DD215159A1

DD215159A1 - MEASURING DEVICE FOR THE OPTOELECTRONIC LAYOUT DETERMINATION OF AN EXTENDED KOHAERENTEN LICHTBUENDELS

Info

Publication number: DD215159A1
Application number: DD25111783A
Authority: DD
Inventors: Guenter Ssymank; Reinhard Krelle; Rolf Geissler
Original assignee: Forsch Entw U Rationalisierung
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1984-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Einrichtung zur Kontrolle und Messung der Lageabweichung einjustierter aufgeweiteter kohaerenter Lichtbuendel vorrangig Laserstrahlen in einer Zielebene mit ortsveraenderlicher einfacher Anzeige der Abweichung auf einem Quasileuchtbandkrez mit dem Ziel, bei Messungen im Bereich zwischen Laserstrahlquelle und Zielebene die Fluchtstrahlkontrolle nahe dem Messort unmittelbar durchfuehren zu koennen. Die erfindungsgemaesse Einrichtung besteht aus einem in der Fluchtachse angeordneten Zweikoordinatenempfaenger, der die der Strahlauswanderung entsprechenden Lichtenergiedifferenz in proportionale elektrische Groessen umwandelt, die nach Verstaerkung und Bewertung visuell als aufleuchtender Teil der in dem Quasileuchtbandkreuz angeordneten Leuchtdioden als richtungsabhaengige Abweichung in zwei Koordinaten angezeigt wird.The invention relates to an optoelectronic device for controlling and measuring the positional deviation of adjusted flared coherent light beams, primarily laser beams in a target plane with spatially veritable simple indication of the deviation on a quasi-light strip, with the aim of directly performing the alignment control near the measuring location for measurements in the area between laser beam source and target plane can. The inventive device consists of a arranged in the alignment axis Zweikoordinatenempfaenger that converts the beam emigration corresponding light energy difference in electrical proportions, which is displayed after Verstaerkung and evaluation visually as a flashing part of arranged in the Quasileuchtbandkreuz LEDs as directional deviation in two coordinates.

Description

Titel der Erfindung 'Title of the invention

Meßeinrichtung zur optoelektronischenLagebestimmung eines aufgeweiteten kohärenten LiGhtbündelsMeasuring device for the optoelectronic position determination of an expanded coherent LiGhtbündels

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur optoelektronischen Lagebestimmung eines aufgeweiteten kohärenten Lichtbündels zur Kontrolle und Messung der -Lageabweichung. von Fluchtlinien, vorrangig von durch Laser ausgesendeten aufgeweiteten kohärenten Lichtstrahlen in der Zielebene senkrecht zur Pluchtachse, deren Einsatz vorzugsweise bei der Durchführung von Fluchtungen, Positionierungen und Ermittlung von Abständen zu 0. g. Fluchtlinien geeignet ist»The invention relates to a measuring device for optoelectronic position determination of a widened coherent light beam for the control and measurement of the -lag deviation. of alignment lines, primarily of laser-emitted expanded coherent light beams in the target plane perpendicular to the training axis, their use preferably in carrying out alignment, positioning and determination of distances to 0. g. Flight lines is suitable »

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Geräte und Vorrichtungen mit denen die Pluchtachse bzw. Lageabweichung der Fluchtachse in der Zielebene aufgeweiteter kohärenter Lichtbündel, vorrangig Laserstrahlen optoelektronisch bestimmt wird, werden in verschiedenen Ausführungen, vorzugsweise als Fluchtungs- und Richtungsprüfgeräte angewendet.Devices and devices with which the focus axis or positional deviation of the alignment axis in the target plane of expanded coherent light beam, primarily laser beams opto-electronically determined, are used in various embodiments, preferably as alignment and Richtungsprüfgeräte.

Charakteristisch für die bekannten technischen Lösungen ist, daß diese optoelektronischen Vorrichtungen zur Strahllagebestisnmung sowohl auf die einzelnen Verfahren, die zur Verringerung des Einflusses der UmweltfaktorenCharacteristic of the known technical solutions is that these optoelectronic devices for Strahllagebestisnmung both on the individual procedures that reduce the influence of environmental factors

auf den Laserstrahl entwickelt wurden, als- auch auf die Verwendung spezieller optischer Anordnungen und spezifischer elektronischer Bauelemente zugeschnitten sind. Aus der Literatur und einschlägigen Fachzeitschriften ist eine elektronische Schaltungsanordnung mit einer Vierquadrantenfotodiode zur Umwandlung der Lichtleistung in elektrische Größen als Hulldetektor sowie im Zusammenhang mit einem Laser-Geradheitsmeßs^stem eine elektronische Auswerteeinheit miteinem speziellen Vier-. quadrantenempfanger mit Fotodioden bekannt.were designed for the laser beam, as are also tailored to the use of special optical arrangements and specific electronic components. An electronic circuit arrangement with a four-quadrant photodiode for converting the light output into electrical quantities as a hull detector and, in connection with a laser straightness measuring system, an electronic evaluation unit with a special four-fold detector are known from the literature and relevant specialist journals. quadrant receiver known with photodiodes.

Bekannt, ist weiterhin ein elektronischer Empfänger mit Vierschichtdioden als Fulldetektor sowie auf spezielle Verfahren zugeschnittene komplizierte und;aufwendigeAlso known is an electronic receiver with four-layer diodes as a full detector and tailored to specific processes complicated and; consuming

·.- Geräte wie z. B. na Gh DE-OS 15 93 480, DE-A3 20.00 828 und DE-OS 22 08 004. · .- devices such. B. na Gh DE-OS 15 93 480, DE-A3 20.00 828 and DE-OS 22 08 004.

Dabei sind die zur Verstärkung der durch die optoelektronischen Wandler abgegebenen elektrischen Größen zu- ' .-.-sammenwirkenden Baustufen wie z. S* Vorverstärker, Differenzverstärker und Anzeigeverstärker als Stand der Technik einzuordnen, wobei die Meßwertanzeige über herkömmliche Zeigerinstrumente realisiert wird. Alle diese Schaltungaanordnungen gewährleisten bei großen gerätetechnischen Aufwand eine hohe Meßgenauigkeit der Lageabweichungen von Laserstrahlen, aber deren An-Wendung bei Meßverfahren mit mittleren Genauigkeitsforderungen als Laserstrahlkontrolleinrichtung ökonomisch nicht vertretbar ist.In this case, to amplify the output by the optoelectronic transducer electrical quantities to '.-. - .- cooperating stages such. S * preamplifier, differential amplifier and display amplifier to classify as prior art, the measured value display is realized via conventional pointer instruments. All these Schaltaanordnungen ensure high equipment accuracy high accuracy of the positional deviations of laser beams, but their An-turn in measurement method with medium accuracy requirements as a laser beam control device is not economically justifiable.

Einrichtungen zur Leuchtband-Meßwertanzeige sind als eigenständige elektronische Lösungen bekannt.Devices for luminous band measured value display are known as independent electronic solutions.

In der DE-AS 22 33 765 wird eine Einrichtung zur Anzeige einer Meßspannung in Form eines Leuchtbandes beschrieben, dessen Länge der Meßspannung proportional ist und aus zahlreichen aneinandergereihten Leuchtsegmenten besteht, die über zugehörige Schalter mit einer Erregerspannung verbunden sind, wobei jeder dieser Schalter als Komparator wirkt, der eine dem jeweiligen Leucht-In DE-AS 22 33 765 a device for displaying a measuring voltage in the form of a light strip is described, the length of the measuring voltage is proportional and consists of numerous juxtaposed light segments, which are connected via associated switches with an excitation voltage, each of these switches as a comparator acts, the one the respective lighting

segment zugeordnete Referenzspannung mit der Meßspannung vergleicht und das Leuohtsegment an eine Energiespannung legt, wenn die Meßspannung größer als die Referenzspannung ist. nachteilig bei dieser Lösung ist, daß der Meßwert.nur in einer Ordinate angezeigt wird und einen hohen gerätetechnischen Aufwand erfordert.segment compares reference voltage with the measuring voltage and the Leuohtsegment applies to an energy voltage when the measuring voltage is greater than the reference voltage. A disadvantage of this solution is that the Meßwert.nur appears in an ordinate and requires a high level of equipment complexity.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung "besteht darin, eine Meßeinrichtung zur optoelektronischen Lagebestimmung von aufgeweiteten ko-TO härenten Lichtbündeln, vorzugsweise Laserstrahlen au schaf- J. fen, die mit erheblich geringeren gerätetechnischeu Aufwand herzustellen ist und bei einfacher Bedienung auch im praktischen Betriebseinsatz die geforderte Meßgenauiglceit sichert.The aim of the invention "is a measuring device for optoelectronic orientation of expanded co-TO ent light beams, preferably laser beams au sheep J. fen, which is prepared at considerably lower gerätetechnischeu curve and resulting in ease of use in practical operational use, the required Meßgenauiglceit ,

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringen ge- : rätetechnischen Aufwand die Lage eines-kohärenten Lichtbündels optoelektronisch in zwei Koordinaten zu erfassen, geringe Abweichungen vom Zielpunkt auf der gesamten Länge The object of the invention is to record the position of a coherent light bundle opto-electronically in two coordinates with little equipment-related outlay, small deviations from the target point over the entire length

PQ· dea Lichtbündels sichtbar darzustellen und Überschreitungen >, des zulässigen Toleranzbereiches anzuzeigen· Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Empfänger je zwei im Abstand des halben Lichtbündeldurchmessers paarweise in der x- und j-Achse konzentrisch zu einem Mittelpunkt M angeordnete Potodioden senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind, wobei die auf die paarweise gegenüberstehenden Fotodioden auftreffende Strahlungsenergiedifferena, die mit einer elektronischen Schaltung in eine analoge elektrische Größe umgewandelt, ein Maß für die Abweichung in x- und j-Richtung vom Mittelpunkt M darstellt, das auf einen mit Lichtemitterdioden aufgebauten Quasileuchtbandkreuz visuell mit Toleranzbereichsgrenze und -Überschreitung einstellbar angezeigt wird.According to the invention the object is achieved in that in a receiver each two spaced at half the beam diameter in pairs in the x- and j-axis concentric to a center M arranged perpendicular to the photodiodes P the radiant energy radiations incident on the paired opposed photodiodes, which are converted into an analog electrical quantity by an electronic circuit, is a measure of the deviation in the x and j directions from the center M, which crosses on a quasi-light strip constructed with light emitting diodes is displayed visually with tolerance range limit and overshoot adjustable.

Auf dem Leuchtbandkreuz ist die Richtungsabweichung eines nach dem Reflexionsverfahren einjustierten kohärenten Lichtbündels mit Amplitudenabhängigkeit der Strahlungsenergie senkrecht zur Ausbreitungsrichtung durch Länge und Richtung der aufleuchtenden Leuchtbänder in x- und j-Richtung ablesbar, wobei die Lichtbandlänge die Auflösung der Anzeige beeinflußt und Toleranzbereichsüberschreitungen richtungsabhängig angezeigt werden. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß unmittelbar vor, zwischen und nach Meßvorgängen mit einem kohärenten Lichtbündel, vorzugsweise aufgeweiteten Laserstrahl, die Strahllage und damit die Richtungsabweichungen ständig W kontrollier- und meßbar sowie über größere Entfernungen visuell einfach ablesbar gestaltet ist und damit Strahllagekontrolle und Meßrorgang an beliebiger Stelle des Lichtbündels vom gleichen Ort erfolgen kann* Ein Einsatz als Meßeinrichtung zur Strahlmittelpunktbestimmung über die gesamte Liehtbündeilänge ist denkbar. Insgesamt wird mit dieser Meßeinrichtung bei: geringen technisch-ökonomischen Aufwand die Lage des aufgeweiteten kohärenten Lichtbündels ständig meß- und kontrollfähig gestaltet.The directional deviation of a coherent light beam adjusted by the reflection method with amplitude dependence of the radiation energy perpendicular to the direction of propagation through the length and direction of the illuminating light bands in x- and j-direction is readable on the light ribbon cross, whereby the light band length influences the resolution of the display and tolerance range overshoots are displayed depending on the direction. The advantage of the invention is that immediately before, between and after measuring operations with a coherent light beam, preferably expanded laser beam, the beam position and thus the directional deviations constantly W controlled and measurable and designed over long distances visually easy to read and thus beam position control and Meßrorgang can be done at any point of the light beam from the same place * A use as a measuring device for Strahlmittelpunktbestimmung over the entire Liehtbündeilänge is conceivable. Overall, the position of the expanded coherent light beam is constantly being measured and controlled with this measuring device at: low technical and economic effort.

Ausführungsbeispielembodiment

' Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei-3piel näher erläutert.The invention will be explained in more detail in an exemplary embodiment.

Pig. 1 zeigt das Prinzip der MeßeinrichtungPig. 1 shows the principle of the measuring device

Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung der FotodiodenFig. 2 shows schematically the arrangement of the photodiodes

Pig. 3 zeigt schematisch das QuäsileuchtbandkreuzPig. 3 schematically shows the quasi-strip cross

Pig. 4 zeigt das elektrische BlockschaltbildPig. 4 shows the electrical block diagram

Das in der Pig. .1 dargestellte Prinzip der Meßeinrichtung . zeigt die Anordnung des Empfängers 1 im kohärenten kreisförmigen Lichtbündel und die über ein flexibles 'Kabel 2 angeschlossene ortsveränderliche Anzeigeeinheit 3.That in the Pig. .1 illustrated principle of the measuring device. shows the arrangement of the receiver 1 in the coherent circular light beam and connected via a flexible 'cable 2 portable display unit. 3

Am Empfänger ist stirnseitig eine Halterung 4 wahlweise für Justagespiegel oder Abschirmung 5 gegen Premdlicht befestigte In Pig. 2 ist der Empfänger 1 mit der paarweisen konzentrischen Anordnung der Fotodioden 6 um den Mittelpunkt M derOn the front side of the receiver is a holder 4 either for adjustment mirror or shield 5 against premedlicht In Pig. 2 is the receiver 1 with the pairwise concentric arrangement of the photodiodes 6 around the center M of

Q5 x- und y-Achae dargestellt. Die in Pig. 3 gezeigte Vorderansicht der Anzeigeeinheit 3 wird bestimmt durch die aus Leuchtdioden 7 bestehenden Quasileuchtbänder 9 mit Mittel-' punktanzeige 8, die ein Zielkreuz bilden. Die Quasileuchtbänder 9 sind entsprechend den Meßachsen des Smpfängers 1 angeordnet mit Toleranzbereichsüberschreitungsanzeige 10 und mit Warnblinkanzeige 13 für nicht zulässige Betriebsbedingungen.Q5 x- and y-achae shown. The one in Pig. 3 front view of the display unit 3 is determined by the light emitting diodes 7 Quasileuchtbänder 9 with mid 'point display 8, which form a target cross. The Quasileuchtbänder 9 are arranged according to the measuring axes of the Smpfängers 1 with tolerance range overshoot indicator 10 and with hazard warning indicator 13 for inadmissible operating conditions.

: Aus den in Pig. 4 gezeigten Blockschaltbild ist die elektrische Punktion der Heßanordnung ersichtlich. Der Smpfänger 1, in dem die auf die vier Fotodioden 6 auftreffende: From those in Pig. 4, the electric puncture of the Hessanordnung is apparent. The receiver 1 in which the incident on the four photodiodes 6

Strahlungsenergie in eine dieser proportionale elektrische Größe umgewandelt wird, ist über ein:flexibles Kabel 2 mit den vier Eingangskanälen der Anzeigeeinheit 3 gekoppelt, in der durch die Bewertungsschaltung, bestehend aus den Differenzverstärkern horizontal/vertikal, mit.Toleranzbereichseinstellung, die der Strahlabweichung in x- and j-Richtung proportionale Spannung erzeugt wird. Die Aussteuerbaugruppen für horizontale und vertikale Strahlauslenkung bewirken ein Aufleuchten der im BereichRadiation energy is converted into one of these proportional electrical size is coupled via a: flexible cable 2 with the four input channels of the display unit 3, in which by the evaluation circuit consisting of the differential amplifiers horizontal / vertical, with .Toleranzbereichseinstellung, the beam deviation in x-. and j-direction proportional voltage is generated. The control modules for horizontal and vertical beam deflection cause a lighting up in the area

-25 11 und 12 angeordneten Leuchtdioden, wobei die aufleuchtenden Bereiche der Quasileuchtbänder 9 die Größe der Strahlauswanderung im eingestellten Gesanittoleranzbereich richtungs abhängig anzeigen. .'. '.. .. Stimmt die Lage des Lichtbündels in der Zielebene mit der vorher einjustierten Lage des Smpfängers 1 überein, leuchtet die Mittelpunktanzeige 8 auf, eine Überschreitung des zulässigen Toleranzbereiches läßt die betreffende Toleranzbereichsüberschreitungsanzeige TO aufleuchten. Nichtzulässige Betriebsbedingungen werden durch die Warnblinkanlage 13 angezeigt.-25 11 and 12 arranged light-emitting diodes, wherein the illuminated areas of Quasileuchtbänder 9 indicate the size of the beam emigration in the set Gesanittoleranzbereich direction dependent. . '. '.. .. If the position of the light beam in the target plane coincides with the previously adjusted position of the mascot 1, the mid-point display 8 lights up, exceeding the permissible tolerance range causes the respective tolerance range exceeding indicator TO to light up. Illegal operating conditions are indicated by the hazard warning lights 13.

Claims

Inquiry spoke

1. Measuring device for optoelectronic position determination of a widened coherent light beam, preferably by laser beam generated alignment axis in a target plane perpendicular to the alignment axis characterized - characterized in that in a receiver (1) each two at a distance of half Strahlbündeldurohmessers concentric to the center (M) perpendicular to each other -. standing photodiodes (6) are arranged, wherein the two pairs arranged perpendicular to each other in the receiver (1); Photodiodes in the target plane around the Mt

, form the point (M) arbitrarily adjustable Zweikoordinatenmeßsystem, the receiver (1) with the portable display unit (3) by a flexible cable (2) is electrically connected and on the front panel of the display unit (3) ice in the same coordinate position arranged, consisting of light-emitting diodes Quasileüchtbandkreuz (9), the beam position with the 2oleranzbereich and Leuchtdiodenansahl dependent resolution displays measurable. ,

2. Measuring device according to item 1, characterized in that arranged in a plane photodiodes (6) of the electrically aligned to the center (M)! Receiver (1) are aligned with an insertable plane-parallel mirror perpendicular to the beam axis.

For this 2 sheets drawings I