a liquid lens. With such a liquid lens, the focal plane is adjusted without shifting the correction optics unit, but by adjusting the curvature of at least one light-refracting surface and thus the focal length.

Die Flüssiglinse weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine erste und/oder eine zweite biegbare Platte, also eine oder zwei biegbare Platten, mit einer durch diese Platte oder Platten begrenzten Flüssigkeit auf. Dabei resultiert die Brennweite der Korrekturoptikeinheit durch die Menge an Flüssigkeit innerhalb der Flüssiglinse und der daraus resultierenden Änderung der Krümmung der biegbaren Platten. Das Prinzip einer Flüssiglinse beruht dabei darauf, dass eine Flüssigkeit an wenigstens einer Seite durch eine biegbare Platte, bevorzugt an zwei Seiten durch zwei biegbare Platten, begrenzt ist. Bei einer Änderung der Menge der Flüssigkeit ändert sich der Druck, der auf die biegbare Platte oder auf die beiden biegbaren Platten wirkt, sodass deren Krümmung verändert wird, was sich direkt auf die Brennweite der Flüssiglinse auswirkt.In a preferred embodiment, the liquid lens has a first and/or a second flexible plate, ie one or two flexible plates, with a liquid delimited by this plate or plates. The focal length of the correction optics unit results from the amount of liquid within the liquid lens and the resulting change in the curvature of the flexible plates. The principle of a liquid lens is based on the fact that a liquid is delimited on at least one side by a flexible plate, preferably on two sides by two flexible plates. Changing the amount of liquid changes the pressure acting on the flex plate or both flex plates, changing their curvature, which directly affects the focal length of the liquid lens.

Die Flüssigkeit und die Platten sind bevorzugt aus Materialien mit identischem oder ähnlichem Brechungsindex ausgebildet, sodass keine oder nur geringe Reflexion an den Grenzflächen innerhalb der Flüssiglinse auftritt.The liquid and the plates are preferably formed from materials with an identical or similar refractive index, so that there is little or no reflection at the interfaces within the liquid lens.

Die biegbaren Platten sind in einer möglichen Ausgestaltung aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff ausgebildet. Bevorzugt sind sie aus Polymethylmethacrylat ausgebildet. Eine geeignete Möglichkeit ist es, Glyzerin als Flüssigkeit innerhalb der Flüssiglinse zu verwenden.In one possible embodiment, the bendable plates are made of a transparent, thermoplastic material. They are preferably formed from polymethyl methacrylate. A convenient way is to use glycerin as the liquid inside the liquid lens.

In einer geeigneten Variante haben die beiden Platten einen Durchmesser von 5 cm und eine Dicke von 2 mm, wobei dann bereits ein Druck von 1 bar für eine geeignete Brechkraft ausreichend ist. Die Einstellung der Brechkraft der Flüssiglinse ist mittels der Menge an injizierter Flüssigkeit sehr gut steuerbar. Die Flüssigkeit kann beispielsweise mittels einer Spritze appliziert werden, wodurch eine sehr exakte Einstellung der gewünschten Brennweite möglich ist.In a suitable variant, the two plates have a diameter of 5 cm and a thickness of 2 mm, in which case a pressure of 1 bar is already sufficient for a suitable refractive power. The setting of the refractive power of the liquid lens can be controlled very well by means of the amount of liquid injected. The liquid can be applied, for example, by means of a syringe, which makes it possible to set the desired focal length very precisely.

Eine bevorzugte Variante sieht dabei vor, Platten mit einer leicht unterschiedlichen Dicke zu nutzen, so kann zur Verminderung von sphärischer Aberration auch eine Krümmung im Verhältnis von ca. 1 zu 6 eingestellt werden, wobei die dickere Platte, die weniger gekrümmtwird, auf der Objektseite, also dem Objekt zugewandt, liegen sollte.A preferred variant envisages using plates with a slightly different thickness, so to reduce spherical aberration, a curvature in the ratio of approx. 1 to 6 can also be set, with the thicker plate, which is less curved, on the object side, i.e. facing the object, should lie.

In einer besonders bevorzugten Möglichkeit ist die Korrekturoptikeinheit der Vorrichtung modulartig austauschbar ausgebildet. Dabei kann die Korrekturoptikeinheit modular zwischen dem Derotator und dem Objekt, also folglich im Strahlengang auch zwischen dem Derotator und dem Objekthalterungselement, angeordnet werden. Es ist somit auch möglich die Korrekturoptikeinheit zusätzlich in eine bereits bestehende Messanordnung einzubauen, wobei erst durch die Korrekturoptikeinheit eine erfindungsgemäße Vorrichtung realisiert wird.In a particularly preferred option, the corrective optics unit of the device is designed to be exchangeable in a modular fashion. In this case, the correction optics unit can be arranged in a modular manner between the derotator and the object, ie consequently in the beam path also between the derotator and the object holding element. It is thus also possible to additionally install the corrective optics unit in an already existing measuring arrangement, with a device according to the invention only being realized by the corrective optics unit.

Die Korrekturoptikeinheit ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung modulartig als Aufsatzoptikeinheit ausgebildet. Dabei ist die Korrekturoptikeinheit auf ein bestehendes System zur Bilderfassung unter Verwendung eines Derotators nachrüstbar. Die Korrekturoptikeinheit wird beabstandet zum Derotator und dem zu untersuchenden Objekt angeordnet. Entscheidend für die exakte Position der Korrekturoptikeinheit ist dabei der Strahlengang des Systems beziehungsweise der Vorrichtung, also der Verlauf der Lichtbündel durch die einzelnen Bauelemente des Systems beziehungsweise der Vorrichtung. Die Position der Korrekturoptikeinheit muss räumlich somit nicht in jeder Variante zwischen dem Objekt und dem Derotator angeordnet sein, relevant ist der Strahlengang des auszuwertenden Lichts, welcher insbesondere durch reflektierende Bauelemente veränderbar ist.In an advantageous embodiment, the correction optics unit is designed in a modular manner as an add-on optics unit. The correction optics unit can be retrofitted to an existing system for image acquisition using a derotator. The correction optics unit is arranged at a distance from the derotator and the object to be examined. The beam path of the system or the device, ie the path of the light bundles through the individual components of the system or the device, is decisive for the exact position of the correction optics unit. The position of the correction optics unit does not therefore have to be arranged spatially in every variant between the object and the derotator; the beam path of the light to be evaluated is relevant, which can be changed in particular by reflective components.

Bevorzugt sind einzelne Module bzw. Bauelemente lösbar miteinander verbunden. Insbesondere kann die Korrekturoptikeinheit mit einem oder mehreren der anderen Bauelemente lösbar verbunden sein.Individual modules or components are preferably connected to one another in a detachable manner. In particular, the correction optics unit can be detachably connected to one or more of the other components.

Um weitere Bildfehler, wie beispielsweise eine unterschiedliche Helligkeit für verschiedene Bildpunkte aufgrund von Blendeneffekten im Strahlengang (Vignettierung) zu vermeiden oder zu reduzieren, kann der Einsatz weiterer optischer Bauelemente wie Linsen und/ oder Linsensystemen und/ oder Blenden sinnvoll sein. Diese zusätzlichen optischen Bauelemente sind bevorzugt zwischen der Kamera und dem Derotator angeordnet. Auch bei der Verwendung der OCT oder beim Einsatz eines Scanning-Vibrometers kann der Einsatz weiterer optischer Bauelemente Vorteile für die Bildqualität bieten.In order to avoid or reduce other image errors, such as different brightness for different pixels due to aperture effects in the beam path (vignetting), the use of other optical components such as lenses and/or lens systems and/or apertures can be useful. These additional optical components are preferably arranged between the camera and the derotator. The use of other optical components can also offer advantages for the image quality when using OCT or when using a scanning vibrometer.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zur Reduzierung der Vignettierung zwei Linsen zwischen der Blende und dem Derotator angeordnet, so dass das Bild einer in der Bilderfassungseinheit angeordneten Blende in den Derotator abgebildet wird.In an advantageous embodiment, two lenses are arranged between the diaphragm and the derotator to reduce the vignetting, so that the image of a diaphragm arranged in the image acquisition unit is imaged in the derotator.

Bei der Verwendung eines Derotators vor einer Kamera mit einem Objektiv zur Bildgebung ist sowohl das Bildfeld als auch der Durchmesser des Lichtbündels durch die Größe des Derotators begrenzt. Das Lichtbündel trifft dabei ausgehend von einem Punkt des rotierenden Objektes auf die Linse der Kamera. Es gibt dabei mehrere optische Bauelemente, welche eine Blendenwirkung auf das Lichtbündel ausüben, dieses also im äußeren Bereich begrenzen. Relevant sind dabei insbesondere die Ein- und Austrittsfläche eines als Dove-Prisma ausgebildeten Derotators, sowie die Blende der Kamera. Ein achsparalleles Strahlbündel wird nur durch die kleinste der Blenden begrenzt. Schräg einfallende Lichtbündel werden jedoch auch durch die anderen Blenden begrenzt. Um ein Bild gleicher Helligkeit zu erhalten, sollte dieser Effekt reduziert werden. Eine mögliche Ausführungsform sieht aus diesem Grund eine Reduktion des Bildfeldes bei gleichzeitiger Reduktion der Größe der Blende der Kamera vor. Bei einer alternativen Ausführungsform wird eine Blende, zwischen Derotator und Bilderfassungseinheit, möglichst nahe am Derotator angeordnet. Nachteilig wird dadurch das erzielbare Bildfeld kleiner und das Strahlbündel hat eine kleinere Fläche, woraus ein dunkleres Bild und folglich eine längere notwendige Belichtungszeit resultiert.When using a derotator in front of a camera with a lens for imaging, both the field of view and the diameter of the light beam are limited by the size of the derotator. The light beam hits the camera lens from a point on the rotating object. There are several optical components that exert an aperture effect on the light beam, i.e. limit it in the outer area. The entry and exit surfaces of a derotator designed as a Dove prism, as well as the aperture of the camera, are particularly relevant. An axially parallel bundle of rays is limited only by the smallest of the apertures. However, obliquely incident light beams are also transmitted the other apertures limited. In order to obtain an image of the same brightness, this effect should be reduced. For this reason, one possible embodiment provides for a reduction in the image field with a simultaneous reduction in the size of the aperture of the camera. In an alternative embodiment, a screen is arranged between the derotator and the image acquisition unit, as close as possible to the derotator. The disadvantage of this is that the image field that can be achieved becomes smaller and the beam bundle has a smaller area, which results in a darker image and consequently in a longer necessary exposure time.

Eine alternative Ausführungsform sieht zwischen Derotator und Bilderfassungseinheit zwei Linsen oder zwei Objektive vor, die bevorzugt eine identische Brennweite aufweisen und besonders bevorzugt im Abstand der Summe ihrer Brennweiten angeordnet sind. Die Strahlbegrenzung erfolgt dabei durch die in der Bilderfassungseinheit angeordnete Blende, die meist nahe der äußeren Linse einer Linsenkombination im Inneren der Bilderfassungseinheit, wie beispielsweise eines Kameraobjektives, liegt. Die Blende der Bilderfassungseinheit wird durch die beiden Linsen oder durch die beiden Objektive in die Mitte des Derotators abgebildet. Es ist möglich dadurch eine Vergrößerung des Bildfeldes um 25 % zu erreichen und eine mehr als vierfache Querschnittsfläche des Lichtbündels zu erhalten. Trotz Lichtverlusten in den beiden Linsen oder Objektiven kann dadurch eine vierfache Bildhelligkeit bzw. eine Reduktion der Belichtungszeit um den Faktor 4 erreicht werden. Relevant ist dafür, dass der Durchmesser der Linsen oder Objektive ausreichend groß ist. Ferner ist eine ausreichende Abbildungsqualität der Linsen oder Objektive erforderlich.An alternative embodiment provides two lenses or two objectives between the derotator and the image acquisition unit, which preferably have an identical focal length and are particularly preferably arranged at a distance equal to the sum of their focal lengths. The beam is limited by the diaphragm arranged in the image capturing unit, which is usually close to the outer lens of a lens combination inside the image capturing unit, such as a camera lens, for example. The aperture of the image acquisition unit is imaged through the two lenses or through the two lenses into the center of the derotator. It is possible to increase the field of view by 25% and obtain more than four times the cross-sectional area of the light beam. Despite the loss of light in the two lenses or objectives, a quadrupled image brightness or a reduction of the exposure time by a factor of 4 can be achieved. It is relevant that the diameter of the lenses or objectives is sufficiently large. Adequate imaging quality of the lenses or objective lenses is also required.

Auch bei einem Einsatz eines Scanning-Vibrometers oder der OCT, bei denen der Messstrahl über das Objekt bzw. die Objektoberfläche geführt wird, kann durch eine zusätzliche Abbildung zwischen Ablenksystem und Derotator eine Vergrößerung des Strahlquerschnitts und/ oder des Bereiches, der ohne eine Begrenzung des Lichtstreits vermessen werden kann, erreicht werden. Durch den größeren Strahlquerschnitt kann insbesondere für die OCT eine bessere Auflösung über das Bildfeld erreicht werden. Vorteilhaft sollte der oder die für die Ablenkung verwendeten Drehspiegel an oder nahe der Position der Blende 20 angeordnet werden.Even when using a scanning vibrometer or OCT, in which the measuring beam is guided over the object or the object surface, additional imaging between the deflection system and the derotator can increase the beam cross-section and/or the area that can be measured without limiting the Lichtstreits can be measured, can be achieved. Due to the larger beam cross-section, a better resolution over the image field can be achieved, especially for OCT. Advantageously, the rotating mirror or mirrors used for deflection should be placed at or near the position of the stop 20.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst, welches folgende Schritte umfasst:

  1. a) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten,
  2. b) Einbau des Objektes in das Objekthalterungselement,
  3. c) Einstellen der Korrekturoptikeinheit, sodass die objektseitige Brennebene der Korrekturoptikeinheit mit der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes zusammenfällt und
  4. d) Messungen an dem rotierenden Objekt mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
The object is also achieved by a method for carrying out measurements on rotating objects using a device according to the invention, which comprises the following steps:
  1. a) providing a device according to the invention for carrying out measurements on rotating objects,
  2. b) installation of the object in the object holder element,
  3. c) Adjusting the correction optics unit so that the object-side focal plane of the correction optics unit coincides with the surface of the object to be examined and
  4. d) Measurements on the rotating object using the device according to the invention.

Das Verfahren dient dabei vorzugsweise der Bestimmung des Deformations- und Schwingungsverhaltens eines schnell rotierenden Objektes.The method preferably serves to determine the deformation and vibration behavior of a rapidly rotating object.

Bevorzugt umfasst die Bilderfassungseinheit ferner ein Objektiv. So kann in eher vorteilhaften Variante des Verfahrens bei der Messung an dem rotierenden Objekt das Objektiv auf die Entfernung unendlich eingestellt werden.The image capturing unit preferably also includes a lens. In a rather advantageous variant of the method, the lens can be set to infinity when measuring the rotating object.

Der Verfahrensschritt c) umfasst erfindungsgemäß die Einstellung der Brennweite.According to the invention, method step c) comprises setting the focal length.

Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens sieht vor, zur Messung an einzelnen Punkten des rotierenden Objekts auf diesen Punkt des Objektes zu fokussieren. Bei einer besonders bevorzugten Möglichkeit des Verfahrens wird für die Messung an dem rotierenden Objekt der Lichtstrahl rasternd über die Oberfläche des Objektes geführt.An advantageous variant of the method provides for the measurement at individual points of the rotating object to be focused on this point of the object. In a particularly preferred option of the method, the light beam is scanned over the surface of the object for the measurement on the rotating object.

Weiterhin wird die Aufgabe durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Laser-Doppler-Vibrometrie, insbesondere mittels Scanning-Vibrometer, gelöst.Furthermore, the object is achieved by using a device according to the invention for laser Doppler vibrometry, in particular by means of a scanning vibrometer.

Alternativ wird die Aufgabe auch durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die zweidimensionale Darstellung mittels einer Videobildgebung gelöst. Eine weitere bevorzugte Variante ist dabei eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die dreidimensionale Darstellung mittels der optischen Kohärenztomografie.Alternatively, the object is also achieved by using a device according to the invention for two-dimensional display using video imaging. A further preferred variant is the use of a device according to the invention for the three-dimensional representation by means of optical coherence tomography.

Die Aufgabe wird insbesondere auch durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Korrekturoptikeinheit, welche wenigstens eine Linse und/ oder ein Linsenelement aufweist, wobei das durch die Korrekturoptikeinheit hindurchgehende Licht an Grenzflächen der Korrekturoptikeinheit gebrochen wird, zur Beseitigung von durch den Derotator auftretenden periodischen Deformationen bei Messungen an rotierenden Objekten gelöst. Die Korrekturoptikeinheit korrigiert dann Bildfehler, welche durch den Einsatz eines Derotators in Form eines Dove-Prismas hervorgerufen werden.The object is also achieved in particular through the use of a correction optics unit according to the invention, which has at least one lens and/or a lens element, the light passing through the correction optics unit being refracted at boundary surfaces of the correction optics unit, in order to eliminate periodic deformations caused by the derotator during measurements on rotating objects solved. The correction optics unit then corrects image errors that are caused by the use of a derotator in the form of a Dove prism.

Bevorzugt wird die Korrekturoptikeinheit, welche wenigstens eine Linse und/ oder ein Linsenelement aufweist, bei Bildgebungsverfahren oder bei der Scanning-Vibrometrie verwendet, um durch den Derotator auftretende, periodische Deformationen zu beseitigen.The corrective optics unit, which has at least one lens and/or one lens element, is preferred for imaging methods or for used in scanning vibrometry to eliminate periodic deformations caused by the derotator.

Das Prinzip beruht darauf, dass Derotatoren aus Prismen zwar zu einem Strahlversatz führen, aber nicht zu einer Winkelveränderung der Strahlen gegen die Rotationsachse, da ein symmetrisches Prisma mit einer Reflexion an der Basis den Winkel des Strahls gegen diese Basis nicht verändert. Deshalb kann durch eine Linse oder eine Linsenkombination zwischen Objekt und Derotator, die gerade eine Brennweite entsprechend dem Abstand Linse-Objekt aufweist, die periodische Deformation beseitigt werden. Effektiv erscheint durch die Linse oder Linsenkombination das Objekt hinter der Linse im Unendlichen zu liegen, so dass eine astigmatische Differenz von beispielsweise 2 cm nicht die Größe des Bildes ändert.The principle is that derotators made of prisms lead to a beam shift, but not to a change in the angle of the beams with respect to the axis of rotation, since a symmetrical prism with a reflection at the base does not change the angle of the beam with respect to this base. Therefore, the periodic deformation can be eliminated by a lens or a combination of lenses between the object and the derotator, which has a focal length corresponding to the lens-object distance. Effectively, the lens or lens combination makes the object behind the lens appear to be at infinity, so an astigmatic difference of, say, 2 cm does not change the size of the image.

Weiterhin vermeidet die Korrekturoptikeinheit chromatische Fehler durch das im Derotator enthaltene Prisma.Furthermore, the correction optics unit avoids chromatic errors caused by the prism contained in the derotator.

Es wird somit vorteilhafterweise für die Bilderfassung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kein schnelles und teures Videosystem benötigt. Es ist vorteilhafterweise sogar möglich, Untersuchungen mittels hochauflösender 3D-Messverfahren wie optischer Kohärenztomografie durchzuführen.Advantageously, no fast and expensive video system is required for image acquisition when using the device according to the invention. Advantageously, it is even possible to carry out examinations using high-resolution 3D measurement methods such as optical coherence tomography.

Da der Abstand zwischen dem zu untersuchenden Objekt und dem Derotator je nach Anwendung sehr unterschiedlich sein kann, wird bevorzugt eine Linsenkombination mit variablem Abstand oder eine fokusvariable Flüssiglinse verwendet, so dass die Vorrichtung oder die Korrekturoptikeinheit für Objekte in einem großen Bereich von Abständen entsprechend eingestellt werden kann.Since the distance between the object to be examined and the derotator can vary greatly depending on the application, a variable distance lens combination or a focus variable liquid lens is preferably used so that the device or the correction optics unit can be adjusted accordingly for objects in a large range of distances can.

So erlaubt eine Kombination aus einer achromatischen Sammellinse mit 200 mm Brennweite und einer achromatischen Streulinse mit einer Brennweite von -150 mm mit einem Abstand der benachbarten Hauptebenen zwischen 5 und 7 cm eine Fokussierung auf Objekte zwischen 1 m und unendlich hinter der Korrekturoptik. Für eine gute Abbildungsqualität ist dabei insbesondere die Orientierung der Linsen zueinander wichtig. Insbesondere muss bei der Bestimmung dieser Zahlenwerte die Lage der Hauptebenen des Linsensystems berücksichtigt werden.A combination of an achromatic converging lens with a focal length of 200 mm and an achromatic diffusing lens with a focal length of -150 mm with a distance between the adjacent main planes of between 5 and 7 cm allows focusing on objects between 1 m and infinity behind the correction optics. The orientation of the lenses to one another is particularly important for good image quality. In particular, the position of the main planes of the lens system must be taken into account when determining these numerical values.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gilt folgende Bedingung für die Auswahl der Linsen: 5  dpt <  φ 1 + φ 2 < 0,

Figure DE102020120398B4_0001
100  dpt 2 < φ 1 + φ 2 < 20  dpt 2
Figure DE102020120398B4_0002
In an advantageous embodiment, the following condition applies to the selection of the lenses: 5 dpt < φ 1 + φ 2 < 0,
Figure DE102020120398B4_0001
100 dpt 2 < φ 1 + φ 2 < 20 dpt 2
Figure DE102020120398B4_0002

Wobei φ1 = 1/f1 und φ2 = 1/f2 die Brechkräfte der Linsen und f1 und f2 die Brennweiten der Linsen sind.Where φ1 = 1/f1 and φ2 = 1/f2 are the refractive powers of the lenses and f1 and f2 are the focal lengths of the lenses.

Im Fall des Einsatzes zur Untersuchung mittels optischer Kohärenztomografie wird eine Brennweite bevorzugt, welche im Bereich von unter einem Meter liegt. Dabei hat sich ein Achromat mit einer Brechkraft von ca. 2 dpt als besonders vorteilhafte Variante erwiesen.In the case of use for examination by means of optical coherence tomography, a focal length in the range of less than one meter is preferred. An achromat with a refractive power of approx. 2 dpt has proven to be a particularly advantageous variant.

Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche in zweckmäßiger Anordnung miteinander zu kombinieren.For the realization of the invention, it is also expedient to combine the above-described configurations, embodiments and features of the claims with one another in an expedient arrangement.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments. The exemplary embodiments are intended to describe the invention without restricting it.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen

  • 1 eine Vorrichtung zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten,
  • 2 eine Korrekturoptikeinheit, welche als Linsensystem mit mehreren Linsenelementen ausgebildet ist,
  • 3 eine alternative Ausgestaltung einer Korrekturoptikeinheit als Flüssiglinse,
  • 4a eine Vorrichtung zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten, bei der die Vignettierung durch eine Blende nahe am Derotator reduziert wird und
  • 4b eine Vorrichtung zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten, bei der die Vignettierung durch eine Blende und zwei weitere Linsen reduziert wird.
The invention is explained in more detail with reference to drawings. show it
  • 1 a device for performing measurements on rotating objects,
  • 2 a correction optics unit, which is designed as a lens system with several lens elements,
  • 3 an alternative configuration of a correction optics unit as a liquid lens,
  • 4a a device for performing measurements on rotating objects, in which the vignetting is reduced by an aperture close to the derotator and
  • 4b a device for performing measurements on rotating objects, in which the vignetting is reduced by an aperture and two other lenses.

In 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten 2 dargestellt. Eine Bilderfassungseinheit 3 wird verwendet, um den Lichtstrahl 6, welcher vom Objekt 2 reflektiert wurde, zu detektieren und auszuwerten. Um eine Messung trotz der schnellen Rotation des Objektes 2, welches in oder an einem Objekthalterungselement 4 gelagert ist, zu ermöglichen beziehungsweise zu vereinfachen, ist zwischen dem rotierenden Objekt 2 und der Bilderfassungseinheit 3 ein Derotator 5 angeordnet. Der Derotator 5 ist als Dove-Prisma ausgebildet. Der als Dove-Prisma ausgebildeter Derotator 5 rotiert mit der halben Rotationsgeschwindigkeit des Objektes 2, wodurch der Strahlengang derart verändert wird, dass das Objekt 2 für die Bilderfassungseinheit 3 stehend scheint. Vorteilhafterweise ist dadurch der Einsatz einer größeren Anzahl an Varianten für die Bilderfassungseinheit 3 möglich. Eine Messung ist hier nicht auf sehr schnelle Systeme beschränkt, sondern es können auch langsam arbeitende Bilderfassungseinheiten 3 verwendet werden.In 1 a device 1 for carrying out measurements on rotating objects 2 is shown. An image acquisition unit 3 is used to detect and evaluate the light beam 6 reflected by the object 2 . A derotator 5 is arranged between the rotating object 2 and the image acquisition unit 3 in order to enable or simplify a measurement despite the rapid rotation of the object 2 , which is mounted in or on an object holding element 4 . The derotator 5 is designed as a Dove prism. The derotator 5 designed as a Dove prism rotates at half the rotational speed of the object 2, as a result of which the beam path is changed in such a way that the object 2 appears to the image acquisition unit 3 to be stationary. The use of a larger number of variants for the image acquisition unit 3 is advantageously possible as a result. A measurement here is not limited to very fast systems, but slow-working image acquisition units 3 can also be used.

Zur Reduzierung von durch den Derotator 5 auftretenden Bildfehlern ist zwischen dem Derotator 5 und dem zu vermessenden Objekt 2 eine Korrekturoptikeinheit 7 angeordnet. Durch diese Korrekturoptikeinheit 7 werden Bildfehler vermieden und somit nicht in die Auswertung des Signals durch die Bilderfassungseinheit 3 einbezogen. Dafür werden optische Systeme also Linsenelemente oder Kombinationen von Linsenelementen mit einer bestimmten oder mit einer variablen Brennweite verwendet. Das Objekt 2 wird in der Brennebene der Korrekturoptikeinheit 7 angeordnet bzw. die Brennebene wird derart eingestellt, dass die Brennebene mit dem zu untersuchenden Objekt 2 zusammenfällt. Für den Derotator 5 scheint das Objekt 2 im Unendlichen zu liegen, sodass die reflektierten Strahlen ausgehend von einem Punkt des Objektes durch den Derotator untereinander parallel verlaufen.To reduce image errors caused by the derotator 5, a correction optics unit 7 is arranged between the derotator 5 and the object 2 to be measured. Image errors are avoided by this correction optics unit 7 and are therefore not included in the evaluation of the signal by the image acquisition unit 3 . For this purpose, optical systems are used, ie lens elements or combinations of lens elements with a specific or with a variable focal length. The object 2 is arranged in the focal plane of the correction optics unit 7 or the focal plane is set in such a way that the focal plane coincides with the object 2 to be examined. For the derotator 5, the object 2 appears to be at infinity, so that the reflected rays, starting from a point on the object, run parallel to one another through the derotator.

Der Verlauf des Lichtstrahles 6 ist hier schematisch dargestellt, wobei auf eine Darstellung des exakten Verlaufs unter Einbeziehung der Brechung und der Reflexion innerhalb des Derotators5 als auch innerhalb der Korrekturoptikeinheit 7 verzichtet wurde. Auch ist nur der Lichtstrahl auf der Achse gezeigt.The course of the light beam 6 is shown schematically here, with a representation of the exact course including the refraction and the reflection within the derotator 5 and also within the correction optics unit 7 being dispensed with. Also, only the on-axis light beam is shown.

Die verwendete Bilderfassungseinheit 3 ist als eine Kamera mit einem Objektiv ausgebildet, welches für eine erfindungsgemäße Korrektur der Bildfehler, auf unendlich eingestellt wird, oder aber sie ist als ein Schwingungsmesssystem, welches zur Messung von Schwingungen des Objektes 2 verwendet wird, ausgebildet. Der für die Schwingungsmessung verwendete Laserstrahl ist dabei bei Austritt aus der Bilderfassungseinheit ein Parallelstrahl. Weiterhin kann die Bilderfassungseinheit 3 ein OCT-System sein. Auch dann ist der Lichtstrahl bei Austritt aus der Bilderfassungseinheit ein Parallelstrahl. Für eine Ablenkung des Lichtstrahls über das Objekt 2 sollte der Drehpunkt des Lichtstrahls möglichst in der Mitte des Derotators 5 liegen.The image acquisition unit 3 used is embodied as a camera with a lens which is set to infinity for an inventive correction of the image errors, or it is embodied as a vibration measuring system which is used to measure vibrations of the object 2. The laser beam used for the vibration measurement is a parallel beam when exiting the image acquisition unit. Furthermore, the image acquisition unit 3 can be an OCT system. Even then, the light beam is a parallel beam when exiting the image acquisition unit. For a deflection of the light beam over the object 2, the pivot point of the light beam should be in the middle of the derotator 5 if possible.

Bei der bevorzugten Messung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mittels Vibrometer oder OCT wird ein Lichtbündel durch die Bilderfassungseinheit3 ausgesendet, welches den Derotator 5 durchläuft, dann durch die Korrekturoptikeinheit 7 im Strahlungsverhalten beeinflusst wird, und danach durch das rotierende Objekt 2 reflektiert wird. Das reflektierte Lichtbündel durchquert daraufhin erneut die Korrekturoptikeinheit 7, sodass das Lichtbündel erneut im Strahlungsverhalten beeinflusst wird, wonach ein Teil des Lichtbündels erneut den Derotator 5 durchläuft und daraufhin durch die Bilderfassungseinheit3 detektiert und verarbeitet wird. Bei der alternativen Variante der Messung mittels Kamera erfolgt die Beleuchtung des Objektes 2 durch eine nicht eingezeichnete Beleuchtungseinheit, die das Objekt 2 möglichst rotationssymmetrisch und gleichmäßig beleuchtet.In the preferred measurement with the device 1 according to the invention using a vibrometer or OCT, a light beam is emitted by the image acquisition unit 3, which passes through the derotator 5, is then influenced by the correction optics unit 7 in terms of radiation behavior, and is then reflected by the rotating object 2. The reflected light beam then traverses the correction optics unit 7 again, so that the radiation behavior of the light beam is again influenced, after which part of the light beam passes through the derotator 5 again and is then detected and processed by the image acquisition unit 3 . In the alternative variant of measurement by means of a camera, the object 2 is illuminated by a lighting unit (not shown) which illuminates the object 2 as rotationally symmetrically and uniformly as possible.

Mögliche Ausführungsformen der Korrekturoptikeinheiten 7 sind in den 2 und 3 dargestellt.Possible embodiments of the correction optics units 7 are in the 2 and 3 shown.

2 zeigt eine mögliche Variante der Korrekturoptikeinheit 7. Dabei besteht diese aus zwei Korrekturoptikelementen 8, 9, welche in diesem Ausführungsbeispiel jeweils zwei Linsenelemente 10, 11 und 12, 13 aufweisen. Dabei ist ein Korrekturoptikelement 8 als achromatische Sammellinse mit einer Brennweite von 200 mm und das andere Korrekturoptikelement 9 als achromatische Streulinse mit einer Brennweist von -150 mm ausgebildet. Bei einer Kombination dieser beiden Korrekturoptikelemente 8, 9, welche mit einem Abstand der benachbarten Hauptebenen zwischen 5 und 7 cm angeordnet sind, kann je nach Abstand der Korrekturoptikelemente 8, 9 zueinander auf Objekte 2 in einem Abstand von 1 m bis unendlich hinter der hinteren (objektseitigen) Linse 9 der Korrekturoptikeinheit 7 fokussiert werden. Dabei ist insbesondere auf die Orientierung der Linsen, also der Korrekturoptikelemente 8, 9 zueinander zu achten. Die Brechkraft der Streulinse 13 sollte dabei größer sein als die der Sammellinse 10, um eine Summe der Brechkräfte zu erzeugen, welche negativ ist. Bevorzugt liegt die Summe der Brechkraft der beiden Korrekturoptikelemente 8, 9 im Bereich zwischen - 5 dpt und 0. 2 shows a possible variant of the correction optics unit 7. This consists of two correction optics elements 8, 9, which each have two lens elements 10, 11 and 12, 13 in this exemplary embodiment. In this case, a correction optics element 8 is designed as an achromatic converging lens with a focal length of 200 mm and the other correction optics element 9 is designed as an achromatic scattering lens with a focal length of -150 mm. With a combination of these two correction optics elements 8, 9, which are arranged with a distance between the adjacent main planes of between 5 and 7 cm, depending on the distance between the correction optics elements 8, 9, objects 2 can be inspected at a distance of 1 m to infinity behind the rear ( object-side) lens 9 of the correction optics unit 7 are focused. In this context, particular attention must be paid to the orientation of the lenses, that is to say the corrective optical elements 8, 9, relative to one another. The refractive power of the diffusing lens 13 should be greater than that of the converging lens 10 in order to produce a sum of the refractive powers that is negative. The sum of the refractive power of the two correction optical elements 8, 9 is preferably in the range between -5 dpt and 0.

Das Produkt der Brechkräfte der beiden Korrekturoptikelemente 8, 9 sollte bevorzugt zwischen -100 dpt2 und -20 dpt2 liegen. Bei einem Einsatz der Korrekturoptikeinheit 7 für eine optische Kohärenztomografie-Messung ist es vorteilhaft ein Korrekturoptikelement 8 mit einer Brechkraft von 1 dpt oder höher zu verwenden, um eine Brennweite von weniger als 1 m zu erzeugen.The product of the refractive powers of the two correction optical elements 8, 9 should preferably be between -100 dpt 2 and -20 dpt 2 . When using the correction optics unit 7 for an optical coherence tomography measurement, it is advantageous to use a correction optics element 8 with a refractive power of 1 dpt or higher in order to produce a focal length of less than 1 m.

Der Strahlengang 6a zeigt den Verlauf eines achsparallelen Strahlenbündels 6a, welches den hier nicht dargestellten, linksseitig angeordneten Derotator 5 auf der Rotationsachse verlässt und auf das hier ebenfalls nicht dargestellte, rechtsseitig angeordnete Objekt 2 fokussiert ist. Die beiden Lichtbündel 6b zeigen zwei Strahlbündel, die den Derotator 5 unter unterschiedlichen Winkeln verlassen und jeweils auf verschiedene Punkte des Objektes 2 fokussiert sind.The beam path 6a shows the course of an axis-parallel bundle of rays 6a, which leaves the derotator 5, which is not shown here and is arranged on the left, on the axis of rotation and is focused on the object 2, which is also not shown here and is arranged on the right. The two light bundles 6b show two bundles of rays which leave the derotator 5 at different angles and are each focused on different points of the object 2.

3 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer Korrekturoptikeinheit 7, welche hier als aus dem Stand der Technik bekannte Flüssiglinse 7 ausgebildet ist. Dabei begrenzen eine erste und eine zweite Platte 14a, 14b eine Flüssigkeit 15. Die Platten 14a, 14b sind aus einem verformbaren Material ausgebildet, sodass sich ihre Form in Abhängigkeit vom Innendruck ändert. Im oberen Bereich weist die Flüssiglinse 7 einen Luftauslass 17 auf, durch den innerhalb der Platten 14a, 14b befindliche Luft austreten kann. Der Luftauslass 17 ist also für die Entlüftung notwendig und wird nach kompletter Füllung mit der Flüssigkeit 15 verschlossen. Bei weiterer Füllung wölben sich die beiden Platten 14a, 14b durch den Innendruck stärker nach außen und die Krümmung der Platten 14a, 14b steigt. Zwischen dem Abstandshalter 19, der den Flüssigkeitseinlass 16 und den Flüssigkeitsauslass 17 enthält und den Platten 14a und 14b sind Dichtringe 18 vorgesehen, die den ungewünschten Austritt der Flüssigkeit 15 verhindern. Diese Dichtringe 18 sind bevorzugt als O-Ringe ausgebildet. Alternativ können diese Öffnungen 16, 17, also der Flüssigkeitseinlass 16 und der Luftauslass 17, auch am Rand einer oder auch beider Platten 14a, 14b angeordnet sein. Nicht eingezeichnet ist eine äußere Halterung, die die beiden Platten 14a, 14b den Abstandshalter 19 und die Dichtringe 18 aneinanderpresst und damit die Flüssiglinse 7 abdichtet. Über das Volumen der injizierten Flüssigkeit lässt sich die Krümmung der Platten 14a, 14b sehr gut einstellen. 3 shows a further possible configuration of a corrective optics unit 7, which is known here as a liquid lens 7 known from the prior art is trained. A first and a second plate 14a, 14b delimit a liquid 15. The plates 14a, 14b are made of a deformable material, so that their shape changes as a function of the internal pressure. In the upper area, the liquid lens 7 has an air outlet 17 through which air located within the plates 14a, 14b can escape. The air outlet 17 is therefore necessary for venting and is closed after it has been completely filled with the liquid 15 . With further filling, the two plates 14a, 14b bulge more outwards due to the internal pressure and the curvature of the plates 14a, 14b increases. Sealing rings 18 are provided between the spacer 19, which contains the liquid inlet 16 and the liquid outlet 17, and the plates 14a and 14b, which prevent the liquid 15 from escaping undesirably. These sealing rings 18 are preferably designed as O-rings. Alternatively, these openings 16, 17, ie the liquid inlet 16 and the air outlet 17, can also be arranged on the edge of one or both plates 14a, 14b. An outer holder is not shown, which presses the two plates 14a, 14b, the spacer 19 and the sealing rings 18 together and thus seals the liquid lens 7. The curvature of the plates 14a, 14b can be adjusted very well via the volume of the injected liquid.

In 4a ist eine Vorrichtung zur Durchführung von Messungen an, hier nur schematisch gezeigten, rotierenden Objekten 2 dargestellt, bei der die Vignettierung durch eine Blende 20 reduziert wird. Die Vorrichtung weist einen Derotator 5 und eine Korrekturoptikeinheit 7 auf. Um Messungen an dem Objekt 2 durchzuführen wird elektromagnetische Strahlung entlang des Strahlenganges 6 verwendet. Dabei ist eine Blende 20 benachbart zu dem Derotator 5 angeordnet, wodurch die auftretende Vignettierung für das gezeigte Bildfeld vermieden werden kann.In 4a a device for carrying out measurements on rotating objects 2 , shown here only schematically, is shown, in which the vignetting is reduced by a diaphragm 20 . The device has a derotator 5 and a correction optics unit 7 . Electromagnetic radiation along the beam path 6 is used to carry out measurements on the object 2 . In this case, a diaphragm 20 is arranged adjacent to the derotator 5, as a result of which the vignetting that occurs for the image field shown can be avoided.

In 4b ist eine Möglichkeit dargestellt, die Vignettierung durch eine alternative Ausführungsform zu reduzieren. In dieser Ausführungsform sind zwischen der Bilderfassungseinheit 3 und dem Derotator 5 weitere Linsen 21, oder alternativ Objektive 21, angeordnet. Dadurch wird eine zusätzliche Abbildung zwischen dem Derotator 5 und der Bilderfassungseinheit 3, wie beispielsweise einem Kameraobjektiv, erzeugt. Die Vignettierung wird dabei für ein größeres Bildfeld vermieden und der Durchmesser des Lichtbündels wird vergrößert. Eine mögliche Ausgestaltung weist dabei zwei Objektive oder Linsen 21 identischer Brennweite auf, die sich im Abstand der Summe ihrer Brennweiten befinden. Dadurch kann die in der Bilderfassungseinheit 3 angeordnete Blende 20 zur Strahlbegrenzung genutzt werden. In Kombination mit den weiteren Linsen 21 wird die Blende 20 der Bilderfassungseinheit 3 in die Mitte des Derotators 5 abgebildet. Die Begrenzung der Lichtbündel erfolgt dadurch vorteilhaft nur durch den Blendeneffekt der Blende 20 und nicht zusätzlich durch den Derotator 5, wobei für die Randpunkte des Bildfeldes der Querschnitt des Derotators 5 bestmöglich ausgenutzt wird.In 4b shows a possibility to reduce the vignetting by an alternative embodiment. In this embodiment, further lenses 21 or alternatively lenses 21 are arranged between the image acquisition unit 3 and the derotator 5 . This creates an additional image between the derotator 5 and the image capturing unit 3, such as a camera lens. Vignetting is avoided for a larger image field and the diameter of the light beam is increased. A possible embodiment has two objectives or lenses 21 of identical focal length, which are at a distance equal to the sum of their focal lengths. As a result, the diaphragm 20 arranged in the image acquisition unit 3 can be used to limit the beam. In combination with the additional lenses 21, the aperture 20 of the image acquisition unit 3 is imaged in the middle of the derotator 5. The delimitation of the light beams is thus advantageously effected only by the aperture effect of the aperture 20 and not additionally by the derotator 5, with the cross section of the derotator 5 being utilized in the best possible way for the edge points of the image field.

Zitierte Nichtpatentliteratur:Cited non-patent literature:

  • [1] Sebastian Boedecker, Alexander Dräbenstedt, Lars Heller, Arne Kraft, Andreas Leonhardt, Christian Pape, Sergej Ristau, Eduard Reithmeier, Christian Rembe, „Optical derotator for scanning vibrometer measurements on rotating objects,“ Proc. SPIE 6345, Seventh International Conference on Vibration Measurementsby Laser Techniques: Advances and Applications, 63450M (21 June 2006)[1] Sebastian Boedecker, Alexander Dräbenstedt, Lars Heller, Arne Kraft, Andreas Leonhardt, Christian Pape, Sergej Ristau, Eduard Reithmeier, Christian Rembe, "Optical derotator for scanning vibrometer measurements on rotating objects," Proc. SPIE 6345, Seventh International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques: Advances and Applications, 63450M (21 June 2006)
  • [2] Tino Wollmann, Edmund Koch, Julian Lich, Max Vater, Robert Kuschmierz, Christian Schnabel, Jürgen Czarske, Angelos Filippatos, Maik Gude, „Motion blur suppression by using an optical derotator for deformation measurement of rotating components,“ Proc. SPIE 11380, Nondestructive Characterization and Monitoring of Advanced Materials, Aerospace, Civil Infrastructure, and Transportation IX, 1138016 (22 April 2020)[2] Tino Wollmann, Edmund Koch, Julian Lich, Max Vater, Robert Ku Schmierz, Christian Schnabel, Jürgen Czarske, Angelos Filippatos, Maik Gude, "Motion blur suppression by using an optical derotator for deformation measurement of rotating components," Proc. SPIE 11380, Nondestructive Characterization and Monitoring of Advanced Materials, Aerospace, Civil Infrastructure, and Transportation IX, 1138016 (22 April 2020)

BezugszeichenlisteReference List

11
Vorrichtungcontraption
22
Objektobject
33
Bilderfassungseinheitimage acquisition unit
44
Objekthalterungselementobject holding element
55
Derotator, Dove-PrismaDerotator, Dove prism
66
Strahlengang, Lichtpath of rays, light
6a6a
achsparalleles Lichtbündelparaxial light beam
6b6b
Strahlenbündel unter zwei unterschiedlichen RichtungenRays in two different directions
77
Korrekturoptikeinheit, FlüssiglinseCorrective optics unit, liquid lens
88th
Korrekturoptikelementcorrective optics element
99
Korrekturoptikelementcorrective optics element
1010
Linsenelementlens element
1111
Linsenelementlens element
1212
Linsenelementlens element
1313
Linsenelementlens element
14a14a
Erste Platte, PlatteFirst plate, plate
14b14b
Zweite Platte, PlatteSecond plate, plate
1515
Flüssigkeitliquid
1616
Flüssigkeitseinlassliquid inlet
1717
Luftauslassair outlet
1818
Dichtringsealing ring
1919
Abstandshalterspacers
2020
Blendecover
2121
Linse, Objektivlens, lens

Claims (13)

Vorrichtung (1) zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten (2), aufweisend ein Objekthalterungselement (4) zur Aufnahme und Rotation eines zu vermessenden Objektes (2), einen als Dove-Prisma ausgebildeten Derotator (5) und eine Bilderfassungseinheit (3), welche entlang eines Strahlenganges angeordnet sind, wobei eine Korrekturoptikeinheit (7) zur Brechung des durch sie hindurchgehenden Lichtes an ihren Oberflächen mit einer objektseitigen Brennebene in Richtung des Objekthalterungselementes (4) im Strahlengang zwischen dem Derotator (5) und dem Objekthalterungselement (4) angeordnet ist, wobei die objektseitige Brennebene der Korrekturoptikeinheit (7) derart verstellbar ausgebildet ist, dass sie mit der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes (2) zusammenfällt und wobei die Korrekturoptikeinheit (7) eine variable Brennweite aufweist, wobei durch die Veränderung der Brennweite die Lage der Brennebene zur Korrekturoptikeinheit (7) verschoben wird.Device (1) for carrying out measurements on rotating objects (2), having an object holding element (4) for receiving and rotating an object (2) to be measured, a derotator (5) designed as a Dove prism and an image acquisition unit (3), which are arranged along a beam path, wherein a correction optics unit (7) for refraction of the light passing through it is arranged on its surfaces with an object-side focal plane in the direction of the object mounting element (4) in the beam path between the derotator (5) and the object mounting element (4). , wherein the object-side focal plane of the corrective optics unit (7) is designed to be adjustable in such a way that it coincides with the surface of the object (2) to be examined and wherein the corrective optics unit (7) has a variable focal length, with changing the focal length changing the position of the focal plane is shifted to the correction optics unit (7). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturoptikeinheit (7) modulartig austauschbar ausgebildet ist.Device (1) after claim 1 , characterized in that the correction optics unit (7) is designed to be exchangeable in modular form. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturoptikeinheit (7) ein Linsensystem aus mehreren Linsenelementen (10, 11, 12, 13) umfasst, wobei die Variation der Brennweite der Korrekturoptikeinheit (7) aus einer Veränderung wenigstens eines Abstandes zwischen wenigstens zwei Linsenelementen (10, 11, 12, 13) resultiert.Device (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the correction optics unit (7) comprises a lens system made up of a plurality of lens elements (10, 11, 12, 13), the variation in the focal length of the correction optics unit (7) resulting from a change in at least one distance between at least two lens elements (10, 11 , 12, 13) results. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturoptikeinheit (7) eine Flüssiglinse (7) aufweist.Device (1) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the correction optics unit (7) has a liquid lens (7). Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssiglinse (7) eine erste und eine zweite biegbare Platte (14a, 14b) mit einer durch diese Platten (14a, 14b) begrenzten Flüssigkeit (15) aufweist, wobei die Brennweite der Korrekturoptikeinheit (7) durch die Menge an Flüssigkeit (15) innerhalb der Flüssiglinse (7) und der daraus resultierenden Änderung der Krümmung der biegbaren Platten (14a, 14b) einstellbar ist.Device (1) after claim 4 , characterized in that the liquid lens (7) has a first and a second bendable plate (14a, 14b) with a liquid (15) delimited by these plates (14a, 14b), the focal length of the correction optics unit (7) being determined by the amount of liquid (15) within the liquid lens (7) and the resulting change in the curvature of the flexible plates (14a, 14b) is adjustable. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinheit (3) als eine Videokamera zur zweidimensionalen Darstellung der Oberfläche des Objektes (2) ausgebildet ist oder als ein System für Kohärenztomografie zur dreidimensionalen Darstellung der inneren Struktur des Objektes (2) ausgebildet ist.Device (1) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the image acquisition unit (3) is designed as a video camera for the two-dimensional display of the surface of the object (2) or as a system for coherence tomography for the three-dimensional display of the internal structure of the object (2). Verfahren zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten (2) mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, folgende Schritte umfassend: a) Bereitstellen einer Vorrichtung (1) zur Durchführung von Messungen an rotierenden Objekten (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, b) Einbau des Objektes (2) in das Objekthalterungselement (4), c) Einstellen der Korrekturoptikeinheit (7), sodass die objektseitige Brennebene der Korrekturoptikeinheit (7) mit der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes (2) zusammenfällt und d) Messungen an dem rotierenden Objekt (2) mittels der Vorrichtung (1), wobei der Verfahrensschritt c) die Einstellung der Brennweite umfasstMethod for carrying out measurements on rotating objects (2) by means of a device (1) according to one of Claims 1 until 6 , comprising the following steps: a) providing a device (1) for carrying out measurements on rotating objects (2) according to one of Claims 1 until 6 , b) installing the object (2) in the object mounting element (4), c) adjusting the corrective optics unit (7) so that the object-side focal plane of the corrective optics unit (7) coincides with the surface of the object (2) to be examined and d) measurements the rotating object (2) by means of the device (1), method step c) comprising the adjustment of the focal length Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinheit (3) ein Objektiv (2) umfasst und dass bei der Messung an dem rotierenden Objekt (2) das Objektiv auf die Entfernung unendlich eingestellt wird.procedure after claim 7 , characterized in that the image acquisition unit (3) comprises a lens (2) and that when measuring the rotating object (2), the lens is set to infinite distance. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Laser-Doppler-Vibrometrie.Use of a device (1) according to one of Claims 1 until 6 for laser Doppler vibrometry. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die zweidimensionale Darstellung mittels einer Videobildgebung.Use of a device (1) according to one of Claims 1 until 6 for two-dimensional representation using video imaging. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die dreidimensionale Darstellung mittels der Kohärenztomografie.Use of a device (1) according to one of Claims 1 until 6 for three-dimensional representation using coherence tomography. Verwendung einer Korrekturoptikeinheit (7), welche wenigstens ein Linsenelement (10, 11, 12, 13) aufweist, innerhalb einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Beseitigung von durch den Derotator (5) auftretenden periodischen Deformationen bei Messungen an rotierenden Objekten (2), wobei das durch die Korrekturoptikeinheit (7) hindurchgehende Licht an Grenzflächen der Korrekturoptikeinheit (7) gebrochen wird.Use of a correction optics unit (7) which has at least one lens element (10, 11, 12, 13) within a device (1) according to one of Claims 1 until 6 for eliminating periodic deformations caused by the derotator (5) during measurements on rotating objects (2), the light passing through the correction optics unit (7) being refracted at boundary surfaces of the correction optics unit (7). Verwendung einer Korrekturoptikeinheit (7), welche wenigstens ein Linsenelement (10, 11, 12, 13) aufweist, innerhalb einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Beseitigung von durch den Derotator (5) auftretenden, periodischen Deformationen bei Bildgebungsverfahren oder bei der Scanning-Vibrometrie, wobei das durch die Korrekturoptikeinheit (7) hindurchgehende Licht an Grenzflächen der Korrekturoptikeinheit (7) gebrochen wird.Use of a correction optics unit (7) which has at least one lens element (10, 11, 12, 13) within a device (1) according to one of Claims 1 until 6 to eliminate by the derotator (5) occurring, periodic deformations in imaging methods or scanning vibrometry, the light passing through the correction optics unit (7) being refracted at boundary surfaces of the correction optics unit (7).
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3625612A (en) 1969-07-11 1971-12-07 Comstock & Wescott Optical derotator employing mirror pairs to view a rotating body
US4637718A (en) 1980-12-09 1987-01-20 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Hand-held optical fuel pin scanner
US4929040A (en) 1988-09-01 1990-05-29 Santa Barbara Research Center Five mirror, two perpendicular plane image derotator
JPH04278555A (en) 1991-03-07 1992-10-05 Nec Yamaguchi Ltd Microdimensional measurement device
US5981937A (en) 1997-10-14 1999-11-09 Denaro; James Optical system for observing rotating objects
DE202006017412U1 (en) 2006-11-15 2007-01-11 Polytec Gmbh Optical rotator of beam paths includes optical element with impingement plaen and inclined outlet plane, containing optical axis, along which light beam impinges and exits
US20070222991A1 (en) 1998-07-10 2007-09-27 Nanometrics Incorporated Image control in a metrology/inspection positioning system
CN107314742A (en) 2017-05-31 2017-11-03 合肥工业大学 A kind of rotary optical chromatographic imaging system and imaging method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3625612A (en) 1969-07-11 1971-12-07 Comstock & Wescott Optical derotator employing mirror pairs to view a rotating body
US4637718A (en) 1980-12-09 1987-01-20 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Hand-held optical fuel pin scanner
US4929040A (en) 1988-09-01 1990-05-29 Santa Barbara Research Center Five mirror, two perpendicular plane image derotator
JPH04278555A (en) 1991-03-07 1992-10-05 Nec Yamaguchi Ltd Microdimensional measurement device
US5981937A (en) 1997-10-14 1999-11-09 Denaro; James Optical system for observing rotating objects
US20070222991A1 (en) 1998-07-10 2007-09-27 Nanometrics Incorporated Image control in a metrology/inspection positioning system
DE202006017412U1 (en) 2006-11-15 2007-01-11 Polytec Gmbh Optical rotator of beam paths includes optical element with impingement plaen and inclined outlet plane, containing optical axis, along which light beam impinges and exits
CN107314742A (en) 2017-05-31 2017-11-03 合肥工业大学 A kind of rotary optical chromatographic imaging system and imaging method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOEDECKER, Sebastian [u.a.]: Optical derotator for scanning vibrometer measurements on rotating objects. In: Seventh International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques: Advances and Applications, 19-22 June 2006, Ancona, Italy. Bellingham, Wash. : SPIE, 2006 (Proceedings of SPIE ; 6345). Artikelnummer: 63450M (S. 1-11). - ISBN 0-8194-6421-X. DOI: 10.1117/12.693066. URL: https://www.spiedigitallibrary.org/proceedings/Download?fullDOI=10.1117%2F12.693066 [abgerufen am 2020-08-24]
WOLLMANN, Tino [u.a.]: Motion blur suppression by using an optical derotator for deformation measurement of rotating components. In: Nondestructive Characterization and Monitoring of Advanced Materials, Aerospace, Civil Infrastructure, and Transportation VIX, 27 April-8 May 2020, online only, United States. Bellingham, Wash. : SPIE, 2020 (Proceedings of SPIE ; 11380). Artikelnummer: 1138016 (S. 1-9). - ISBN 978-1-5106-3537-1 (P); 978-1-5106-3538-8 (E). DOI: 10.1117/12.2556153. URL: https://www.spiedigitallibrary.org/proceedings/Download?fullDOI=10.1117%2F12.2556153 [abgerufen am 2020-08-24]

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