DE102008048572A1 - Light ray's impact point recognizing device, has light source for emitting light ray, and reflecting element formed of two single reflectors, where one of single reflectors is changeable by adjustment - Google Patents

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Abstract

The device has a light source (5) for emitting a light ray (3), where the light ray produces a light spot on a reflecting element (6) and a photodetector (7) e.g. photodiode. The reflecting element is formed of two single reflectors (6a), where one of the single reflectors is changeable by an adjustment process. The light ray produces a geometrical figure on the reflecting element and the photodetector. The single reflectors completely cover the laminar element. An independent claim is also included for a method for recognizing impact points of a light ray emitted from a light source on a laminar element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Feststellen des Auftrefforts eines Lichtflecks auf einem flächigen Element. Solche Lichtflecke entstehen, wenn ein Lichtstrahl auf einen Detektor oder einen Reflektor trifft und dort einen Lichtpunkt erzeugt. Solche Vorrichtungen mit einen Lichtstrahl aussendenden Vorrichtungen und entsprechenden Detektoren und ggf. Reflektoren werden beim Ausrichten von Anlagen, Maschinen und Maschinenteilen oft eingesetzt.The The present invention relates to an apparatus and a method for determining the point of impact of a light spot on a flat surface Element. Such spots of light arise when a ray of light hits a detector or a reflector hits and there a light spot generated. Such devices emitting a light beam Devices and corresponding detectors and possibly reflectors be used when aligning plants, machines and machine parts often used.

In der Vergangenheit wurden für solche Zwecke Messuhren verwendet. Oft wurden auch Drähte gespannt. Die Einführung von optischen Geräten zur Ausrichtung hat den Vorteil, dass die mit Spiel behafteten und im rauen industriellen Gebrauch mitunter verbogenen mechanischen Elemente, die bei der Verwendung von Messuhren erforderlich sind, nicht im gleichen Umfang benötigt werden. Optische Vorrichtungen und Verfahren zur Ausrichtung von Anlagen, Maschinen und Maschinenteilen sind aus der DE 39 11 307 beziehungsweise der korrespondierenden US 5,026,998 bekannt. Weiter gibt auch die DE 38 14 466 und die korrespondierende US 6,356,348 Beispiele für die Anwendung solcher optischer Vorrichtungen zur Ausrichtung von Anlagen, Maschinen und Maschinenteilen.In the past dial gauges were used for such purposes. Often also wires were stretched. The introduction of optical devices for alignment has the advantage that the playful and sometimes distorted in harsh industrial use mechanical elements that are required when using dial gauges are not required to the same extent. Optical devices and methods for aligning equipment, machines and machine parts are known from US 5,342,064 DE 39 11 307 or the corresponding one US 5,026,998 known. Next is also the DE 38 14 466 and the corresponding one US 6,356,348 Examples of the use of such optical devices for the alignment of equipment, machines and machine parts.

Solche Vorrichtungen und Verfahren haben oft Probleme damit, Schwankungen in der Intensität des Laserstrahls korrekt zu erfassen, besonders wenn als Detektoren Fotodioden oder Position Sensitive Devices (PSD's), die auf Fotodioden basieren, eingesetzt werden. Weiter ist bei analogen mehrdimensional auslesbaren Sensoren eine aufwändige Linearisierung notwendig. Die rechnerische oder elektronische Erfassung pixelorientierter Detektoren ist wiederum schwierig, insbesondere wenn nur eine einzige Aufnahme zur Bestimmung des Auftrefforts des Lichtflecks verwendet wird.Such Devices and methods often have problems with it, fluctuations to correctly detect in the intensity of the laser beam especially if as detectors photodiodes or position sensitive Devices (PSDs) based on photodiodes are used. Next is in analog multi-dimensional readable sensors one elaborate linearization necessary. The mathematical or electronic Detecting pixel-oriented detectors is again difficult, in particular if only one photograph was taken to determine the place of Light spot is used.

Über die Lösung dieser Probleme hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, solche lichtoptischen Vorrichtungen zur Feststellung des Huftreffpunkts eines Lichtorts weiter im Hinblick auf Genauigkeit und Auflösung zu verbessern. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, höhere Genauigkeit und höhere Ortsauflösung der bereits bekannten elektronischen Elemente durch eine Verbesserung der elektronischen und digitalen Auswertung zu erreichen. Zusätzlich ist es eine Aufgabe, mit der verbesserten Auswertung auch den Abstand des flächigen Elements von der Lichtquelle zu bestimmen. Eine weitere Aufgabe besteht in der Reduzierung der Zahl der eingesetzten Bauelemente.about the solution to these problems, it is the task of the present Invention, such light-optical devices for detection the haunting point of a light spot further in terms of accuracy and to improve resolution. In particular, it is the task of the present invention, higher accuracy and higher Spatial resolution of the already known electronic elements by improving the electronic and digital evaluation to reach. In addition, it is a task with the improved Evaluation also the distance of the planar element of to determine the light source. Another task is the Reduction in the number of components used.

Diese Aufgaben werden dadurch gelöst, dass in neuartiger Weise ein Reflektor eingesetzt wird, der aus mehreren einzelnen, mechanisch beweglichen reflektierenden Elementen besteht. Diese mechanische Beweglichkeit der Einzelspiegel, also eine Änderung ihrer Ausrichtung relativ zum einfallenden Lichtstrahl, ist die Eigenschaft der Einzelspiegel, die in der vorliegenden Erfindung ausgenutzt wird.These Tasks are solved in a novel way a reflector is used, consisting of several individual, mechanical consists of movable reflective elements. This mechanical Mobility of the individual mirror, so a change in their Orientation relative to the incident light beam is the property the single mirror, which is exploited in the present invention.

In der einfachsten Form der Erfindung, siehe 1, wird eine solche Vorrichtung an zwei beispielhaft dargestellten Wellen 1, 2 in zwei Gehäusen angebracht. In dem an der Welle 1 angebrachten Gehäuse sendet die Lichtquelle 5 einen Lichtstrahl 3 aus, der am Reflektor 6 als Lichtstrahl 4 zurückgeworfen wird und im selben Bauelement wie die Lichtquelle 5 über einen Detektor 7 ausgewertet wird. Der Detektor 7 kann eine Fotodiode sein. Auch ein ein- oder zweidimensionales PSD beziehungsweise ein ein- oder zweidimensional auswertbarer Pixel-orientierter Detektor, zum Beispiel auf CMOS- oder CCD-Basis, kann verwendet werden.In the simplest form of the invention, see 1 , such a device is based on two exemplified waves 1 . 2 mounted in two housings. In the on the shaft 1 attached housing sends the light source 5 a ray of light 3 off, on the reflector 6 as a ray of light 4 is thrown back and in the same component as the light source 5 via a detector 7 is evaluated. The detector 7 can be a photodiode. A one- or two-dimensional PSD or a one- or two-dimensionally evaluable pixel-oriented detector, for example based on CMOS or CCD, can also be used.

Dabei können nach der Lichtquelle 5, vor dem Reflektor 6 und/oder vor dem Detektor 7 Linsen oder Linsensysteme 10, 11, 12 angeordnet sein. Weiter kann vor dem Reflektor 6 auch ein Filter 8 angeordnet sein, der für die Wellenlänge der Lichtquelle 5 durchlässig ist und andere Wellenlängen blockiert, um Einflüsse des Lichts aus der Umgebung auszuschalten. Ein solcher Filter kann auch vor dem Detektor angeordnet werden.It can be after the light source 5 , in front of the reflector 6 and / or in front of the detector 7 Lenses or lens systems 10 . 11 . 12 be arranged. Next, in front of the reflector 6 also a filter 8th be arranged for the wavelength of the light source 5 is permeable and blocks other wavelengths to eliminate the effects of ambient light. Such a filter can also be arranged in front of the detector.

Erfindungsgemäß ist dabei der Reflektor 6 als aus mehreren Einzelreflektoren 6a bestehender Reflektor ausgeführt. Die Einzelreflektoren 6a können dabei vorteilhaft in Form einer Matrix angeordnet sein. Insbesondere ist die Verwendung eines so genannten MEMS-Spiegels sinnvoll. MEMS-Spiegel bestehen aus mikroelektronischen mechanischen Systemen. Für Displayanwendungen werden in MEMS-Bauelementen oft Einzelspiegel in Form einer Matrix mit oder ohne Zwischenräume angeordnet. So können einzelne Pixel an- und ausgeschaltet werden. Solche MEMS-Spiegel sind für die vorliegende Erfindung besonders geeignet. MEMS-Spiegel werden aus Halbleiter-Wafern hergestellt, die eben oder nur sehr wenig gekrümmt sind. Unter der Bezeichnung Digital Mirror Device (DMD) sind solche Spiegel von der Firma Texas Instruments erhältlich.According to the invention is the reflector 6 as from several individual reflectors 6a existing reflector executed. The individual reflectors 6a can be advantageously arranged in the form of a matrix. In particular, the use of a so-called MEMS mirror makes sense. MEMS mirrors consist of microelectronic mechanical systems. For display applications, MEMS devices often place individual mirrors in the form of a matrix with or without gaps. This allows individual pixels to be switched on and off. Such MEMS levels are particularly suitable for the present invention. MEMS mirrors are made from semiconductor wafers that are flat or only slightly curved. Under the name Digital Mirror Device (DMD), such mirrors are available from Texas Instruments.

Wenn in einer Matrix von Einzelspiegeln zunächst zeilenweise und dann spaltenweise einzelne Spalten und Zeilen nacheinander so geschaltet werden, dass sie den Detektor nicht mehr treffen, ändert sich die Signalstärke auf dem Detektor. Werden nun Signalstärken auf dem Detektor den einzelnen weggeklappten Spiegelelementen zugeordnet, so kann der Auftreffort des Lichtflecks auf dem Reflektor mit hoher Auflösung und hoher Genauigkeit bestimmt werden. Tatsächlich kann so ein Profil, also eine Verteilung der Intensität über den Ort, für den jeweiligen Lichtfleck aufgenommen werden.If, in a matrix of individual mirrors, individual columns and rows are switched one row at a time and then one column at a time so that they no longer hit the detector, the signal strength on the detector changes. If signal strengths on the detector are now assigned to the individual mirror-folded mirror elements, the point of incidence of the light spot on the reflector can be determined with high resolution and high accuracy. In fact, such a profile, ie an Ver Sharing of the intensity over the place to be recorded for each light spot.

Wenn nun zusätzlich zur Stärke des gesamten Signals auf dem Detektor auch noch der Auftreffort auf dem Detektor gemessen wird, z. B. durch Verwendung von PSDs oder pixelorientierter Detektoren, wie sie z. B. in Digitalkameras verwendet werden, kann außer dem Auftreffort auf dem Reflektor auch der Auftreffort auf dem Detektor ausgelesen werden. So ist es möglich, dann nicht nur den parallelen Versatz, sondern auch den Winkelversatz zu bestimmen. In den in der DE 39 11 307 beschriebenen Ausrichtgeräten ist diese gleichzeitige Bestimmung von Parallel- und Winkelversatz nur unter Einsatz eines zweiten Detektors möglich, der im Lichtweg vor oder nach dem ersten Detektor angeordnet sein muss. Wenn der im Lichtweg näher zur Lichtquelle angeordnete Detektor nicht transparent oder wenigstens teildurchlässig ist, so muss ein Strahlteiler z. B. ein Form eines teildurchlässigen Spiegels oder als Beam Splitter Cube eingefügt werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird also durch die mehrteilige, z. B. in Form einer Matrix, und elektronisch ansteuerbare Ausführung des Reflektors die Verwendung des zweiten Detektors und des Strahlteilers überflüssig.Now, in addition to the strength of the entire signal on the detector and the impact on the detector is measured, z. B. by using PSDs or pixel-oriented detectors, such as. B. are used in digital cameras, in addition to the impact on the reflector and the impact location can be read on the detector. So it is possible to determine not only the parallel offset, but also the angular offset. In the in the DE 39 11 307 described alignment devices this simultaneous determination of parallel and angular offset is possible only with the use of a second detector, which must be located in the light path before or after the first detector. If the detector arranged in the light path closer to the light source is not transparent or at least partially transparent, then a beam splitter must be used, for example. B. a shape of a partially transparent mirror or inserted as a beam splitter cube. With the present invention is thus by the multipart, z. B. in the form of a matrix, and electronically controllable design of the reflector, the use of the second detector and the beam splitter superfluous.

In der in 1 beschriebenen Ausführungsform entspricht diese Erfindung dem Verfahren zum Wellenausrichten, das im Buch ,Shaft Alignment Handbook' von John Piotrowski als ,Reverse Indicator Method' bezeichnet wird. Dort wird eine Ausführungsform beschrieben, mit der zwei Messuhren über Stangen an die Kupplungsscheibe auf der jeweils anderen Welle herangeführt werden. Bisher bekannte lichtoptische Ausrichtgeräte, die nach diesem Prinzip arbeiten, werden normalerweise in Form von zwei Bauelementen ausgeführt, die je einen einen Lichtstrahl aussendenden Laser als Lichtquelle und je einen Detektor enthalten. Dort wird an jeder der beiden Wellen eines dieser Laser und Detektor enthaltenden Bauelemente angebracht. Mit der vorliegenden Erfindung kann nur ein Laser und ein Detektor verwendet werden.In the in 1 described embodiment, this invention corresponds to the method for shaft alignment, which in the book Shaft Alignment Handbook by John Piotrowski is called Reverse Indicator Method. There, an embodiment is described, are introduced with the two gauges via rods to the clutch disc on the other shaft. Previously known light-optical alignment devices that operate on this principle are usually carried out in the form of two components, each containing a light beam emitting laser as a light source and a respective detector. There is attached to each of the two waves of one of these laser and detector-containing components. With the present invention, only one laser and one detector can be used.

Ein wichtiges Element der vorliegenden Erfindung ist es, dass es einerseits möglich ist, durch Auswertung des Detektorsignals den Auftreffort des Lichtstrahls auf dem Reflektor zu bestimmen, indem der Effekt der Änderung der Ausrichtung der Einzelspiegel auf das Detektorsignal aufgenommen wird. Andererseits wird mit der vorliegenden Erfindung durch die Änderung der Ausrichtung der Einzelspiegel auch die Erfassung des Auftrefforts des Lichtstrahls auf dem Detektor verbessert, indem das auftreffende Signal in mehreren hintereinander erfolgenden Aufnahmen bei verschiedener Ausrichtung der Einzelspiegel erfasst wird.One important element of the present invention is that on the one hand is possible by evaluating the detector signal the impact location of the light beam on the reflector to determine the effect the change in the orientation of the individual mirror on the Detector signal is recorded. On the other hand, with the present Invention by changing the orientation of the individual mirror also the detection of the location of the light beam on the detector improved by the impinging signal in several consecutive taking pictures with different orientation of the individual mirror is detected.

Weiter ist es mit der Erfindung möglich, auch die Entfernung zwischen der Lichtquelle und dem reflektierenden Element zu bestimmen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Form und die Signalstärke des Lichtflecks auf dem Detektor einerseits aus der Charakteristik der Lichtquelle und der abbildenden Elemente 10, 11, 12 berechnet wird und andererseits eine genaue Messung der Lichtverteilung auf dem flächigen Element in der oben beschriebenen Art und Weise vorgenommen wird. Wenn die Charakteristik des Lichtflecks auf dem Detektor für verschiedene Abstände zwischen Lichtquelle und reflektierendem Element berechnet wird, so kann durch Messung der Form, insbesondere der Größe, und der Intensität eines tatsächlichen Lichtflecks und nachfolgenden Vergleich mit berechneten Lichtflecken ermittelt werden, in welchem Abstand sich die Lichtquelle zum reflektierenden Element befindet.Further, it is possible with the invention to also determine the distance between the light source and the reflective element. This can be achieved in that the shape and the signal strength of the light spot on the detector on the one hand from the characteristics of the light source and the imaging elements 10 . 11 . 12 On the other hand, an accurate measurement of the light distribution on the sheet is made in the manner described above. If the characteristic of the light spot on the detector is calculated for different distances between the light source and the reflective element, the distance, at which distance, can be determined by measuring the shape, in particular the size, and the intensity of an actual light spot and subsequent comparison with calculated light spots Light source is located to the reflective element.

In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier befinden sich die Detektoren im selben Bauelement wie der Reflektor. Die Einzelspiegel werden so eingestellt, dass sie zwei Stellungen einnehmen können. Einmal gelangt der einfallende Lichtstrahl 31 vom hier nur symbolisch dargestellten Bauelement mit der Lichtquelle über die Linse 21 auf den Reflektor 22, der aus mindestens zwei Einzelspiegeln bestehen muss, und von dort als reflektierter Strahl 32 auf den Detektor 23. Weiter kann in einer zweiten Spiegelstellung der Lichtstrahl 31 als Strahl 33 vom Reflektor 22 auf einen zweiten Reflektor 24 und danach den Detektor 25 treffen.In 2 a further embodiment of the invention is shown. Here the detectors are in the same component as the reflector. The individual mirrors are adjusted so that they can occupy two positions. Once the incoming light beam arrives 31 from here only symbolically illustrated component with the light source via the lens 21 on the reflector 22 , which must consist of at least two individual mirrors, and from there as a reflected beam 32 on the detector 23 , Furthermore, in a second mirror position, the light beam 31 as a ray 33 from the reflector 22 on a second reflector 24 and then the detector 25 to meet.

In der im Zusammenhang mit 2 geschilderten Art und Weise kann in dieser Anordnung der Auftreffort nicht nur auf zwei, sondern sogar auf drei im Lichtweg hintereinander angeordneten Elementen bestimmt werden, nämlich auf dem Reflektor 22, dem Detektor 23 und dem zweitem Detektor 25. Wiederum ist er Reflektor 22 aus mindestens zwei, besser vielen Einzelreflektoren bestehend ausgeführt. Somit ist es möglich, zwischen den beiden oben beschriebenen Stellungen des Reflektors für jeden Einzelreflektor hin- und herzuschalten. Dies kann, wie in Zusammenhang mit 1 beschrieben, auch mit Gruppen von Einzelreflektoren geschehen. Zeilen oder Spalten können solche Gruppen von Einzelreflektoren darstellen. In 2 ist weiter schematisch dargestellt, wie der Lichtstrahl 31 virtuell nach dem Reflektor 22 als Lichtstrahl 32' oder 33' auf den virtuellen Detektor 23' beziehungsweise 25' verläuft und so eine Messung an im Lichtweg hintereinander befindlichen Detektoren vorgenommen wird.In the context of 2 In this way, the location of impact can be determined in this arrangement not only on two but even on three elements arranged one behind the other in the light path, namely on the reflector 22 , the detector 23 and the second detector 25 , Again he is a reflector 22 made of at least two, better many individual reflectors running. Thus, it is possible to switch back and forth between the two positions of the reflector described above for each individual reflector. This may, as related to 1 described, also done with groups of individual reflectors. Rows or columns may represent such groups of individual reflectors. In 2 is further shown schematically as the light beam 31 virtually after the reflector 22 as a ray of light 32 ' or 33 ' on the virtual detector 23 ' respectively 25 ' runs and so a measurement is made on the light path in succession detectors.

In einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der MEMS-Spiegel gleichzeitig auch als Fotodetektor ausgeführt ist. Das heißt, dass jeder Einzelspiegel des flächigen Elements, also des Reflektors, gleichzeitig zum Beispiel als Fotodiode ausgeführt ist oder auch als ein Pixel eines CCD- oder CMOS-Detektors. Ein Fotodetektor und das reflektierende Element fallen dann zusammen. Es ist möglich, auf einen der beiden Detektoren 23 oder 25 zu verzichten, wenn der Reflektor selbst aus detektierenden Einzelreflektoren besteht. So kann die Ausführungsform der 2 verwirklicht werden bei verringerter Anzahl elektronischer Bauelemente.In another particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the MEMS mirror is simultaneously designed as a photodetector. This means that each individual mirror of the planar element, that is to say of the reflector, is simultaneously designed, for example, as a photodiode or as a pixel of a CCD or CMOS detector. A photodetector and the reflective element then coincide. It is possible on one of the two detectors 23 or 25 to dispense, if the reflector itself consists of detecting single reflectors. Thus, the embodiment of the 2 be realized with a reduced number of electronic components.

In der DE 39 11 307 ist beschrieben, dass Messungen an mehreren Punkten vorgenommen werden, z. B. unter mehreren Winkelstellungen der Wellen. Dabei kann es vorkommen, dass der Lichtfleck den Detektor verlässt. Dieser Effekt macht eine neue Ausrichtung der Detektoren auf der Welle notwendig. Mit der vorliegenden Erfindung kann diesem Effekt begegnet werden, indem durch eine Änderung der Winkelstellung der Einzelreflektoren der Huftreffpunkt des Lichtflecks wieder näher zur Mitte des Detektors gebracht wird. Hier ist es sinnvoll, solche beweglichen Einzelreflektoren zu verwenden, bei denen nicht nur zwischen zwei Winkelstellungen der Ausrichtung hin- und hergeschaltet werden kann, sondern bei denen die Winkelstellung der Ausrichtung in mehreren Schritten oder kontinuierlich verändert werden kann.In the DE 39 11 307 It is described that measurements are made at several points, e.g. B. under several angular positions of the waves. It may happen that the light spot leaves the detector. This effect necessitates a new alignment of the detectors on the shaft. With the present invention, this effect can be counteracted by bringing the hoof impact point of the light spot closer to the center of the detector by changing the angular position of the individual reflectors. Here it makes sense to use such movable single reflectors, in which not only between two angular positions of the alignment can be switched back and forth, but in which the angular position of the alignment can be changed in several steps or continuously.

In der DE 38 14 466 ist ein Sensor beschrieben, der zwei Detektoren enthält, die in großem Abstand auf der Welle hintereinander angeordnet sind. Bei solchen Systemen ist auch eine Abbildungslinse vorgesehen. Dadurch wird der virtuelle Abstand der Sensoren weiter vergrößert. Damit muss der Sensor in seiner Winkligkeit zum Lichtstrahl sehr genau ausgerichtet werden. Die vorliegende Erfindung begegnet diesem Nachteil, indem durch eine Änderung der Ausrichtung der Einzelreflektoren eine Korrektur einer eventuellen Fehlausrichtung des Sensors auf elektronischem Weg vorgenommen werden kann. Eine mechanische Ausrichtung des Sensors ist nicht mehr mit der bisherigen Genauigkeit erforderlich.In the DE 38 14 466 a sensor is described which contains two detectors, which are arranged at a large distance on the shaft one behind the other. In such systems, an imaging lens is also provided. This further increases the virtual distance of the sensors. Thus, the sensor must be aligned very accurately in its angularity to the light beam. The present invention addresses this drawback by correcting any misalignment of the sensor by electronic means by changing the orientation of the individual reflectors. A mechanical alignment of the sensor is no longer required with the previous accuracy.

Mit der vorliegenden Erfindung kann also die Genauigkeit bestehender Vorrichtungen in mehrfacher Hinsicht verbessert werden, indem die bestehenden Vorrichtungen durch die Einfügung eines aus mehreren Einzelspiegeln bestehenden reflektierenden Elements erweitert werden, das seinerseits andere Elemente ersetzen kann, wie z. B. Strahlteiler oder Fotodetektoren.With The present invention can therefore the accuracy of existing Devices can be improved in several ways by the existing devices by the insertion of one of several Single mirrors be expanded to existing reflective element, which in turn can replace other elements, such as B. beam splitter or Photodetectors.

Erstens kann die Zahl der gemessenen Auftrefforte erhöht werden. So ist eine bessere Mittelung möglich. Zweitens wird die Genauigkeit gesteigert, indem zum Beispiel immer Zeilen und Spalten von Spiegeln oder sogar einzelne Spiegel in ihren Auswirkungen auf die Signalstärke und/oder den Auftreffort untersucht werden können. Drittens wird die digitale Auswertung der die Detektorsignale zwar aufwändiger, aber auch stark verbessert. So können nun den z. B. spalten-/zeilenweise ausgelenkten Spiegeln Signalstärken und ggf. Signalorte einzelner Teile des Lichtflecks zugeordnet werden. In Zusammenhang mit der Berechnung der Intensitätsverteilung und Ortsverteilung eines Lichtflecks kann nun auch der Abstand zwischen Lichtquelle und flächigem Element berechnet werden. Dies war vor der Erfindung nicht möglich.First the number of measured points of incidence can be increased. So a better averaging is possible. Second, the Accuracy increased by, for example, always rows and columns of mirrors or even individual mirrors in their effects the signal strength and / or the impact location are examined can. Third, the digital evaluation of the detector signals Although more complex, but also greatly improved. So can now the z. B. column / line deflected mirrors signal strengths and possibly signal locations of individual parts of the light spot are assigned. In connection with the calculation of the intensity distribution and spatial distribution of a light spot can now also the distance between Calculated light source and planar element. This was not possible before the invention.

Weiter ist es möglich, dem Lichtfleck bestimmte geometrische Formen zu geben. Bisher wurde in dieser Beschreibung von einem Lichtfleck gesprochen, der im Normalfall über einen mehr oder weniger punktförmigen oder elliptischen Querschnitt verfügt. Es kann aber auch sinnvoll sein, den Lichtstrahl so aufzuweiten oder auszublenden, dass auf dem flächigen Element eine Linie entsteht. Auch andere Figuren, wie Fadenkreuze, Sterne, Ringe oder Gittermuster können mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.Further It is possible, the light spot certain geometric shapes to give. So far in this description was a light spot usually speaking about one more or less has point-shaped or elliptical cross-section. But it may also be useful to expand the light beam so or hide that on the sheet element a Line arises. Also other figures, such as crosshairs, stars, rings or lattice patterns can be used with the present invention become.

Bei Auswahl einer geeigneten Form kann die digitale oder elektronische Auswertung entsprechend gewählt werden. Wenn z. B. eine gerade Linie als Form des Lichtstrahls gewählt wird, so kann die Ansteuerung der Einzelspiegel in einem ersten Versuch zeilen- und spaltenweise erfolgen. Wird nur eine einfache Fotodiode als Detektor verwendet, so kann aufgrund des Ergebnisses dieser ersten Messung eine zweite vorgenommen werden, bei der das Ergebnis der im Computer vorgenommenen Anpassung einer Geraden an die Orte der Einzelspiegel, deren Bewegung die höchste Verringerung des Signals auf der Fotodiode mit sich brachte. Dann werden nur noch diese Spiegel in ihrer Ausrichtung verändert, so dass der von ihnen reflektierte Teil der Lichtlinie nicht mehr auf die Fotodiode gelangen kann. Auf der Basis dieser zweiten Messung können dann iterativ diejenigen Einzelspiegel ermittelt werden, deren Auslenkung das Signal auf der Fotodiode ganz zum Verschwinden bringt. Wenn diese dann einmal ermittelt sind, kann weiter in einer komplementären Vergleichsmessung durch Auslenken nur der nach den bisherigen Ergebnissen nicht getroffenen Einzelspiegel überprüft werden, ob sich jetzt das Signal der Fotodiode nicht verringert. Es versteht sich, dass die hier für eine Lichtlinie vorgenommenen Überlegungen auch auf andere geometrische Figuren angewendet werden können. Es können auch die bekannten Verfahren zur Auswertung von Signalen auf bildgebenden Sensoren herangezogen werden, die nicht notwendigerweise den oben beschriebenen iterativen Prozess umfassen.at Selection of a suitable form can be digital or electronic Evaluation be selected accordingly. If z. Legs straight line is chosen as the shape of the light beam, so can control the individual mirrors in a first attempt row- and in columns. Will only use a simple photodiode as Detector can be used as a result of this first Measurement can be made a second, in which the result of the made in the computer adjusting a straight line to the places of Single mirror, whose movement is the highest reduction of the signal on the photodiode. Then only even these mirrors changed their orientation, so that the Part of the light line reflected from them no longer on the photodiode can get. On the basis of this second measurement can then iteratively those individual levels are determined whose deflection the Signal on the photodiode completely disappears. If those Once determined, may continue in a complementary Comparison measurement by deflecting only after the previous results untreated individual mirrors are checked, if now the signal of the photodiode does not decrease. It understands itself, that the reflections made here for a line of light can also be applied to other geometric figures. It can also the known methods for the evaluation of Signals are used on imaging sensors, not necessarily include the iterative process described above.

Vorrichtung und Verfahren der vorliegenden Erfindung können vorteilhaft nicht nur, wie in der DE 39 11 307 beschrieben, zur Ausrichtung zweier Gegenstände relativ zueinander verwendet werden, sondern auch zur Vermessung der Geradheit eines Gegenstands, indem eine der beiden Komponenten der Vorrichtung entlang des Gegenstandes geführt wird.Apparatus and methods of the present invention may advantageously not only, as in the DE 39 11 307 be used to align two objects relative to each other, but also to measure the straightness of an object by one of the two components the device is guided along the article.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - ,Shaft Alignment Handbook' von John Piotrowski [0011] - Shaft Alignment Handbook by John Piotrowski [0011]

Claims (17)

Vorrichtung zum Erkennen des Auftrefforts eines Lichtstrahls (3) auf einem flächigen Element (6, 7), die mindestens eine einen Lichtstrahl aussendenden Lichtquelle (5), mindestens ein reflektierendes Element (6) und mindestens einen Fotodetektor (7) enthält, wobei das mindestens eine reflektierende Element (6) aus zwei oder mehr Einzelreflektoren (6a) zusammengesetzt ist und mindestens einer der Einzelreflektoren (6a) in seiner Ausrichtung verändert werden kann.Device for detecting the point of impact of a light beam ( 3 ) on a planar element ( 6 . 7 ), the at least one light beam emitting a light source ( 5 ), at least one reflective element ( 6 ) and at least one photodetector ( 7 ), wherein the at least one reflective element ( 6 ) of two or more individual reflectors ( 6a ) and at least one of the individual reflectors ( 6a ) can be changed in its orientation. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in ihrer Ausrichtung veränderbaren Einzelreflektoren (6a) in einer Ebene liegen.Device according to Claim 1, characterized in that the individual reflectors ( 6a ) lie in one plane. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelreflektoren (6a) das flächige Element (6) lückenlos bedecken.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the individual reflectors ( 6a ) the planar element ( 6 ) completely cover. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Element (6, 7) ein Fotodetektor (6) ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the planar element ( 6 . 7 ) a photodetector ( 6 ). Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (3) auf dem flächigen Element (6, 7) einen Lichtfleck erzeugt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light beam ( 3 ) on the planar element ( 6 . 7 ) produces a light spot. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (3) auf dem flächigen Element (6, 7) eine Lichtlinie erzeugt.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light beam ( 3 ) on the planar element ( 6 . 7 ) creates a light line. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass der Lichtstrahl (3) auf dem flächigen Element (6, 7) eine geometrische Figur erzeugt.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light beam ( 3 ) on the planar element ( 6 . 7 ) creates a geometric figure. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fotodetektor (7) eine Fotodiode ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the photodetector ( 7 ) is a photodiode. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fotodetektor (7) ein PSD ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the photodetector ( 7 ) is a PSD. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fotodetektor (7) pixelorientiert ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the photodetector ( 7 ) is pixel-oriented. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fotodetektor (7) ein CMOS-Detektor ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the photodetector ( 7 ) is a CMOS detector. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fotodetektor (7) ein CCD-Detektor ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the photodetector ( 7 ) is a CCD detector. Verfahren zum Erkennen des Auftrefforts eines von einer Lichtquelle (5) ausgehenden Lichtstrahls (3) auf einem flächigen Element (6, 7), wobei mit einem aus mindestens zwei Einzelreflektoren (6a) bestehenden reflektierenden Element (6) der Auftreffort des Lichtstrahls (3) ermittelt wird durch Änderung der Ausrichtung der Einzelreflektoren (6a) relativ zum Lichtstrahl (3).Method for detecting the point of impact of a light source ( 5 ) outgoing light beam ( 3 ) on a planar element ( 6 . 7 ), with one of at least two individual reflectors ( 6a ) existing reflective element ( 6 ) the place of impingement of the light beam ( 3 ) is determined by changing the orientation of the individual reflectors ( 6a ) relative to the light beam ( 3 ). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Lichtquelle (5) und dem flächigen Element (6, 7) ermittelt wird.Method according to claim 13, characterized in that the distance between the light source ( 5 ) and the planar element ( 6 . 7 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Einzelreflektoren (6a) für mehrere Einzelreflektoren gleich geändert wird.Method according to claim 13, characterized in that the orientation of the individual reflectors ( 6a ) is changed the same for several individual reflectors. Verfahren nach Anspruch 13 zur Ausrichtung von zwei oder mehr Gegenständen relativ zueinander.Method according to claim 13 for aligning two or more objects relative to each other. Verfahren nach Anspruch 13 zur Vermessung der Geradheit eines Gegenstands.Method according to claim 13 for measuring the straightness of an object.
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