DE102013022637B3 - Alignment element for an optical distance sensor, optical sensor arrangement and method for aligning an optical distance sensor - Google Patents

Alignment element for an optical distance sensor, optical sensor arrangement and method for aligning an optical distance sensor Download PDF

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Abstract

Ausrichtelement für einen optischen Abstandssensor (1), insbesondere einen optischen Abstandssensor (1) zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung, wobei das Ausrichtelement (15) mindestens eine Einstrahlfläche (19) aufweist oder ausbildet, wobei das Ausrichtelement (15) im Bereich der Einstrahlfläche (19) eine Durchstrahlöffnung (21) mit einem vorbestimmten Durchmesser aufweist, wobei das Ausrichtelement (15) mindestens ein Befestigungsmittel zur Befestigung des Ausrichtelements (15) an dem optischen Abstandssensor (1) aufweist oder ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder relativ zu der Durchstrahlöffnung (21) angeordnet ist, dass der optische Abstandssensor (1) eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche gerichteter Lichtstrahl (10) zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche (19) durch die Durchstrahlöffnung (21) tritt, wobei die Einstrahlfläche (19) des Ausrichtelements (15), die die Durchstrahlöffnung (21) aufweist, als Reflexionsfläche ausgebildet ist oder eine Reflexionsfläche aufweist, wobei die Reflexionsfläche Lichtstrahlen aus einem vorbestimmten Spektralbereich reflektiert.Alignment element for an optical distance sensor (1), in particular an optical distance sensor (1) for determining a movement error of a rotary device, the alignment element (15) having or forming at least one irradiation surface (19), the alignment element (15) in the region of the irradiation surface ( 19) has a transmission opening (21) with a predetermined diameter, wherein the alignment element (15) has or forms at least one fastening means for fastening the alignment element (15) to the optical distance sensor (1), characterized in that the at least one fastening means is designed in such a way and/or is arranged relative to the transmission opening (21) in such a way that the optical distance sensor (1) has a desired orientation when a light beam (10) directed onto the irradiation surface passes at least partially from the side of the irradiation surface (19) through the transmission opening (21 ) occurs, with the irradiation surface (19) of the alignment lements (15), which has the transmission opening (21), is designed as a reflective surface or has a reflective surface, the reflective surface reflecting light rays from a predetermined spectral range.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ausrichtelement für einen optischen Abstandssensor, insbesondere einen optischen Abstandssensor zur Abstandsmessung in einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung. Weiter betrifft die Erfindung eine optische Sensoranordnung, insbesondere zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung sowie ein Verfahren zur Ausrichtung eines solchen optischen Abstandssensors.The invention relates to an alignment element for an optical distance sensor, in particular an optical distance sensor for measuring distances in a device for determining a movement error of a rotary device. The invention further relates to an optical sensor arrangement, in particular for determining a movement error of a rotary device, and a method for aligning such an optical distance sensor.

Es sind optische Sensoren zur Abstandsmessung oder zur Messung von Winkelfehlern bekannt. So beschreibt die Veröffentlichung Probst et. al., „Messung von Winkel- und Formabweichungen an Spiegelpolygonfläche mit einem Phaseninterferometer“, PTB-Mitteilungen 103 1/93, 1993 ein sogenanntes Autokollimationsfernrohr (AKF) zur Messung von Winkelfehlern.Optical sensors for measuring distances or measuring angle errors are known. The publication Probst et. al., "Measurement of angular and shape deviations on a mirror polygon surface with a phase interferometer", PTB-Mitteilungen 103 1/93, 1993 a so-called autocollimation telescope (AKF) for measuring angular errors.

Optische Sensoren zur Abstandsmessung können z.B. einen Abstand zwischen dem Sensor und einem Zielobjekt messen. Solche optischen Sensoren können beispielsweise als sogenannte Sender-Empfänger-Sensoren ausgebildet sein, wobei ein Sender des Sensors einen Lichtstrahl erzeugt und ein Empfänger des Sensors den (reflektierten) Lichtstrahl empfängt und in Abhängigkeit des empfangenen Lichtstrahls den Abstand ermittelt.For example, optical distance measuring sensors can measure a distance between the sensor and a target object. Such optical sensors can be designed, for example, as so-called transmitter-receiver sensors, with a transmitter of the sensor generating a light beam and a receiver of the sensor receiving the (reflected) light beam and determining the distance as a function of the received light beam.

Es ist auch bekannt, optische Sensoren zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung zu verwenden. Eine Drehvorrichtung bezeichnet hierbei eine Vorrichtung, wobei mindestens ein drehbarer Teil der Drehvorrichtung um eine Drehachse drehbar ist. Solche Drehvorrichtungen können beispielsweise Drehschwenkgelenke oder Drehtische sein.It is also known to use optical sensors to determine a movement error of a rotary device. In this case, a rotary device designates a device, wherein at least one rotatable part of the rotary device can be rotated about an axis of rotation. Such rotary devices can be, for example, swivel joints or turntables.

Während einer Drehung des drehbaren Teils der Drehvorrichtung um die Drehachse können Bewegungsfehler auftreten, die aus einer Abweichung von einer idealen, reinen Drehbewegung resultieren. Derartige Abweichungen werden z.B. durch eine Lagerung des drehbaren Teils, einer Bewegungsführung des drehbaren Teils, aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder durch in oder auf die Drehachse wirkende Kräfte oder Momente verursacht. Solche Kräfte und Momente können hierbei statische oder dynamische Kräfte oder Momente sein.During a rotation of the rotatable part of the rotary device about the axis of rotation, movement errors can occur which result from a deviation from an ideal, pure rotary movement. Such deviations are caused, for example, by a bearing of the rotatable part, a movement guidance of the rotatable part, due to manufacturing tolerances and/or by forces or moments acting in or on the axis of rotation. Such forces and moments can be static or dynamic forces or moments.

Der Begriff Bewegungsfehler umfasst hierbei translatorische und rotatorische Bewegungsfehler. Somit können bei einer Drehung um die Drehachse Abweichungen von der idealen Drehbewegung in sechs voneinander unabhängigen Freiheitsgraden auftreten. Bei mehrstufigen Drehvorrichtungen, die also mehrere Drehachsen aufweisen, sind Bewegungsfehler einer Drehachse gegebenenfalls zusätzlich abhängig von einer Winkelposition der verbleibenden Drehachse(n).The term movement error here includes translational and rotational movement errors. Thus, when rotating around the axis of rotation, deviations from the ideal rotational movement can occur in six mutually independent degrees of freedom. In the case of multi-stage rotary devices, which therefore have a plurality of rotary axes, movement errors in one rotary axis may also be dependent on an angular position of the remaining rotary axis(s).

Aus diesem Grund ist es üblich, Bewegungsfehler einer Drehvorrichtung zu erfassen, um beispielsweise eine Aussage über eine Genauigkeit, insbesondere Drehgenauigkeit, der Drehvorrichtung machen zu können. In Abhängigkeit von ermittelten Bewegungsfehlern der Drehvorrichtung kann auch eine Kalibrierung der Drehvorrichtung erfolgen, wobei z.B. systematische Bewegungsfehler ermittelt und anschließend rechnerisch korrigiert werden können. Insbesondere kann ein Bewegungsfehler zu bestimmten oder allen Winkelpositionen der Drehachse ermittelt werden. Somit kann später, beispielsweise im Betrieb der Drehvorrichtung, dieser Bewegungsfehler berücksichtigt werden. Wird die Drehachse zur Positionierung z.B. eines Werkstückes bei einer Bearbeitung oder Vermessung des Werkstückes genutzt, so kann der vorher ermittelte Bewegungsfehler bei der Bearbeitung oder Vermessung des Werkstückes berücksichtigt werden. Insbesondere kann der Bewegungsfehler bei der Vermessung eines Werkstückes durch ein Koordinatenmessgerät (KMG) berücksichtigt werden, um eine Vermessungsgenauigkeit zu erhöhen.For this reason, it is customary to detect movement errors of a rotating device in order, for example, to be able to make a statement about the accuracy, in particular rotational accuracy, of the rotating device. Depending on the determined movement errors of the rotary device, the rotary device can also be calibrated, whereby, for example, systematic movement errors can be determined and then corrected by calculation. In particular, a movement error can be determined for certain or all angular positions of the axis of rotation. This movement error can thus be taken into account later, for example during operation of the rotary device. If the rotary axis is used, for example, to position a workpiece when machining or measuring the workpiece, the previously determined movement error can be taken into account when machining or measuring the workpiece. In particular, the movement error can be taken into account when measuring a workpiece using a coordinate measuring machine (CMM) in order to increase the measuring accuracy.

Die nachveröffentlichte WO 2014 / 108 187 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung eines oder mehrerer Fehler eines Drehpositionsermittlungssystems. Hierbei wird ein Prüfkörper oder Prüfelement, insbesondere ein rotationssymmetrisches Prüfelement, und eine Sensoranordnung zur Ermittlung des vorhergehend erläuterten Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung beschrieben. In der Druckschrift wird ein Sensorhalter mit drei senkrecht zueinander stehenden Wänden beschrieben. An den Wänden sind Abstandssensoren angebracht, die einen Abstand zwischen den Abstandssensoren und dem vorhergehend erwähnten Prüfelement erfassen. In Abhängigkeit der Ausgangssignale dieser Abstandssensoren können Translationsfehler in drei voneinander unabhängigen Raumrichtungen sowie Rotationsfehler um zwei voneinander unabhängige Raumrichtungen ermittelt werden.The subsequently published WO 2014/108 187 A1 discloses a method for determining one or more errors in a rotational position determination system. A test body or test element, in particular a rotationally symmetrical test element, and a sensor arrangement for determining the previously explained movement error of a rotary device are described here. The publication describes a sensor holder with three walls that are perpendicular to one another. Distance sensors are attached to the walls, which detect a distance between the distance sensors and the test element mentioned above. Depending on the output signals of these distance sensors, translational errors in three independent spatial directions as well as rotational errors in two independent spatial directions can be determined.

Die WO 2013 / 007 285 A1 offenbart eine Korrektur und/oder Vermeidung von Fehlern bei der Messung von Koordinaten eines Werkstückes. Hierin wird ein Messsystem beschrieben, welches einen Stab umfasst, der zwei kugelförmige Messkörper trägt, die in axialer Richtung in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Weiter ist ein Arm offenbart, an dem eine Anordnung von Sensoren befestigt ist. Hierbei ist ein erster Sensor in axialer Richtung auf eine obere Kugel gerichtet, um eine Relativposition in einer axialen Richtung zu messen. Ein zweiter und ein dritter Sensor sind in radialer Richtung auf die obere Kugel ausgerichtet, wobei die Sensoren in verschiedene, z.B. zueinander senkrecht stehenden, Richtungen ausgerichtet sind, um radiale Relativpositionen in zwei verschiedenen Richtungen zu messen. Ein vierter und ein fünfter Sensor sind ebenfalls in zwei zueinander senkrecht stehenden radialen Richtungen ausgerichtet, jedoch auf die untere Kugel, um zwei voneinander unabhängige radiale Relativpositionen an einer anderen axialen Position zu messen. Der Stab kann hierbei konzentrisch oder annähern konzentrisch zu der zu vermessenden Drehachse auf dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung angeordnet sein. Weiter beschreibt die Druckschrift, wie Messsignale der Sensoren genutzt werden können, um eine relative Position und/oder Ausrichtung der Kugeln zueinander zu ermitteln und/oder eine Veränderung der relativen Position und/oder Ausrichtung der Kugeln zu ermitteln und/oder zu korrigieren.WO 2013/007 285 A1 discloses a correction and/or avoidance of errors when measuring coordinates of a workpiece. A measuring system is described herein which comprises a rod which carries two spherical measuring bodies which are arranged at a predetermined distance from one another in the axial direction. Also disclosed is an arm to which is attached an array of sensors. Here, a first sensor is directed toward an upper ball in the axial direction to measure a relative position in an axial direction. A second and third sensor are radially aligned with the upper sphere, where the sensors are aligned in different directions, for example perpendicular to one another, in order to measure radial relative positions in two different directions. A fourth and a fifth sensor are also aligned in two mutually perpendicular radial directions, but on the lower sphere to measure two independent relative radial positions at another axial position. The rod can be arranged concentrically or approximately concentrically to the axis of rotation to be measured on the rotatable part of the rotary device. The publication also describes how measurement signals from the sensors can be used to determine a relative position and/or orientation of the balls to one another and/or to determine and/or correct a change in the relative position and/or orientation of the balls.

Die beiden Druckschriften beschreiben somit, wie Bewegungsfehler in fünf von sechs Freiheitsgraden durch die Verwendung von Abstandssensoren ermittelt werden können.The two documents thus describe how motion errors can be determined in five out of six degrees of freedom by using distance sensors.

Bei der Verwendung von optischen Abstandssensoren z.B. zur Ermittlung von Abständen zwischen den Sensoren und den Kugeln des vorhergehend erläuterten Doppelkugelnormals kann der Abstand durch Emittierung eines (Laser-)Lichtstrahls und eine Reflexion des Lichtstrahls an dem Prüfelement erfolgen. Hierbei ist die Ausrichtung eines optischen Abstandssensors relativ zu einem Zielobjekt, insbesondere dem vorhergehend erläuterten Prüfelement, wesentlich, da bei einer ungenauen Ausrichtung der reflektierte Lichtstrahl nur zum Teil oder gar nicht in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors fällt. In diesem Fall ist keine zuverlässige Abstandsmessung möglich. When using optical distance sensors, e.g. to determine distances between the sensors and the spheres of the double-sphere standard explained above, the distance can be determined by emitting a (laser) light beam and reflecting the light beam on the test element. In this case, the alignment of an optical distance sensor relative to a target object, in particular the test element explained above, is essential, since if the alignment is imprecise, the reflected light beam falls only partially or not at all in a detection range of the optical sensor. In this case no reliable distance measurement is possible.

Eine Ausrichtung des optischen Sensors relativ zum Zielobjekt derart, dass der emittierte Lichtstrahl in den Erfassungsbereich des optischen Sensors reflektiert wird, ist in der Regel sehr zeitaufwendig. Dies bedeutet, dass vor der eigentlichen Abstandserfassung zur Ermittlung von Bewegungsfehlern der Drehvorrichtung viel Zeit notwendig ist, um die entsprechenden Abstandssensoren auszurichten.Aligning the optical sensor relative to the target object in such a way that the emitted light beam is reflected into the detection area of the optical sensor is usually very time-consuming. This means that a lot of time is needed to align the corresponding distance sensors before the actual distance detection for determining movement errors of the rotary device.

Insbesondere ist die Ausrichtung bei sphärischen oder zylindrischen Zielobjekten eine große Herausforderung. Weiter erschwerend kommt hinzu, dass manche optische Abstandssensoren Lichtstrahlen im nicht-sichtbaren Spektralbereich emittieren, was die visuelle gestützte Ausrichtung weiter erschwert.In particular, alignment with spherical or cylindrical targets is a major challenge. A further complication is that some optical distance sensors emit light rays in the non-visible spectral range, which makes visual alignment even more difficult.

Die DE 197 46 535 B4 offenbart eine Justiervorrichtung für ein Interferometer, bei dem eine Ausrichtung einer Interferometer-Referenzfläche und einer zu vermessenden Prüflingsoberfläche erforderlich ist, wobei die Justiervorrichtung ein Justierelement umfasst, welches in der Brennebene eines vor der Prüflingsoberfläche angeordneten Kollimatorobjektives angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Justierelement eine zweidimensional ausgedehnte Justiermarkierung angeordnet ist und/oder die auf dem Justierelement angeordnete Justiermarkierung eine definierte optische Wirkung aufweist.the DE 197 46 535 B4 discloses an adjusting device for an interferometer, in which an alignment of an interferometer reference surface and a test object surface to be measured is required, the adjusting device comprising an adjusting element which is arranged in the focal plane of a collimator lens arranged in front of the test object surface, characterized in that on the adjusting element a two-dimensionally extended alignment mark is arranged and/or the alignment mark arranged on the adjustment element has a defined optical effect.

Die DE 28 24 582 C3 bezieht sich sowohl auf einen Lichtschrankentyp, bei dem Lichtsender und -empfänger auf entgegengesetzten Seiten einer Überwachungsstrecke angeordnet sind, als auch auf einen Lichtschrankentyp, bei dem Lichtsender und Lichtempfänger am einen Ende der Überwachungsstrecke angeordnet sind, während ein am anderen Ende der Überwachungsstrecke vorgesehener Reflektor, insbesondere Retroreflektor, das vom Sender durch die Überwachungsstrecke geschickte Licht zum Empfänger zurück reflektiert.the DE 28 24 582 C3 refers both to a light barrier type in which the light emitter and light receiver are arranged on opposite sides of a monitored section, and to a light barrier type in which the light emitter and light receiver are arranged at one end of the monitored section, while a reflector provided at the other end of the monitored section, in particular, a retroreflector that reflects the light sent from the transmitter through the monitoring path back to the receiver.

Die GB 2 117 511 A offenbart einen Laserstrahldetektor und ein Verfahren zur Ausrichtung eines Lasers.the GB 2 117 511A discloses a laser beam detector and a method for aligning a laser.

Die US 5,684,593 A offenbart eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Referenzreflektors. the US 5,684,593A discloses an apparatus for aligning a reference reflector.

Somit ergibt sich das technische Problem, ein Ausrichtelement für einen optischen Sensor, insbesondere für einen optischen Abstandssensor zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung, eine optische Sensoranordnung sowie ein Verfahren zur Ausrichtung eines optischen Sensors zu schaffen, welche eine zeitlich schnelle und genaue Ausrichtung des optischen Sensors relativ zu einem Zielobjekt ermöglicht.This results in the technical problem of creating an alignment element for an optical sensor, in particular for an optical distance sensor for determining a movement error of a rotary device, an optical sensor arrangement and a method for aligning an optical sensor, which aligns the optical sensor quickly and precisely relative to a target object.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 6 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The technical problem is solved by the objects with the features of claims 1, 6 and 8. Further advantageous configurations result from the dependent claims.

Es ist eine Grundidee der vorliegenden Erfindung, ein Ausrichtelement für einen optischen Sensor, insbesondere für einen optischen Abstandssensor zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung, zu schaffen, welches derart an dem optischen Sensor befestigt werden kann, dass der optische Sensor mit Hilfe des Ausrichtelements optimal zu einem zu empfangenden Lichtstrahl ausgerichtet werden kann. Insbesondere kann ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl nur dann in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors gelangen, wenn der von einem Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl genau auf den oder mit einer vorbestimmten geringen Abweichung von dem reflektieren Lichtstrahl reflektiert wird.It is a basic idea of the present invention to create an alignment element for an optical sensor, in particular for an optical distance sensor for determining a movement error of a rotary device, which can be attached to the optical sensor in such a way that the optical sensor can be optimally aligned with the aid of the alignment element can be aligned with a light beam to be received. In particular, a light beam emitted by the optical sensor or a light source of the alignment element can only reach a detection range of the optical sensor if the light beam reflected by a target object is exactly on or with a predetermined ten slight deviation from the reflected light beam is reflected.

Vorgeschlagen wird ein Ausrichtelement für einen optischen Abstandssensor. Der optische Abstandssensor kann zur Abstandsmessung bei einer Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung dienen. Dies ist insbesondere in den eingangs erläuterten Druckschriften beschrieben.An alignment element for an optical distance sensor is proposed. The optical distance sensor can be used for distance measurement when determining a movement error of a rotary device. This is described in particular in the publications explained at the outset.

Der optische Abstandssensor kann einen Abstand zwischen dem optischen Sensor und einem Zielobjekt, beispielsweise einem Prüfelement oder -körper, der auf einem drehbaren Teil einer Drehvorrichtung angeordnet ist, erfassen. Dies kann beispielsweise durch eine Laufzeiterfassung erfolgen. Vorzugsweise ist jedoch der optische Sensor ein laser-interferometrischer Sensor. Hierbei wird ein Abstand zwischen dem Sensor und dem Zielobjekt mittels Interferometrie erfasst. Hierbei wird eine Phasenverschiebung eines von dem Zielobjekt reflektierten Lichtstrahls, insbesondere eines reflektierten Laserstrahls, oder dessen Modulation gegenüber einem emittierten Lichtstrahl bestimmt. Diese Phasenverschiebung ist entfernungsabhängig, sodass in Abhängigkeit der Phasenverschiebung ein Abstand zwischen dem optischen Sensor und dem Zielobjekt bestimmt werden kann.The optical distance sensor can detect a distance between the optical sensor and a target object, for example a test element or body, which is arranged on a rotatable part of a rotating device. This can be done, for example, by recording the runtime. However, the optical sensor is preferably a laser-interferometric sensor. Here, a distance between the sensor and the target object is detected by means of interferometry. In this case, a phase shift of a light beam reflected by the target object, in particular a reflected laser beam, or its modulation in relation to an emitted light beam is determined. This phase shift is distance-dependent, so that a distance between the optical sensor and the target object can be determined as a function of the phase shift.

Weiter weist das Ausrichtelement mindestens eine Einstrahlfläche auf oder bildet diese aus. Die Einstrahlfläche kann hierbei beispielsweise eine ebene Fläche oder eine teil- oder halbkugelförmige Fläche sein. Insbesondere ist die Einstrahlfläche eine Außenfläche des Ausrichtelements.Furthermore, the alignment element has at least one irradiation surface or forms one. In this case, the irradiation surface can be, for example, a flat surface or a part-spherical or hemispherical surface. In particular, the irradiation surface is an outer surface of the alignment element.

Das Ausrichtelement weist im Bereich der Einstrahlfläche eine Durchstrahlöffnung mit einem vorbestimmten Durchmesser auf. Der vorbestimmte Durchmesser wird in Abhängigkeit eines Durchmessers des emittierten Lichtstrahls bestimmt, insbesondere um ein vorbestimmtes, geringes Maß größer als der Durchmesser des emittierten Lichtstrahls, z.B. 10% größer als der Durchmesser des Lichtstrahls. Der Durchmesser des Lichtstrahls kann hierbei z.B. einen Lichtfleckdurchmesser bezeichnen, der z.B. von einem Hersteller der Lichtquelle angegeben wird. Den Durchmesser des Lichtstrahls kann insbesondere abhängig von der verwendeten Optik sein. Tritt beispielsweise ein paralleles Lichtbündel aus, so kann der Durchmesser mehrere Zentimeter betragen. Vorzugsweise kann der Durchmesser jedoch im µm- oder mm-Bereich liegen.In the area of the irradiation surface, the alignment element has a transmission opening with a predetermined diameter. The predetermined diameter is determined as a function of a diameter of the emitted light beam, in particular larger than the diameter of the emitted light beam by a predetermined small amount, for example 10% larger than the diameter of the light beam. In this case, the diameter of the light beam can, for example, designate a light spot diameter which is specified, for example, by a manufacturer of the light source. The diameter of the light beam can depend in particular on the optics used. For example, if a parallel beam of light emerges, the diameter can be several centimeters. However, the diameter can preferably be in the μm or mm range.

Beispielsweise kann ein Durchmesser der Durchstrahlöffnung 1 mm betragen.For example, a diameter of the transmission opening can be 1 mm.

In Bezug auf die Einstrahlfläche kann die Lichtquelle zur Erzeugung des Lichtstrahles auf einer der Einstrahlfläche abgewandten Seite des Ausrichtelements angeordnet. Auch der optische Sensor, insbesondere ein Erfassungsbereich des optischen Sensors, kann auf der der Einstrahlfläche abgewandten Seite des Ausrichtelements angeordnet sein. Somit bezeichnet die Einstrahlfläche eine äußere Oberfläche des Ausrichtelements, auf die Lichtstrahlen, die, z.B. vom Zielobjekt, hin zum optischen Sensor gestrahlt werden, auftreffen können.In relation to the irradiation surface, the light source for generating the light beam can be arranged on a side of the alignment element that faces away from the irradiation surface. The optical sensor, in particular a detection area of the optical sensor, can also be arranged on the side of the alignment element facing away from the irradiation surface. Thus, the irradiation surface designates an outer surface of the alignment element onto which light beams that are radiated, e.g. from the target object, towards the optical sensor can impinge.

Erfindungsgemäß weist das Ausrichtelement mindestens ein Befestigungsmittel zur Befestigung des Ausrichtelements an dem optischen Sensor auf oder bildet dieses aus. Das Befestigungsmittel dient zur mechanischen Verbindung des Ausrichtelements mit dem optischen Sensor. Insbesondere ermöglicht das Befestigungsmittel die Herstellung einer lösbaren mechanischen Verbindung, beispielsweise einer reibschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Klemmverbindung. Jedoch sind auch Befestigungsmittel vorstellbar, die eine weitere Art der mechanischen Verbindung, beispielsweise eine kraftschlüssige oder eine formschlüssige mechanische Verbindung des optischen Sensors mit dem Ausrichtelement ermöglichen. Vorzugsweise ist die Verbindung eine lösbare mechanische Verbindung.According to the invention, the alignment element has or forms at least one fastening means for fastening the alignment element to the optical sensor. The fastening means serves to mechanically connect the alignment element to the optical sensor. In particular, the fastening means enables the production of a detachable mechanical connection, for example a frictional connection, in particular a clamp connection. However, fastening means are also conceivable which enable a further type of mechanical connection, for example a non-positive or a positive mechanical connection of the optical sensor to the alignment element. The connection is preferably a detachable mechanical connection.

Weiter ist das mindestens eine Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder relativ zu der Durchstrahlöffnung angeordnet, dass der optische Sensor eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche gerichteter Lichtstrahl zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung tritt.Furthermore, the at least one fastening means is designed and/or arranged relative to the transmission opening in such a way that the optical sensor has a desired orientation when a light beam directed onto the irradiation surface passes through the transmission opening at least partially from the side of the irradiation surface.

Die gewünschte Ausrichtung des optischen Sensors bezeichnet hierbei eine Ausrichtung, bei der der optische Sensor derart relativ zu zu erfassenden Lichtstrahlen ausgerichtet ist, dass diese erfasst werden können, insbesondere mit einer vorbestimmten Signalqualität erfasst werden können. Beispielsweise kann in der gewünschten Ausrichtung ein Signal-Rauschverhältnis größer als -3dB sein.The desired alignment of the optical sensor refers here to an alignment in which the optical sensor is aligned relative to the light beams to be detected in such a way that they can be detected, in particular can be detected with a predetermined signal quality. For example, in the desired orientation, a signal-to-noise ratio can be greater than -3dB.

Bevorzugt gelangt ein von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung tretender Lichtstrahl in einen Erfassungsbereich des Sensors. Insbesondere kann der Lichtstrahl ausschließlich dann in einen Erfassungsbereich des Sensors gelangen, wenn er von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung tritt. In diesem Fall ist der Lichtstrahl gleichzeitig ein zu erfassender Lichtstrahl. Hierbei ist möglich, dass das Ausrichtelement, inbesondere die Einstrahlfläche, einen Teil des Erfassungsbereichs des Sensors verdeckt.A light beam passing through the transmission opening from the side of the irradiation surface preferably reaches a detection area of the sensor. In particular, the light beam can only reach a detection area of the sensor when it passes through the transmission opening from the side of the irradiation surface. In this case, the light beam is at the same time a light beam to be detected. It is possible here for the alignment element, in particular the irradiation surface, to cover part of the detection area of the sensor.

Der durch den optischen Sensor zu erfassende Lichtstrahl kann jedoch auch parallel oder nahezu parallel zu dem von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung tretenden Lichtstrahl verlaufen. Insbesondere kann der zu erfassende Lichtstrahl in diesem Fall außerhalb der Einstrahlfläche verlaufen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Ausrichtelement einen Erfassungsbereich des Sensors nicht verdecken soll und daher derart am optischen Sensor befestigt wird, dass bei Durchtritt eines Lichtstrahls durch die Durchstrahlöffnung die gewünschte Ausrichtung gegeben ist, aber der Erfassungsbereich nicht verdeckt ist.However, the light beam to be detected by the optical sensor can also run parallel or almost parallel to the light beam passing through the transmission opening from the side of the irradiation surface. In particular, the to be recorded In this case, the transmitted light beam runs outside the irradiation area. This can be the case, for example, if the alignment element is not intended to cover a detection area of the sensor and is therefore attached to the optical sensor in such a way that the desired alignment is given when a light beam passes through the transmission opening, but the detection area is not covered.

Der auf die Einstrahlfläche gerichtete Lichtstrahl kann hierbei von einer Lichtquelle erzeugt werden, die baulich getrennt von dem optischen Sensor ausgebildet sein kann. In diesem Fall kann die Lichtquelle mit einer vorbestimmten Lagedifferenz und Ausrichtungsdifferenz zum optischen Sensor angeordnet sein.The light beam directed onto the irradiation surface can be generated by a light source that can be structurally separate from the optical sensor. In this case, the light source can be arranged with a predetermined positional difference and alignment difference from the optical sensor.

Es ist jedoch auch möglich, dass der optische Sensor die Lichtquelle umfasst. Dies wird nachfolgend näher erläutert.However, it is also possible for the optical sensor to include the light source. This is explained in more detail below.

Insbesondere kann der auf die Einstrahlfläche gerichtete Lichtstrahl ein, z.B. von einem Zielobjekt, reflektierter Lichtstrahl sein. Dies wird ebenfalls nachfolgend näher erläutert.In particular, the light beam directed onto the irradiation surface can be a light beam reflected, for example, from a target object. This is also explained in more detail below.

Das beschriebene Ausrichtelement ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine gewünschte Ausrichtung des optischen Sensor, indem der optische Sensor mit dem daran befestigten Ausrichtelement derart ausgerichtet wird, dass ein auf die Einstrahlfläche gerichteter und gegebenenfalls zu erfassender Lichtstrahl zumindest teilweise durch die Durchstrahlöffnung tritt.The alignment element described thus advantageously enables a desired alignment of the optical sensor by aligning the optical sensor with the alignment element attached to it in such a way that a light beam directed onto the irradiation surface and possibly to be detected passes at least partially through the transmission opening.

In einer bevorzugten Ausführungsform tritt ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl, der von der Einstrahlfläche abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung tritt, oder ein Anteil davon ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung, wenn der Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.In a preferred embodiment, a light beam emitted by the optical sensor or a light source of the alignment element, which passes through the transmission opening on the side facing away from the irradiation surface, or a portion thereof, exclusively from the side of the irradiation surface through the transmission opening when the light beam enters or is almost reflected in itself.

Dies bedeutet, dass ein durch die Durchstrahlöffnung gestrahlter Lichtstrahl ausschließlich dann wieder durch die Durchstrahlöffnung zurückgestrahlt werden kann, wenn der Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.This means that a light beam radiated through the transmission opening can only be reflected back through the transmission opening if the light beam is reflected in itself or almost in itself.

In diesem Zusammenhang bedeutet in sich reflektiert, dass eine Strahlrichtung des reflektierten Lichtstrahles entgegengesetzt zur Strahlrichtung des emittierten Lichtstrahls ist, wobei die Lichtstrahlen konzentrisch zueinander verlaufen. Dies bedeutet, dass sich (theoretische) Mittellinien des emittierten und des reflektierten Lichtstrahles überlagern. Somit wird der von einem Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl genau auf den emittierten Lichtstrahl reflektiert.In this context, reflected in itself means that a beam direction of the reflected light beam is opposite to the beam direction of the emitted light beam, with the light beams running concentrically with one another. This means that (theoretical) center lines of the emitted and reflected light beam overlap. Thus, the light beam reflected from a target object is accurately reflected onto the emitted light beam.

Nahezu in sich reflektiert bedeutet, dass der reflektierte Lichtstrahl mit einer vorbestimmten geringen Abweichung von dem emittierten Lichtstrahl reflektiert wird, wobei die Lichtstrahlen nicht mehr ideal konzentrisch zueinander verlaufen. Die vorbestimmte geringe Abweichung kann beispielsweise durch einen Winkel aus einem Winkelbereich von -1 ° bis 1 ° charakterisiert sein. Somit ist es möglich, dass auch geringfügige Abweichungen der Mittellinien voneinander, beispielsweise Abweichungen kleiner als 1°, auftreten, wobei der reflektierte Lichtstrahl oder ein vorbestimmter Anteil des reflektierten Lichtstrahls trotzdem durch die Durchstrahlöffnung tritt.Almost internally reflected means that the reflected light beam is reflected with a predetermined slight deviation from the emitted light beam, with the light beams no longer being ideally concentric with one another. The predetermined slight deviation can be characterized, for example, by an angle from an angular range of −1° to 1°. It is therefore possible for the center lines to also deviate slightly from one another, for example deviations of less than 1°, with the reflected light beam or a predetermined portion of the reflected light beam still passing through the transmission opening.

Vorzugsweise tritt ein von dem optischen Sensor oder der Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl, der von einer der Einstrahlfläche abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung tritt, oder ein vorbestimmter Anteil des reflektierten Lichtstrahls ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors, wenn der Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.Preferably, a light beam emitted by the optical sensor or the light source of the alignment element, which passes through the transmission opening from a side facing away from the irradiation surface, or a predetermined portion of the reflected light beam then exclusively from the side of the irradiation surface through the transmission opening into a detection area of the optical sensor , when the light beam is reflected in itself or almost in itself.

Wird der emittierte Lichtstrahl nicht in sich reflektiert oder weicht er um mehr als ein vorbestimmtes Maß, beispielsweise um mehr als 1°, von dem emittierten Lichtstrahl ab, so trifft der reflektierte Lichtstrahl auf die Einstrahlfläche und tritt nicht mehr mit einem ausreichend großen Anteil durch die Durchstrahlöffnung.If the emitted light beam is not reflected in itself or if it deviates from the emitted light beam by more than a predetermined amount, for example by more than 1°, the reflected light beam hits the irradiation surface and no longer passes through the surface with a sufficiently large proportion transmission aperture.

Somit tritt der reflektierte Lichtstrahl ausschließlich dann in den Erfassungsbereich oder Messbereich des optischen Sensors, wenn der emittierte Lichtstrahl in sich reflektiert wird. Insbesondere gelangt der reflektierte Lichtstrahl direkt, d.h. ohne weitere Reflexion oder Streuung an weiteren Objekten, von dem Zielobjekt in den Erfassungsbereich. Z.B. kann der reflektierte Lichtstrahl durch die Durchstrahlöffnung auf eine Sensorfläche, beispielsweise eine CCD-Sensorfläche, des optischen Sensors treffen.Thus, the reflected light beam only enters the detection range or measuring range of the optical sensor when the emitted light beam is reflected in itself. In particular, the reflected light beam reaches the detection area directly, i.e. without further reflection or scattering on other objects, from the target object. For example, the reflected light beam can strike a sensor surface, for example a CCD sensor surface, of the optical sensor through the transmission opening.

Das vorgeschlagene Ausrichtelement ermöglicht in vorteilhafter Weise, wenn es an dem optischen Sensor befestigt wird, dass dieser durch z.B. visuelle Überwachung des auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahls derart relativ zu einem Zielobjekt ausgerichtet wird, dass ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird, wodurch sichergestellt wird, dass z.B. bei einer nachfolgenden Abstandsmessung genügend Licht in den Erfassungsbereich des optischen Sensors reflektiert wird. Dadurch, dass der Lichtstrahl im Falle einer Reflexion mit einem unerwünschten Winkel auf die Einstrahlfläche trifft, kann die Ausrichtung in vorteilhafter Weise visuell unterstützt werden. Insbesondere kann/können, wie nachfolgend noch näher erläutert, der optische Sensor und/oder das Zielobjekt derart relativ zueinander positioniert werden, dass der reflektierte Lichtstrahl oder ein vorbestimmter Anteil davon durch die Durchstrahlöffnung tritt, wodurch sichergestellt wird, dass der Sensor wie gewünscht ausgerichtet ist.When attached to the optical sensor, the proposed alignment element advantageously enables the latter to be aligned relative to a target object, for example by visually monitoring the light beam reflected onto the irradiation surface, in such a way that a light beam emitted by the optical sensor or a light source of the alignment element is reflected in itself or almost in itself, which ensures that, for example, during a subsequent distance measurement, sufficient light enters the detection area of the optical sensor is reflected. Due to the fact that the light beam strikes the irradiation surface at an undesired angle in the event of reflection, the alignment can advantageously be visually supported. In particular, as explained in more detail below, the optical sensor and/or the target object can be positioned relative to one another in such a way that the reflected light beam or a predetermined proportion thereof passes through the transmission opening, thereby ensuring that the sensor is aligned as desired .

Nach Ausrichtung des optischen Sensors kann das Ausrichtelement wieder von dem optischen Sensor entfernt und eine Abstandsmessung durchgeführt werden.After the optical sensor has been aligned, the alignment element can be removed from the optical sensor again and a distance measurement can be carried out.

Somit ermöglicht das Ausrichtelement ein zeitlich schnelles Ausrichten des Abstandsensors relativ zum Zielobjekt.The alignment element thus enables the distance sensor to be aligned quickly relative to the target object.

In einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder relativ zu der Durchstrahlöffnung angeordnet, dass eine Zentralachse der Durchstrahlöffnung einer zentralen Symmetrieachse des Erfassungsbereichs des Sensors entspricht. Der Erfassungsbereich des optischen Sensors kann beispielsweise kegelförmig ausgebildet sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass ein durch die Durchstrahlöffnung reflektierter Lichtstrahl möglichst mittig in den Erfassungsbereich des optischen Sensors eintritt. Treten nach der Ausrichtung, z.B. während einer nachfolgenden Messung, (kleinere) Winkeländerungen bei der Reflexion des emittierten Lichtstrahles, beispielsweise durch eine nachträgliche Veränderung der relativen Ausrichtung zwischen optischem Sensor und Zielobjekt, auf, so wird hierdurch in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass auch in diesem Fall noch reflektiertes Licht in den Erfassungsbereich des optischen Sensors gelangen kann. Eine Änderung der relativen Ausrichtung zueinander kann beispielsweise beim Lösen des Ausrichtelements und/oder bei einer Verdrehung des Zielobjektes erfolgen. Insbesondere kann somit also sichergestellt werden, dass auch ein Lichtstrahl, der unter einem Winkel, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel ist, in den Erfassungsbereich des optischen Sensors reflektiert wird, wodurch auch in diesem Fall noch eine zuverlässige Abstandsmessung möglich ist.In a further embodiment, the at least one fastening means is designed and/or arranged relative to the transmission opening in such a way that a central axis of the transmission opening corresponds to a central axis of symmetry of the detection area of the sensor. The detection range of the optical sensor can be cone-shaped, for example. This ensures that a light beam reflected through the transmission opening enters the detection area of the optical sensor as centrally as possible. If, after the alignment, e.g. during a subsequent measurement, (smaller) angle changes occur in the reflection of the emitted light beam, e.g. due to a subsequent change in the relative alignment between the optical sensor and the target object, this advantageously ensures that in this If reflected light can still reach the detection area of the optical sensor. A change in the alignment relative to one another can take place, for example, when the alignment element is released and/or when the target object is rotated. In particular, it can thus be ensured that even a light beam that is reflected at an angle that is smaller than a predetermined maximum angle is reflected into the detection range of the optical sensor, whereby a reliable distance measurement is still possible in this case.

Weiter ist vorstellbar, dass das Ausrichtelement eine zentrale Längsachse aufweist, wobei eine Zentralachse der Durchstrahlöffnung auf der zentralen Längsachse des Ausrichtelements angeordnet ist. Insbesondere kann das Ausrichtelement rotationssymmetrisch zur zentralen Längsachse ausgebildet sein.It is also conceivable that the alignment element has a central longitudinal axis, with a central axis of the transmission opening being arranged on the central longitudinal axis of the alignment element. In particular, the alignment element can be rotationally symmetrical to the central longitudinal axis.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ausrichtelement als Hohlzylinder ausgebildet, wobei der Hohlzylinder eine erste Stirnfläche und eine Mantelfläche aufweist. Die Durchstrahlöffnung ist hierbei in der ersten Stirnfläche angeordnet. Somit bildet die erste Stirnfläche die Einstrahlfläche aus. Weiter kann der Hohlzylinder zu der Stirnseite, die der ersten Stirnseite gegenüberliegend angeordnet ist, hin geöffnet sein.In a preferred embodiment, the alignment element is designed as a hollow cylinder, with the hollow cylinder having a first end face and a lateral surface. In this case, the transmission opening is arranged in the first end face. The first end face thus forms the irradiation surface. Furthermore, the hollow cylinder can be open toward the end face that is arranged opposite the first end face.

Hierbei kann ein Innendurchmesser des Hohlzylinders derart gewählt werden, dass das Ausrichtelement auf den optischen Sensor, insbesondere eine Befestigungsfläche des optischen Sensors, aufsteckbar ist. Hierzu kann der Innendurchmesser um ein vorbestimmtes Maß geringer als ein Außendurchmesser eines die Befestigungsfläche bildenden Abschnitts des Sensors gewählt werden.An inner diameter of the hollow cylinder can be selected in such a way that the alignment element can be plugged onto the optical sensor, in particular a fastening surface of the optical sensor. For this purpose, the inner diameter can be selected to be smaller by a predetermined amount than an outer diameter of a section of the sensor that forms the fastening surface.

In diesem Fall ist das Ausrichtelement also als Ausrichthülse ausgebildet. Der Hohlzylinder weist hierbei ein Innenvolumen auf, wobei der optische Sensor und/oder die vorhergehend erläuterte Lichtquelle des Ausrichtelements im Innenvolumen angeordnet sein kann.In this case, the alignment element is therefore designed as an alignment sleeve. In this case, the hollow cylinder has an inner volume, in which case the optical sensor and/or the previously explained light source of the alignment element can be arranged in the inner volume.

Hierdurch wird in vorteilhafter Weise gleichzeitig zur vorhergehend erläuterten Ausrichthilfe ein mechanischer Schutz des optischen Sensors durch das Ausrichtelement bereitgestellt. Insbesondere kann das als Ausrichthülse ausgebildete Ausrichtelement den optischen Sensor vor Verschmutzung und mechanischer Beschädigung schützen. Auch das Zielobjekt kann durch die Ausrichthülse vor Beschädigung geschützt werden, falls der optische Sensor mit dem Zielobjekt, z.B. während der Ausrichtung, kollidieren sollte. Weiter ermöglicht die Ausrichthülse auch eine gefahrlose Lagerung des Sensors, wobei z.B. der Sensorkopf mit einer empfindlichen Linse auch bei Lagerung geschützt ist.In this way, mechanical protection of the optical sensor by the alignment element is advantageously provided at the same time as the alignment aid explained above. In particular, the alignment element designed as an alignment sleeve can protect the optical sensor from dirt and mechanical damage. The target object can also be protected from damage by the alignment sleeve if the optical sensor collides with the target object, e.g. during alignment. The alignment sleeve also enables safe storage of the sensor, with the sensor head being protected with a sensitive lens even during storage, for example.

Das Ausrichtelement kann beispielsweise zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt sein.The alignment element can be made at least partially of plastic, for example.

Alternativ oder kumulativ kann das Ausrichtelement an einer Sensorhalterung und somit nicht am Sensor selbst befestigt werden.Alternatively or cumulatively, the alignment element can be attached to a sensor holder and thus not to the sensor itself.

Erfindungsgemäß ist die Einstrahlfläche des Ausrichtelements, die die Durchstrahlöffnung aufweist, als Reflexionsfläche ausgebildet. Hierbei reflektiert die Reflexionsfläche Strahlen aus einem vorbestimmten Spektralbereich. Insbesondere umfasst der Spektralbereich der Reflexionsfläche des Ausrichtelements eine Wellenlänge oder einen Spektralbereich, mit der der Lichtstrahl von dem optischen Sensor oder der Lichtquelle des Ausrichtelements emittiert wird und/oder mit der der emittierte Lichtstrahl von dem Zielobjekt reflektiert wird. Die vorbestimmte Spektralbereich kann beispielsweise Wellenlänge in einem Bereich von 1520 nm bis 1610nm umfassen. Selbstverständlich können jedoch auch weitere Wellenlängen im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich verwendet werden.According to the invention, the irradiation surface of the alignment element, which has the transmission opening, is designed as a reflection surface. In this case, the reflection surface reflects rays from a predetermined spectral range. In particular, the spectral range of the reflection surface of the alignment element includes a wavelength or a spectral range with which the light beam is emitted by the optical sensor or the light source of the alignment element and/or with which the emitted light beam is reflected by the target object. the predetermined spectral range can include, for example, wavelengths in a range from 1520 nm to 1610 nm. Of course, other wavelengths in the visible or non-visible range can also be used.

Dies ermöglicht, wie nachfolgend noch näher erläutert, eine visuelle oder kamerabasierte Erfassung eines auf die Einstrahlfläche gestrahlten und somit von dieser Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahles. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise erfasst werden, ob der emittierte Lichtstrahl in sich reflektiert wird.As will be explained in more detail below, this enables a visual or camera-based detection of a light beam that is radiated onto the irradiation surface and is therefore reflected by this irradiation surface. In this way, it can be detected in an advantageous manner whether the emitted light beam is reflected in itself.

In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform emittiert die Reflexionsfläche unter Bestrahlung Strahlung mit einem vorbestimmten Spektralbereich.In an embodiment not according to the invention, the reflection surface emits radiation with a predetermined spectral range when irradiated.

Beispielsweise kann die Reflexionsfläche eine fluoreszierende oder lumineszierende Fläche sein, die unter Bestrahlung mit dem reflektierten Lichtstrahl Strahlung mit dem vorbestimmten Spektralbereich emittiert. Hierbei kann die Reflexionsschicht insbesondere mit Bestrahlung in einem Wellenlängenbereich von 1500 nm bis 1590 nm angeregt werden. Der vorbestimmte Spektralbereich, mit welchem Strahlung von der Reflexionsfläche emittiert wird, kann hierbei von der Wellenlänge oder dem Spektralbereich, mit welchem der Lichtstrahl von dem optischen Sensor oder der Lichtquelle des Ausrichtelements emittiert wird und/oder von dem Zielobjekt reflektiert wird, verschieden sein. Insbesondere kann der vorbestimmte Spektralbereich, mit welchem die Reflexionsfläche Strahlung emittiert, zumindest einen Teilbereich des Spektralbereichs von sichtbarem Licht umfassen. Emittiert der optische Sensor oder die Lichtquelle des Ausrichtelements einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge oder einem Spektrum im nicht-sichtbaren Bereich, so kann durch die derart ausgebildete Reflexionsfläche in vorteilhafter Weise eine Umwandlung in sichtbares Lichts erfolgen, was eine visuelle Erfassung und somit eine Ausrichtung z.B. durch einen Benutzer vereinfacht.For example, the reflection surface can be a fluorescent or luminescent surface which, when irradiated with the reflected light beam, emits radiation with the predetermined spectral range. In this case, the reflection layer can be excited in particular with radiation in a wavelength range from 1500 nm to 1590 nm. The predetermined spectral range with which radiation is emitted from the reflection surface can differ from the wavelength or the spectral range with which the light beam is emitted by the optical sensor or the light source of the alignment element and/or is reflected by the target object. In particular, the predetermined spectral range with which the reflection surface emits radiation can include at least a partial range of the spectral range of visible light. If the optical sensor or the light source of the alignment element emits a light beam with a wavelength or a spectrum in the non-visible range, the reflection surface designed in this way can advantageously convert it into visible light, which enables visual detection and thus alignment, e.g simplified a user.

In nicht erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Einstrahlfläche des Ausrichtelements, die die Durchstrahlöffnung aufweist, als Sensorfläche ausgebildet. Beispielsweise kann die Einstrahlfläche als CCD-Array ausgebildet sein oder ein solches CCD-Array umfassen. Selbstverständlich können auch andere, insbesondere flächig ausbildbare, Sensoren zur Erfassung von Strahlung verwendet werden.In embodiments that are not according to the invention, the irradiation surface of the alignment element, which has the transmission opening, is designed as a sensor surface. For example, the irradiation surface can be designed as a CCD array or can include such a CCD array. Of course, other sensors, in particular sensors that can be formed over an area, can also be used to detect radiation.

Insbesondere ermöglicht die Sensorfläche eine Erfassung einer Intensität eines auf die Sensorfläche treffenden Lichtstrahls und/oder eine Position des Lichtstrahls in einem sensoreigenen Koordinatensystem. Ist auch eine Position der Durchstrahlöffnung im sensoreigenen Koordinatensystem bekannt, so kann ein Abstand und eine Richtung des auf die Reflexionsfläche treffenden Lichtstrahles relativ zur Durchstrahlöffnung bestimmt werden.In particular, the sensor surface enables an intensity of a light beam impinging on the sensor surface and/or a position of the light beam in a sensor-specific coordinate system to be detected. If a position of the transmission opening is also known in the sensor's own coordinate system, then a distance and a direction of the light beam impinging on the reflection surface can be determined relative to the transmission opening.

Die Sensorfläche kann beispielsweise Licht in einem vorbestimmten Spektralbereich erfassen, wobei der Spektralbereich eine Wellenlänge oder einen Spektralbereich umfasst, mit welchem der optische Sensor oder die Lichtquelle des Ausrichtelements Licht emittiert oder mit dem Licht vom Zielobjekt reflektiert wird.The sensor surface can, for example, detect light in a predetermined spectral range, the spectral range comprising a wavelength or a spectral range with which the optical sensor or the light source of the alignment element emits light or with which light is reflected from the target object.

Die Sensorfläche kann hierbei datentechnisch mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sein. Die Auswerteeinrichtung kann wiederum, wie vorhergehend erläutert, die Position des Lichtstrahles auf der Sensorfläche relativ zur Durchstrahlöffnung bestimmen. Weiter kann die Auswerteeinrichtung eine Anzeigeeinrichtung derart ansteuert, dass die vorhergehend erläuterten Informationen z.B. einem Benutzer darstellbar sind.The sensor surface can be connected in terms of data to an evaluation device. As explained above, the evaluation device can in turn determine the position of the light beam on the sensor surface relative to the transmission opening. Furthermore, the evaluation device can control a display device in such a way that the information explained above can be displayed to a user, for example.

Auch kann die Auswerteeinrichtung, wie nachfolgend noch näher erläutert, eine Positioniereinrichtung des optischen Sensors und/oder des Zielobjekts derart ansteuern, dass der optische Sensor und das Zielobjekt derart relativ zueinander positioniert werden, dass der vom Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl durch die Durchstrahlöffnung tritt.As explained in more detail below, the evaluation device can also control a positioning device of the optical sensor and/or the target object in such a way that the optical sensor and the target object are positioned relative to one another in such a way that the light beam reflected by the target object passes through the transmission opening.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Ausrichtelement mindestens eine Lichtquelle. Die Lichtquelle ist hierbei derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass zumindest ein Teil des von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahls von einer der Einstrahlfläche abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung hindurchtritt.In a further embodiment, the alignment element comprises at least one light source. The light source is designed and/or arranged in such a way that at least part of the light beam generated by the light source passes through the transmission opening from a side facing away from the irradiation surface.

Der Lichtstrahl kann hierbei einen vorbestimmten maximalen Durchmesser aufweisen, der insbesondere kleiner oder gleich einem Durchmesser der Durchstrahlöffnung sein kann. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Durchmesser des Lichtstrahls größer als der Durchmesser der Durchstrahlöffnung ist.In this case, the light beam can have a predetermined maximum diameter, which in particular can be smaller than or equal to a diameter of the transmission opening. However, it is also conceivable that the diameter of the light beam is larger than the diameter of the transmission opening.

Die Lichtquelle kann hierbei an dem Ausrichtelement mechanisch befestigt sein. Insbesondere kann die Lichtquelle in dem vorhergehend erläuterten Innenvolumen der Ausrichthülse angeordnet sein. Eine Strahlrichtung des mit der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahles kann hierbei parallel zur Zentralachse der Durchstrahlöffnung sein oder sich mit dieser überlagern.In this case, the light source can be mechanically fastened to the alignment element. In particular, the light source can be arranged in the previously explained inner volume of the alignment sleeve. A beam direction of the light beam generated with the light source can be parallel to the central axis of the transmission opening or can overlap with it.

In einer ersten Alternative dient die Lichtquelle einer Beleuchtung. In diesem Fall kann die Lichtquelle ein- und ausschaltbar sein. Vorzugsweise kann die Lichtquelle in diesem Fall dimmbar sein. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Ausrichtung in einer dunklen Umgebung erleichtert, da die Durchstrahlöffnung durch die Lichtquelle beleuchtet wird, wobei Licht durch die Durchstrahlöffnung nach außen tritt. Dies ermöglicht es, eine Position der Durchstrahlöffnung visuell, z.B. durch einen Benutzer, zu erfassen. Somit kann ein auf die Einstrahlfläche reflektierter Lichtstrahl durch relative Ausrichtung des optischen Sensors zum Zielobjekt vereinfacht hin zur Durchstrahlöffnung geführt werden.In a first alternative, the light source is used for illumination. In this case, the light source can be switched on and off. preferred In this case, the light source can be dimmable. This advantageously facilitates alignment in a dark environment, since the transmission opening is illuminated by the light source, light exiting through the transmission opening. This makes it possible to detect a position of the transmission opening visually, for example by a user. Thus, a light beam reflected onto the irradiation surface can be guided to the transmission opening in a simplified manner by aligning the optical sensor relative to the target object.

Alternativ oder kumulativ kann die Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahles dienen, der durch die Durchstrahlöffnung hindurch emittiert wird, wobei die Durchstrahlöffnung derart relativ zur Lichtquelle angeordnet ist, dass der von einem Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl ausschließlich dann wieder durch die Durchstrahlöffnung hindurchtritt, wenn der emittierte Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.Alternatively or cumulatively, the light source can be used to generate a light beam that is emitted through the transmission opening, with the transmission opening being arranged relative to the light source in such a way that the light beam reflected by a target object only passes through the transmission opening again when the emitted light beam is in is reflected in itself or almost in itself.

Somit kann, wie vorhergehend bereits erläutert, der Lichtstrahl, der zur Ausrichtung des optischen Sensors genutzt wird, entweder von dem optischen Sensor selbst oder von der Lichtquelle, die baulich separat vom optischen Sensor ausgebildet ist, erzeugt werden. In diesem Fall kann das vorgeschlagene Ausrichtelement auch zur Ausrichtung von optischen Sensoren oder weiteren Sensoren verwendet werden. Beispielsweise kann das Ausrichtelement zur Ausrichtung eines optischen Sensors zur Winkelmessung, insbesondere eines sogenannten Autokollimationsfernrohrs (AKF), genutzt werden.Thus, as already explained above, the light beam that is used to align the optical sensor can be generated either by the optical sensor itself or by the light source that is structurally separate from the optical sensor. In this case, the proposed alignment element can also be used to align optical sensors or other sensors. For example, the alignment element can be used to align an optical sensor for angle measurement, in particular a so-called autocollimation telescope (AKF).

Ein Autokollimationsfernrohr kann Winkeländerungen eines Objekts messen. Dazu wird an dem Objekt ein Reflektor angebracht, beispielsweise ein Spiegel. Der Autokollimator besitzt eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl aussendet. Der Lichtstrahl wird auf den Spiegel gerichtet, vom Spiegel reflektiert und auf einen Detektor fokussiert. Verkippt das Objekt, wandert der Fokus auf dem Detektor.An autocollimation telescope can measure changes in the angle of an object. For this purpose, a reflector, for example a mirror, is attached to the object. The autocollimator has a light source that emits a beam of light. The light beam is directed onto the mirror, reflected by the mirror and focused onto a detector. If the object tilts, the focus on the detector moves.

Hierbei weisen AKF jedoch einen nur sehr geringen Winkelbereich auf, in welchem eine zuverlässige Erfassung möglich ist. Das Ausrichtelement kann somit in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, ein AKF derart relativ zu einem zu vermessenden Zielobjekt zu positionieren, dass dieses Zielobjekt in einem erfassbaren Winkelbereich zum AKF orientiert ist.In this case, however, ACFs only have a very small angular range in which reliable detection is possible. The alignment element can thus be used in an advantageous manner to position an AKF relative to a target object to be measured in such a way that this target object is oriented in a detectable angular range to the AKF.

Beispielsweise ist es vorstellbar, dass das AKF korrespondierende Befestigungselemente aufweist, die mit den Befestigungselementen des Ausrichtelements zusammenwirken, um das Ausrichtungselement an einem AKF derart zu befestigen, dass ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle des Ausrichtelements emittiert wird, parallel zu Lichtstrahlen des AKF orientiert ist. Hierbei kann das Ausrichtelement beispielsweise auf das AKF aufgesteckt werden, wobei eine Linse des AKF zumindest teilweise verdeckt wird. In diesem Fall kann zuerst eine Ausrichtung des AKF relativ zum zu vermessenden Zielobjekt erfolgen, wobei nachfolgend erforderlich ist, das Ausrichtelement wieder zu entfernen Es ist auch möglich, dass Ausrichtelement, insbesondere die Einstrahlfläche, derart auszugestalten, dass es einen Erfassungsbereich des AKF nicht vollständig oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß verdeckt. Hierzu ist es z.B. möglich, die Einstrahlfläche kleiner als ein Durchmesser einer Linse oder eines Objektivs des AKF auszubilden. Auch vorstellbar ist, dass die Einstrahlfläche weitere Öffnungen aufweist. Z.B. kann ein die Einstrahlfläche aufweisender Abschnitt des Ausrichtelements speichenförmig ausgebildet sein. In diesem Fall erfolgt eine Ausrichtung mittels der vorhergehend erläuterten Durchstrahlöffnung während die weiteren Öffnungen die Messung mittels des AKF ermöglichen.For example, it is conceivable that the AKF has corresponding fastening elements that interact with the fastening elements of the alignment element in order to fasten the alignment element to an AKF in such a way that a light beam emitted by the light source of the alignment element is oriented parallel to light rays of the AKF . In this case, the alignment element can be plugged onto the AKF, for example, with a lens of the AKF being at least partially covered. In this case, the AKF can first be aligned relative to the target object to be measured, in which case it is then necessary to remove the alignment element again It is also possible to design the alignment element, in particular the irradiation surface, in such a way that it does not cover a detection area of the AKF completely or not covered by more than a predetermined amount. For this purpose, it is possible, for example, to design the irradiation surface to be smaller than the diameter of a lens or an objective of the AKF. It is also conceivable that the irradiation surface has further openings. For example, a portion of the alignment element having the irradiation surface can be spoke-shaped. In this case, alignment takes place using the transmission opening explained above, while the other openings enable measurement using the AKF.

Weiter alternativ kann das Ausrichtelement derart an dem AKF befestigt werden, dass eine gleichzeitige Ausrichtung und Vermessung möglich ist. Hierzu kann das Ausrichtelement beispielsweise an einer Außenfläche des AKF befestigt werden.As a further alternative, the alignment element can be attached to the AKF in such a way that simultaneous alignment and measurement is possible. For this purpose, the alignment element can be attached to an outer surface of the AKF, for example.

Weiter vorgeschlagen wird eine optische Sensoranordnung, insbesondere zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung. Die Sensoranordnung umfasst mindestens einen optischen Sensor, insbesondere einen Abstandssensor, insbesondere einen interferometrischen Abstandssensor. Weiter umfasst die optische Sensoranordnung mindestens ein Ausrichtelement gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen.An optical sensor arrangement is also proposed, in particular for determining a movement error of a rotary device. The sensor arrangement comprises at least one optical sensor, in particular a distance sensor, in particular an interferometric distance sensor. Furthermore, the optical sensor arrangement comprises at least one alignment element according to one of the previously described embodiments.

Das Ausrichtelement ist hierbei mittels des mindestens einen Befestigungsmittels zur Befestigung des Ausrichtelements derart an dem optischen Sensor angeordnet, dass der optische Sensor eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche gerichteter Lichtstrahl zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung tritt. Insbesondere kann ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl, der von einer der Einstrahlfläche abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung tritt, oder ein vorbestimmter Anteil davon ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchlassöffnung treten, wenn der Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.
Insbesondere kann in diesem Fall der reflektierte Lichtstrahl durch die Durchstrahlöffnung in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors treten.
The alignment element is arranged on the optical sensor by means of the at least one fastening means for fastening the alignment element in such a way that the optical sensor has a desired alignment when a light beam directed onto the irradiation surface passes through the transmission opening at least partially from the side of the irradiation surface. In particular, a light beam emitted by the optical sensor or a light source of the alignment element, which passes through the transmission opening from a side facing away from the irradiation surface, or a predetermined portion thereof can only pass through the transmission opening from the side of the irradiation surface if the light beam enters or is almost reflected in itself.
In particular, in this case the reflected light beam can pass through the transmission opening into a detection area of the optical sensor.

Der optische Sensor kann hierbei korrespondierende Befestigungsmittel aufweisen, die mit dem mindestens einen Befestigungsmittel des Ausrichtelements derart zusammenwirken, dass die vorhergehend beschriebene Anordnung herstellbar ist. Insbesondere ermöglichen das Befestigungsmittel des Ausrichtelements und das korrespondierende Befestigungsmittel des optischen Sensors eine zentrische Befestigung des Ausrichtelements an dem Sensor, wobei eine Zentralachse der Durchstrahlöffnung einer zentralen Strahlrichtung des optischen Sensors bzw. der Lichtquelle des Ausrichtelements entspricht. Somit kann eine Strahlrichtung des optischen Sensors oder der Lichtquelle des Ausrichtelements parallel zur Zentralachse der Durchstrahlöffnung sein. Emittiert der optische Sensor den Lichtstrahl, insbesondere wenn der optische Sensor als Sender-Empfänger-Sensor ausgebildet ist, so ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Abstandsmessung und die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausrichtung gleichzeitig bei Benutzung des optischen Sensors erfolgen kann, da zur Abstandsmessung und zur Ausrichtung dieselbe Lichtquelle genutzt wird. Alternativ ist, wie vorhergehend erläutert, eine von dem optischen Sensor baulich getrennt ausgebildete Lichtquelle nutzbar, um den Lichtstrahl zur Ausrichtung zu emittieren.In this case, the optical sensor can have corresponding fastening means which interact with the at least one fastening means of the alignment element in such a way that the arrangement described above can be produced. In particular, the fastening means of the alignment element and the corresponding fastening means of the optical sensor enable the alignment element to be fastened centrally on the sensor, with a central axis of the transmission opening corresponding to a central beam direction of the optical sensor or the light source of the alignment element. Thus, a beam direction of the optical sensor or the light source of the alignment element can be parallel to the central axis of the transmission opening. If the optical sensor emits the light beam, in particular if the optical sensor is designed as a transmitter-receiver sensor, the result is advantageously that the distance measurement and the alignment proposed according to the invention can take place simultaneously when using the optical sensor, since the distance measurement and the Alignment uses the same light source. Alternatively, as explained above, a light source that is structurally separate from the optical sensor can be used to emit the light beam for alignment.

Der optische Sensor kann hierbei einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge oder einer Wellenlänge aus einem vorbestimmten Spektralbereich emittieren und empfangen.In this case, the optical sensor can emit and receive a light beam with a predetermined wavelength or a wavelength from a predetermined spectral range.

Hierbei kann der optische Sensor an einem Sensorhalter befestigt sein. Somit kann die vorgeschlagene optische Sensoranordnung auch einen solchen Sensorhalter umfassen.Here, the optical sensor can be attached to a sensor holder. Thus, the proposed optical sensor arrangement can also include such a sensor holder.

Die vorgeschlagene optische Sensoranordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache und zeitlich schnelle Ausrichtung des optischen Sensors relativ zu einem Zielobjekt. Insbesondere kann durch Beobachtung der Einstrahlfläche und eines auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahles eine relative Positionierung des optischen Sensors zum Zielobjekt derart erfolgen, dass der reflektierte Lichtstrahl durch die Durchstrahlöffnung tritt und somit in optimaler Weise in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors eintreten kann. Bei einer solchen Ausrichtung ist gewährleistet, dass bei einer nachfolgenden Abstandsmessung ein ausreichendes Signal zur Abstandsmessung erzeugt wird.The proposed optical sensor arrangement advantageously enables simple and quick alignment of the optical sensor relative to a target object. In particular, by observing the irradiation surface and a light beam reflected onto the irradiation surface, the optical sensor can be positioned relative to the target object in such a way that the reflected light beam passes through the transmission opening and can thus optimally enter a detection area of the optical sensor. With such an alignment it is ensured that a sufficient signal for distance measurement is generated in a subsequent distance measurement.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die optische Sensoranordnung mindestens eine Bilderfassungseinrichtung. Diese kann beispielsweise als Kamera ausgebildet sein. Die Bilderfassungseinrichtung ist derart angeordnet, dass die Einstrahlfläche in einem Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung angeordnet ist. Somit kann die Bilderfassungseinrichtung die Einstrahlfläche und insbesondere einen auf die Einstrahlfläche vom Zielobjekt reflektierten Lichtstrahl abbilden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine bildbasierte Bestimmung einer Position eines reflektierten Lichtstrahls relativ zu der Durchstrahlöffnung.In a further embodiment, the optical sensor arrangement comprises at least one image acquisition device. This can be designed as a camera, for example. The image capturing device is arranged in such a way that the irradiation surface is arranged in a capturing area of the image capturing device. The image acquisition device can thus image the irradiation surface and in particular a light beam reflected from the target object onto the irradiation surface. This advantageously enables an image-based determination of a position of a reflected light beam relative to the transmission opening.

Diese Information oder das von der Bilderfassungseinrichtung erzeugte Bild kann, wie vorhergehend beschrieben, z.B. einen Benutzer auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt werden. Die Bilderfassungseinrichtung kann hierbei Licht aus einem vorbestimmten Spektralbereich abbilden. Hierbei kann der Spektralbereich, mit dem die Bilderfassungseinrichtung Objekte abbilden kann, die Wellenlänge oder den Spektralbereich umfassen, mit dem der optische Sensor oder die Lichtquelle des Ausrichtelements den Lichtstrahl emittiert oder mit dem der Lichtstrahl vom Zielobjekt reflektiert wird. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch nicht-sichtbares Licht genutzt werden kann, um den optischen Sensor relativ zum Zielobjekt auszurichten, da das nicht-sichtbare Licht durch eine entsprechende Bilderfassungseinrichtung für einen Benutzer visuell erfassbar dargestellt werden kann.This information or the image generated by the image acquisition device can, as previously described, be presented to a user on a display device, for example. In this case, the image acquisition device can image light from a predetermined spectral range. The spectral range with which the image acquisition device can image objects can include the wavelength or the spectral range with which the optical sensor or the light source of the alignment element emits the light beam or with which the light beam is reflected by the target object. This advantageously results in the fact that non-visible light can also be used in order to align the optical sensor relative to the target object, since the non-visible light can be represented visually by a corresponding image capturing device for a user.

Alternativ oder kumulativ umfasst die Sensoranordnung mindestens ein Positioniermittel zur relativen Ausrichtung des optischen Sensors zu einem Zielobjekt. Insbesondere kann die optische Sensoranordnung ein Positioniermittel zur Ausrichtung des optischen Sensors umfassen.Alternatively or cumulatively, the sensor arrangement comprises at least one positioning means for aligning the optical sensor relative to a target object. In particular, the optical sensor arrangement can include a positioning means for aligning the optical sensor.

Beispielsweise kann der optische Sensor an einer motorisch verstellbaren Positioniereinrichtung, beispielsweise einem CNC-gesteuerten Verschiebegestell, befestigt sein. Mittels des mindestens einen Positioniermittels ist der optische Sensor in mindestens einer Raumrichtung, vorzugsweise in drei voneinander unabhängigen Raumrichtungen, positionierbar. Auch kann eine Orientierung des optischen Sensors, z.B. durch Rotation um eine oder mehrere Raumrichtungen, durch das Positioniermittel einstellbar sein.For example, the optical sensor can be attached to a positioning device that can be adjusted by a motor, for example a CNC-controlled displacement frame. The optical sensor can be positioned in at least one spatial direction, preferably in three mutually independent spatial directions, by means of the at least one positioning means. An orientation of the optical sensor, e.g. by rotation about one or more spatial directions, can also be adjusted by the positioning means.

Alternativ oder kumulativ kann auch das Zielobjekt mittels eines Positioniermittels positionierbar sein. Für ein solches Positioniermittel gelten die gleichen Ausführungen wie für das Positioniermittel des optischen Sensors.Alternatively or cumulatively, the target object can also be positionable by means of a positioning means. The same explanations as for the positioning means of the optical sensor apply to such a positioning means.

In diesem Fall kann die optische Sensoranordnung weiter eine Steuer- und Auswerteeinrichtung umfassen, wobei mittels der Auswerteeinrichtung eine Position eines vom Zielobjekt reflektierten Lichtstrahles relativ zur Durchstrahlöffnung bestimmbar ist, wobei in Abhängigkeit dieser relativen Position die Steuereinrichtung das mindestens eine Positioniermittel derart ansteuert, dass der vom Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl durch die Durchstrahlöffnung tritt. Beispielsweise können mittels der Auswerteeinrichtung ein Abstand und eine Richtung, z.B. in Polarkoordinaten, des reflektierten Lichtstrahls oder eines geometrischen Mittelpunkts des reflektierten Lichtstrahls, von einem Zentrum der Durchstrahlöffnung bestimmt werden. In Abhängigkeit der Richtung und des Abstandes kann dann die Steuereinrichtung das mindestens eine Positioniermittel derart ansteuern, dass der Abstand zwischen dem Lichtstrahl und der Durchstrahlöffnung minimiert wird, vorzugsweise auf Null reduziert wird.In this case, the optical sensor arrangement can also include a control and evaluation device, with the evaluation device being able to determine a position of a light beam reflected by the target object relative to the transmission opening, with the control device activating the at least one positioning means depending on this relative position in such a way that the Target object reflected light beam through the transmission aperture kicks. For example, the evaluation device can be used to determine a distance and a direction, eg in polar coordinates, of the reflected light beam or a geometric center point of the reflected light beam from a center of the transmission opening. Depending on the direction and the distance, the control device can then control the at least one positioning means in such a way that the distance between the light beam and the transmission opening is minimized, preferably reduced to zero.

Der reflektierte Lichtstrahl kann hierzu insbesondere sensorbasiert erfasst werden. Beispielsweise kann der Lichtstrahl mittels einer als Sensorfläche ausgebildeten Einstrahlfläche erfasst werden. Alternativ kann der Lichtstrahl, wie vorhergehend erläutert, mittels einer Bilderfassungseinrichtung erfasst werden.For this purpose, the reflected light beam can be detected in particular in a sensor-based manner. For example, the light beam can be detected by means of an irradiation surface designed as a sensor surface. Alternatively, as explained above, the light beam can be captured by means of an image capturing device.

Ist der optische Sensor an einem Sensorhalter befestigt, so kann das Positioniermittel auch zur Positionierung des Sensorhalters verwendet werden.If the optical sensor is attached to a sensor holder, the positioning means can also be used to position the sensor holder.

Das Positioniermittel kann auch als KMG ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise der Sensorhalter mittels des KMG positionierbar sein.The positioning means can also be designed as a CMM. For this purpose, for example, the sensor holder can be positioned using the CMM.

Durch die Positionierbarkeit des optischen Sensors und/oder des Zielobjekts durch ein steuerbares Positioniermittel kann in vorteilhafter Weise eine geregelte Ausrichtung erfolgen, wobei eine Regeldifferenz beispielsweise durch den vorhergehend erläuterten Abstand zwischen Lichtstrahl und Durchstrahlöffnung gegeben ist. Hierdurch lässt sich der Ausrichtvorgang weiter beschleunigen.Because the optical sensor and/or the target object can be positioned by a controllable positioning means, controlled alignment can advantageously take place, with a control difference being given, for example, by the previously explained distance between the light beam and the transmission opening. This allows the alignment process to be further accelerated.

Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Ausrichtung eines optischen Sensors relativ zu einem Zielobjekt. Der optische Sensor kann hierbei insbesondere ein Sensor zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung sein. Hierbei wird ein Ausrichtelement gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen derart an dem optischen Sensor angeordnet, dass der optische Sensor eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche gerichteter Lichtstrahl zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung tritt. Weiter wird ein Lichtstrahl erzeugt und auf die Einstrahlfläche gerichtet wird. Weiter werden der optische Sensor und/oder der Lichtstrahl in Abhängigkeit einer Position des Lichtstrahls auf der Einstrahlfläche derart relativ zueinander ausgerichtet, dass zumindest ein vorbestimmter Anteil des Lichtstrahls durch die Durchstrahlöffnung hindurchstrahlt.A method for aligning an optical sensor relative to a target object is also proposed. In this case, the optical sensor can in particular be a sensor for determining a movement error of a rotary device. In this case, an alignment element according to one of the previously described embodiments is arranged on the optical sensor such that the optical sensor has a desired alignment when a light beam directed onto the irradiation surface passes through the transmission opening at least partially from the side of the irradiation surface. Furthermore, a light beam is generated and directed onto the irradiation surface. Furthermore, the optical sensor and/or the light beam are aligned relative to one another depending on a position of the light beam on the irradiation surface in such a way that at least a predetermined portion of the light beam shines through the transmission opening.

Insbesondere kann das Ausrichtelement derart an dem optischen Sensor angeordnet werden, dass ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl, der von einer der Einstrahlfläche des Ausrichtelements abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung tritt, oder ein vorbestimmter Anteil davon, ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung tritt, wenn der Lichtstrahl in sich reflektiert wird. Insbesondere kann der reflektierte Lichtstrahl in den Erfassungsbereich des optischen Sensors treten. Weiter wird ein Lichtstrahl erzeugt und von dem Zielobjekt reflektiert. Weiter wird der optische Sensor und/oder das Zielobjekt in Abhängigkeit einer Position des reflektierten Lichtstrahles auf der Einstrahlfläche derart relativ zueinander ausgerichtet, dass ein vorbestimmter Anteil des von dem Zielobjekt reflektierten Lichtstrahls durch die Durchstrahlöffnung hindurchstrahlt. Hierbei kann sowohl der Sensor als auch das Zielobjekt ausgerichtet werden. Dies kann durch eine manuelle Positionierung, z.B. durch einen Benutzer, erfolgen. Auch kann ausschließlich das Zielobjekt oder ausschließlich der Sensor ausgerichtet werden. Die Ausrichtung kann jedoch auch durch ein Positioniermittel, insbesondere ein motorisches verstellbares Positioniermittel, erfolgen.In particular, the alignment element can be arranged on the optical sensor in such a way that a light beam emitted by the optical sensor or a light source of the alignment element, which passes through the transmission opening from a side facing away from the irradiation surface of the alignment element, or a predetermined proportion thereof, exclusively from the Side of the irradiation surface occurs through the transmission opening when the light beam is reflected in itself. In particular, the reflected light beam can enter the detection range of the optical sensor. Furthermore, a light beam is generated and reflected from the target object. Furthermore, the optical sensor and/or the target object is aligned relative to one another depending on a position of the reflected light beam on the irradiation surface in such a way that a predetermined proportion of the light beam reflected by the target object shines through the transmission opening. Here, both the sensor and the target object can be aligned. This can be done by manual positioning, e.g. by a user. Also, only the target object or only the sensor can be aligned. However, the alignment can also be carried out by a positioning means, in particular a motor-driven adjustable positioning means.

Auch kann eine sensor- oder bildbasierte Erfassung des reflektierten Lichtstrahles, eine Bestimmung der Position des Lichtstrahles relativ zur Durchstrahlöffnung und eine in Abhängigkeit dieser relativen Position erfolgende Ausrichtung, insbesondere mittels des vorhergehend erläuterten Positioniermittels, erfolgen. Auch kann ein Abstand und eine Richtung des auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahls von der Durchstrahlöffnung, beispielsweise in einem Polarkoordinatensystem, dessen Zentrum ein Mittelpunkt der Durchstrahlöffnung ist, bestimmt werden. Dann kann die Ausrichtung beispielsweise in Abhängigkeit des Abstandes und der Richtung erfolgen.A sensor-based or image-based detection of the reflected light beam, a determination of the position of the light beam relative to the transmission opening and an alignment depending on this relative position, in particular by means of the previously explained positioning means, can take place. A distance and a direction of the light beam reflected onto the irradiation surface from the transmission opening can also be determined, for example in a polar coordinate system whose center is a center point of the transmission opening. The alignment can then take place, for example, as a function of the distance and the direction.

Während der sensor- oder bildbasierten Auswertung kann beispielsweise eine Intensität des auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahls bestimmt werden. Ein Ausrichtvorgang kann beispielsweise dann beendet werden, wenn der auf die Einstrahlfläche reflektierte Lichtstrahl derart relativ zur Durchstrahlöffnung positioniert wurde, dass die Intensität kleiner als eine vorbestimmte Intensität, vorzugsweise Null, ist. An intensity of the light beam reflected onto the irradiation surface can be determined, for example, during the sensor-based or image-based evaluation. An alignment process can be ended, for example, when the light beam reflected onto the irradiation surface has been positioned relative to the transmission opening in such a way that the intensity is less than a predetermined intensity, preferably zero.

In diesem Fall kann angenommen werden, dass der gesamte oder ein vorbestimmter Anteil des reflektierten Lichtstrahls durch die Durchstrahlöffnung tritt.In this case it can be assumed that all or a predetermined portion of the reflected light beam passes through the transmission opening.

Dieses Abbruchkriterium erlaubt in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Ausrichtung, da, falls der reflektierte Lichtstrahl durch die Durchstrahlöffnung tritt, in der Regel kein reflektierter Lichtstrahl auf der Einstrahlfläche mehr durch z.B. einen Sensor oder eine Bilderfassungseinrichtung erfassbar ist. Entsprechend kann eine Ausrichtung so lange erfolgen, wie eine Intensität des auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahles größer als oder gleich der vorbestimmten Intensität ist.This termination criterion allows reliable alignment in an advantageous manner, since if the reflected light beam passes through the transmission opening, there is usually no more reflected light beam on the irradiation surface, for example by a sensor or an image acquisition device can be acquired. Accordingly, alignment can be performed as long as an intensity of the light beam reflected onto the irradiation surface is greater than or equal to the predetermined intensity.

Selbstverständlich ist hierbei zu berücksichtigen, dass der Lichtstrahl auch neben die Einstrahlfläche reflektiert werden kann, wobei ebenfalls kein auf die Einstrahlfläche reflektierter Lichtstrahl erfassbar sein kann. Somit ist zusätzlich sicherzustellen, dass vor Beendigung des Ausrichtvorgangs z.B. der Abstand zwischen dem auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahl und der Durchstrahlöffnung verringert wurde.Of course, it must be taken into account here that the light beam can also be reflected next to the irradiation surface, it also being possible for no light beam reflected onto the irradiation surface to be detected. It must therefore also be ensured that before the alignment process is completed, e.g. the distance between the light beam reflected onto the irradiation surface and the transmission opening has been reduced.

Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Seitenansicht eines optischen Sensors und eines Zielobjekts bei nicht optimaler Ausrichtung,
  • 2 eine schematische Seitenansicht eines optischen Sensors und eines Zielobjekts bei optimaler Ausrichtung,
  • 3 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung bei nicht optimaler Ausrichtung,
  • 4 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung bei optimaler Ausrichtung,
  • 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Sensoranordnung,
  • 6 einen Querschnitt durch eine Sensoranordnung,
  • 7 einen Querschnitt durch ein Ausrichtelement,
  • 8 ein schematischer Querschnitt durch eine weitere optische Sensoranordnung,
  • 9 eine perspektivische Ansicht eines Sensors,
  • 10 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ausrichtelements
  • 11 eine perspektivische Ansicht einer Sensoranordnung und
  • 12 eine optische Sensoranordnung zur Ausrichtung von fünf optischen Sensoren relativ zu einem Zielobjekt
The invention is explained in more detail using several exemplary embodiments. The figures show:
  • 1 a schematic side view of an optical sensor and a target object with non-optimal alignment,
  • 2 a schematic side view of an optical sensor and a target object with optimal alignment,
  • 3 a schematic side view of a sensor arrangement according to the invention with non-optimal alignment,
  • 4 a schematic side view of a sensor arrangement according to the invention with optimal alignment,
  • 5 a schematic side view of a further sensor arrangement according to the invention,
  • 6 a cross section through a sensor arrangement,
  • 7 a cross section through an alignment element,
  • 8th a schematic cross section through another optical sensor arrangement,
  • 9 a perspective view of a sensor,
  • 10 a perspective view of an alignment element according to the invention
  • 11 a perspective view of a sensor arrangement and
  • 12 an optical sensor array for aligning five optical sensors relative to a target object

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.In the following, the same reference symbols designate elements with the same or similar technical features.

In 1 ist eine schematische Seitenansicht eines optischen Sensors 1 und eines Zielobjekts 2 dargestellt. Das Zielobjekt 2 ist hierbei als sogenanntes Kugelnormal ausgebildet. Das Kugelnormal umfasst mindestens eine Kugel 3 und eine Stange 4, an deren Ende die Kugel 3 befestigt ist. Wie nachfolgend näher erläutert, dient ein solches Kugelnormal zur Ermittlung von Bewegungsfehlern bei Verdrehung eines verdrehbaren Teils einer Drehvorrichtung um eine Drehachse. Hierzu wird das Kugelnormal möglichst konzentrisch zur Drehachse auf dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung angeordnet. Konzentrisch bedeutet, dass eine Mittellinie 5 des Kugelnormals auf der Drehachse angeordnet ist.In 1 A schematic side view of an optical sensor 1 and a target object 2 is shown. The target object 2 is in the form of a so-called spherical standard. The ball standard comprises at least one ball 3 and a rod 4, at the end of which the ball 3 is attached. As explained in more detail below, such a spherical standard is used to determine movement errors when rotating a rotatable part of a rotary device about an axis of rotation. For this purpose, the ball standard is arranged as concentrically as possible to the axis of rotation on the rotatable part of the rotating device. Concentric means that a center line 5 of the sphere normal is arranged on the axis of rotation.

Der Sensor 1 umfasst eine Lichtquelle und einen Lichtempfänger, die in einem Gehäuse 6 des Sensors 1 angeordnet sein können. In einem Sensorkopf 7 ist eine Linse 8 angeordnet. Durch diese Linse 8 wird ein von der Lichtquelle des Sensors 1 erzeugter Lichtstrahl 9 emittiert.The sensor 1 includes a light source and a light receiver, which can be arranged in a housing 6 of the sensor 1 . A lens 8 is arranged in a sensor head 7 . A light beam 9 generated by the light source of the sensor 1 is emitted through this lens 8 .

In 1 ist weiter ein Koordinatensystem dargestellt, wobei eine Vertikalrichtung z und eine erste Horizontalrichtung x dargestellt sind. Eine Strahlrichtung des Lichtstrahls 9 ist hierbei entgegengesetzt der Vertikalrichtung z orientiert. Der Lichtstrahl 9 kann hierbei einen vorbestimmten Durchmesser aufweisen. Insbesondere kann der Lichtstrahl 9 ein Laserstrahl sein.In 1 a coordinate system is also shown, with a vertical direction z and a first horizontal direction x being shown. A beam direction of the light beam 9 is oriented opposite to the vertical direction z. The light beam 9 can have a predetermined diameter. In particular, the light beam 9 can be a laser beam.

In 1 ist dargestellt, dass eine Mittellinie des Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt M der Kugel 3 nicht schneidet. Somit trifft der Lichtstrahl 9 nicht auf einen Pol der Kugel 3. Dies bedeutet, dass der Lichtstrahl 9 mit einem Winkel α aus einem vorbestimmen Winkelbereich reflektiert wird. Der von der Kugel 3 reflektierte Lichtstrahl 10 wird somit nicht zurück zur Linse 8 und somit nicht in einen Erfassungsbereich 11 des optischen Sensors 1 reflektiert. In 1 ist dargestellt, dass in einer solchen nicht optimalen Ausrichtung des optischen Sensors 1 zum Zielobjekt 2 der reflektierte Lichtstrahl 10 zusätzlich gestreut wird, wobei ein Durchmesser des Lichtstrahls 10 verbreitert wird.In 1 it is shown that a center line of the light beam 9 does not intersect a center point M of the sphere 3 . Thus, the light beam 9 does not strike a pole of the sphere 3. This means that the light beam 9 is reflected at an angle α from a predetermined angle range. The light beam 10 reflected by the ball 3 is therefore not reflected back to the lens 8 and thus not into a detection area 11 of the optical sensor 1 . In 1 It is shown that in such a non-optimal alignment of the optical sensor 1 to the target object 2, the reflected light beam 10 is additionally scattered, with a diameter of the light beam 10 being widened.

In 2 ist die in 1 dargestellte Anordnung in einer optimalen Ausrichtung dargestellt. Hierbei ist der optische Sensor 1 derart relativ zum Zielobjekt 2 angeordnet, dass eine Mittellinie des Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt M der Kugel 3 des Zielobjekts 2 schneidet. Somit überlagert die Mittellinie des Lichtstrahls 9 eine Radiallinie der Kugel 2.In 2 is the in 1 shown arrangement shown in an optimal orientation. In this case, the optical sensor 1 is arranged relative to the target object 2 in such a way that a center line of the light beam 9 intersects a center point M of the sphere 3 of the target object 2 . Thus, the center line of the light beam 9 is superimposed on a radial line of the sphere 2.

In diesem Fall wird der Lichtstrahl 9, der von der Lichtquelle des optischen Sensors 1 durch die Linse 8 emittiert wird, in sich reflektiert. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist somit eine Strahlrichtung des reflektierten Strahls 10 in Vertikalrichtung z orientiert, wobei sich Mittellinien der Lichtstrahlen 9, 10 überlagern. Somit gelangt der reflektierte Lichtstrahl vollständig in den Erfassungsbereich 11 des optischen Sensors 1, was eine zuverlässige und genaue Bestimmung des Abstands möglich macht.In this case, the light beam 9, which is emitted by the light source of the optical sensor 1 through the lens 8, is reflected on itself. in the in 2 illustrated embodiment is thus a beam direction of the reflected beam 10 in Oriented in the vertical direction z, with center lines of the light beams 9, 10 being superimposed. The reflected light beam thus reaches the detection area 11 of the optical sensor 1 completely, which makes it possible to determine the distance reliably and precisely.

In 1 und 2 ist dargestellt, dass an dem optischen Sensor 1 eine Halteeinrichtung 12 zur Befestigung des optischen Sensors 1 an einem Sensorhalter 35 (siehe 12) angeordnet ist. Weiter weist der Sensorkopf 7 einen zylinderförmigen Abschnitt 13 mit einem vorbestimmten Außendurchmesser und einen konusförmigen Abschnitt 14 auf, an dessen schmalem Ende die Linse 8 angeordnet ist. Der zylinderförmige Abschnitt 13 des Sensorkopfes 7 dient als Befestigungsmittel des optischen Sensors 1 zur Befestigung eines Ausrichtelements 15 (siehe z.B. 3) an dem optischen Sensor 1.In 1 and 2 is shown that a holding device 12 for fastening the optical sensor 1 to a sensor holder 35 (see FIG 12 ) is arranged. Furthermore, the sensor head 7 has a cylindrical section 13 with a predetermined outer diameter and a conical section 14, at the narrow end of which the lens 8 is arranged. The cylindrical section 13 of the sensor head 7 serves as a fastening means of the optical sensor 1 for fastening an alignment element 15 (see e.g 3 ) on the optical sensor 1.

In 3 ist eine schematische Seitenansicht einer optischen Sensoranordnung 16 dargestellt. Die Sensoranordnung 16 umfasst einen optischen Sensor 1, der entsprechend dem in 1 erläuterten optischen Sensor 1 ausgebildet ist. Weiter umfasst die Sensoranordnung 16 ein Ausrichtelement 15. Das Ausrichtelement 15 ist hohlzylinderförmig ausgebildet. Hierbei weist das Ausrichtelement 15 einen Mantelabschnitt 17 und eine erste Stirnseite 18 auf. Eine Außenfläche der Stirnseite 18 ist als Einstrahlfläche 19 ausgebildet. Das Ausrichtelement 15 schließt ein Innenvolumen 20 ein. Hierbei bezeichnet die Einstrahlfläche 19 die dem Innenvolumen 20 abgewandte Oberfläche der Stirnseite 18. Die Stirnseite 18 weist eine Durchstrahlöffnung 21 auf. Durch die Durchstrahlöffnung 21 ist das Innenvolumen 20 von außen zugänglich. Hierbei ist dargestellt, dass der Sensorkopf 7 und insbesondere die Linse 8 im Innenvolumen 20 angeordnet ist.In 3 a schematic side view of an optical sensor arrangement 16 is shown. The sensor arrangement 16 comprises an optical sensor 1 which, in accordance with the 1 explained optical sensor 1 is formed. Furthermore, the sensor arrangement 16 comprises an alignment element 15. The alignment element 15 is in the form of a hollow cylinder. In this case, the alignment element 15 has a jacket section 17 and a first end face 18 . An outer surface of the end face 18 is designed as an irradiation surface 19 . Alignment element 15 encloses an interior volume 20 . In this case, the irradiation surface 19 designates the surface of the end face 18 which faces away from the inner volume 20 . The end face 18 has a penetration opening 21 . The inner volume 20 is accessible from the outside through the transmission opening 21 . It is shown here that the sensor head 7 and in particular the lens 8 are arranged in the inner volume 20 .

Der Hohlzylinder weist hierbei einen Innendurchmesser auf, der um ein vorbestimmtes Maß kleiner als ein Außendurchmesser des zylinderförmigen Abschnitts 13 des Sensorkopfes 7 ist. Somit kann das Ausrichtelement 15 auf den Sensorkopf 7 aufgesteckt und gehaltert werden. Somit ist eine reibschlüssige Verbindung zwischen Sensorkopf 7 und Ausrichtelement 15 herstellbar. Somit bilden Innenflächen des Mantelabschnitts 17 des Ausrichtelements 15 die Befestigungsmittel des Ausrichtelements 15 zur Befestigung an dem optischen Sensor 1. Es ist aber auch vorstellbar, dass der Innendurchmesser des Hohlzylinders größer als der Außendurchmesser ist und das Ausrichtelement 15 mittels eines Befestigungsmittels, z.B. einer Schraube, am Sensorkopf 7 befestigt wird.In this case, the hollow cylinder has an inner diameter which is smaller by a predetermined amount than an outer diameter of the cylindrical section 13 of the sensor head 7 . The alignment element 15 can thus be plugged onto the sensor head 7 and held in place. A frictional connection between the sensor head 7 and the alignment element 15 can thus be produced. Thus, inner surfaces of the jacket section 17 of the alignment element 15 form the fastening means of the alignment element 15 for fastening to the optical sensor 1. However, it is also conceivable that the inner diameter of the hollow cylinder is larger than the outer diameter and the alignment element 15 can be fixed by means of a fastening means, e.g. a screw. is attached to the sensor head 7.

Die dargestellte Befestigung des Ausrichtelements 15 an dem optischen Sensor 1 erfolgt hierbei derart, dass eine Zentralachse der Durchstrahlöffnung 21 einer Mittellinie des emittierten Lichtstrahls 9 entspricht, d.h. auf dieser angeordnet ist. Insbesondere ist das Ausrichtelement 15 konzentrisch zu dem Lichtstrahl 9 auf dem optischen Sensor 1 angeordnet.The illustrated attachment of the alignment element 15 to the optical sensor 1 is carried out in such a way that a central axis of the transmission opening 21 corresponds to a center line of the emitted light beam 9, i.e. is arranged on this. In particular, the alignment element 15 is arranged concentrically to the light beam 9 on the optical sensor 1 .

Ein Durchmesser der Durchstrahlöffnung 21 ist hierbei derart gewählt, dass der Lichtstrahl 9 von einer der Einstrahlfläche 19 abgewandten Seite der Stirnseite 18 durch die Durchstrahlöffnung 21 tritt. Weiter ist der Durchmesser der Durchstrahlöffnung 21 derart gewählt und das Ausrichtelement 15 derart an dem optischen Sensor 1 befestigt, dass der vom Zielobjekt 2 reflektierte Lichtstrahl 10 ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche 19 durch die Durchstrahlöffnung 21 zurückgestrahlt wird, wenn der Lichtstrahl 9 in sich oder nahezu in sich reflektiert wird. In 3 ist, entsprechend 1, dargestellt, dass eine Mittellinie des Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt M der Kugel 3 nicht schneidet. Somit wird der Lichtstrahl 9 unter dem Winkel α reflektiert. Ein Teil des reflektierten Lichtstrahls 10 trifft somit in einem Bereich 22 auf die Einstrahlfläche 19.A diameter of the transmission opening 21 is chosen such that the light beam 9 passes through the transmission opening 21 from a side of the end face 18 facing away from the irradiation surface 19 . Furthermore, the diameter of the transmission opening 21 is selected in such a way and the alignment element 15 is fastened to the optical sensor 1 in such a way that the light beam 10 reflected by the target object 2 is only reflected back through the transmission opening 21 from the side of the irradiation surface 19 when the light beam 9 is in itself or is almost reflected in itself. In 3 is, accordingly 1 , shown that a center line of the light beam 9 does not intersect a center point M of the sphere 3 . Thus, the light beam 9 is reflected at the angle α. A part of the reflected light beam 10 thus strikes the irradiation surface 19 in a region 22.

Somit kann visuell oder, wie nachfolgend näher erläutert, auch sensor- oder kamerabasiert erfasst werden, dass der Lichtstrahl 9 nicht in sich, sondern unter einem Winkel, der größer als ein vorbestimmter gewünschter Winkel ist, von dem Zielobjekt 2 reflektiert wird.It can thus be detected visually or, as explained in more detail below, also based on sensors or cameras, that the light beam 9 is not reflected in itself but at an angle that is greater than a predetermined desired angle from the target object 2 .

In 4 ist die in 3 dargestellte Anordnung bei einer optimalen Ausrichtung dargestellt. Wie zu 2 bereits erläutert, ist hierbei der optische Sensor 1 derart relativ zum Zielobjekt 2 angeordnet, dass eine Mittellinie des emittierten Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt der Kugel 3 des Zielobjekts 2 schneidet. Somit wird der Lichtstrahl 9 in sich reflektiert und der reflektierte Lichtstrahl 10 tritt wieder von der Seite der Einstrahlfläche 19 durch die Durchstrahlöffnung 21 in den Erfassungsbereich des optischen Sensors 1, insbesondere auf die Linse 8. In diesem Fall trifft der reflektierte Lichtstrahl 10 nicht oder nur teilweise auf die Einstrahlfläche 19. In diesem Fall kann visuell beobachtet oder sensor- oder kamerabasiert erfasst werden, dass kein reflektierter Lichtstrahl 10 auf die Einstrahlfläche 19 trifft, woraus gefolgert werden kann, dass eine optimale relative Ausrichtung des Zielobjekts 2 zu dem optischen Sensor 1 gegeben ist.In 4 is the in 3 shown arrangement shown at an optimal alignment. How to 2 already explained, in this case the optical sensor 1 is arranged relative to the target object 2 in such a way that a center line of the emitted light beam 9 intersects a center point of the sphere 3 of the target object 2 . Thus, the light beam 9 is reflected in itself and the reflected light beam 10 re-emerges from the side of the irradiation surface 19 through the transmission opening 21 into the detection area of the optical sensor 1, in particular onto the lens 8. In this case, the reflected light beam 10 does not hit or only hits partially on the irradiation surface 19. In this case, it can be visually observed or detected by sensors or cameras that no reflected light beam 10 hits the irradiation surface 19, from which it can be concluded that the target object 2 is optimally aligned relative to the optical sensor 1 is.

In 5 ist eine weitere schematische Seitenansicht einer vorgeschlagenen optischen Sensoranordnung 16 dargestellt. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Sensoranordnung 16 einen optischen Sensor 1 und ein Ausrichtelement 15. Ein Zielobjekt 2 und der optische Sensor 1 sind hierbei derart relativ zueinander angeordnet, dass eine Mittellinie eines emittierten Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt M der Kugel 3 des Zielobjekts 2 nicht schneidet. Somit ist der optische Sensor 1 nicht optimal zum Zielobjekt 2 ausgerichtet. Die optische Sensoranordnung 16 umfasst im Unterschied zu der in 3 beschriebenen Sensoranordnung 16 eine Bilderfassungseinrichtung 23. Die Einstrahlfläche 19 ist hierbei in einem Erfassungsbereich 24 der Bilderfassungseinrichtung 23 angeordnet. Durch die Bilderfassungseinrichtung 23 kann somit ein auf die Einstrahlfläche 19 reflektierter Lichtstrahl 10, der auf diese Einstrahlfläche in einem Bereich 22 trifft, erfasst werden. Wird ein solcher auf die Einstrahlfläche 19 reflektierter Lichtstrahl 10 erfasst, so kann z.B. kamerabasiert detektiert werden, dass der optische Sensor 1 nicht optimal zum Zielobjekt 2 ausgerichtet ist.In 5 Another schematic side view of a proposed optical sensor assembly 16 is shown. As in 3 shown, the sensor arrangement 16 comprises an optical sensor 1 and an alignment element 15. A target object 2 and the optical sensor 1 are arranged relative to one another here in such a way that a center line of an emitted light beam 9 does not intersect a center point M of the sphere 3 of the target object 2. Thus is the optical sensor 1 is not optimally aligned with the target object 2. In contrast to that in 3 The sensor arrangement 16 described has an image acquisition device 23. The irradiation surface 19 is here arranged in a detection area 24 of the image acquisition device 23. A light beam 10 reflected onto the irradiation surface 19 and impinging on this irradiation surface in a region 22 can thus be detected by the image acquisition device 23 . If such a light beam 10 reflected onto the irradiation surface 19 is detected, it can be detected, for example, using a camera, that the optical sensor 1 is not optimally aligned with the target object 2 .

Ausgangssignale der Bilderfassungseinrichtung 23 können zur automatischen Ausrichtung verwendet werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit des von der Bilderfassungseinrichtung 23 erzeugten Bildes ein Abstand und eine Richtung des Bereichs 22, in welchen der reflektierte Lichtstrahl 10 fällt, von der Durchstrahlöffnung 21 bestimmt werden. Die Richtung kann beispielsweise in einem geeigneten Koordinatensystem, beispielsweise einem Polarkoordinatensystem, bestimmt werden. Hierzu können geeignete Verfahren der Bildverarbeitung, z.B. Detektions- oder Segmentierungsverfahren, verwendet werden. Diese können z.B. intensitätsbasiert durchgeführt werden. Hierbei kann z.B. berücksichtigt werden, dass die abgebildete Einstrahlfläche 19 im Bereich 22 eine höhere Intensität aufweist als in den verbleibenden Bereichen der Einstrahlfläche 19.Output signals from the image capture device 23 can be used for automatic alignment. In particular, depending on the image generated by the image acquisition device 23, a distance and a direction of the region 22, in which the reflected light beam 10 falls, from the transmission opening 21 can be determined. The direction can be determined, for example, in a suitable coordinate system, for example a polar coordinate system. Suitable methods of image processing, e.g. detection or segmentation methods, can be used for this. These can be carried out based on intensity, for example. It can be taken into account here, for example, that the imaged irradiation surface 19 has a higher intensity in area 22 than in the remaining areas of irradiation surface 19.

Der bildbasiert bestimmte Abstand und die Richtung können dann zur Steuerung z.B. einer motorischen Positioniereinrichtung (nicht dargestellt) des optischen Sensors 1 und/oder des Zielobjektes 2 genutzt werden. Hierbei wird in Abhängigkeit des Abstandes und der Richtung der optische Sensor 1 derart relativ zum Zielobjekt 2 positioniert, dass der reflektierte Lichtstrahl 10 durch die Durchstrahlöffnung 21 in den Erfassungsbereich des optischen Sensors 1 tritt.The distance and the direction determined based on the image can then be used to control, for example, a motorized positioning device (not shown) of the optical sensor 1 and/or the target object 2. Depending on the distance and the direction, the optical sensor 1 is positioned relative to the target object 2 in such a way that the reflected light beam 10 passes through the transmission opening 21 into the detection range of the optical sensor 1 .

In 6 ist ein schematischer Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße optische Sensoranordnung 16 dargestellt. Die optische Sensoranordnung 16 umfasst wiederum einen optischen Sensor 1 mit einem Sensorkopf 7, auf den ein Ausrichtelement 15, welches bereits in 3 erläutert wurde, gesteckt ist. Hierbei ist dargestellt, dass auf der Stirnseite 18 des hohlzylinderförmigen Ausrichtelements 15 eine Leuchtschicht 25 angeordnet ist. Die Durchstrahlöffnung 21 erstreckt sich hierbei durch die Stirnseite 18 und die Leuchtschicht 25. Eine äußere Oberfläche der Leuchtschicht 25 bildet die Einstrahlfläche 19. Trifft ein Lichtstrahl auf die Leuchtschicht 25, so fluoresziert die Leuchtschicht 25 und erzeugt somit eine Strahlung, insbesondere eine Strahlung in einem Spektralbereich von sichtbarem Licht.In 6 a schematic cross section through a further optical sensor arrangement 16 according to the invention is shown. The optical sensor arrangement 16 in turn comprises an optical sensor 1 with a sensor head 7, onto which an alignment element 15, which is already shown in 3 was explained, is plugged. It is shown here that a luminescent layer 25 is arranged on the end face 18 of the hollow-cylindrical alignment element 15 . The transmission opening 21 extends through the end face 18 and the luminescent layer 25. An outer surface of the luminescent layer 25 forms the irradiation surface 19. If a light beam strikes the luminescent layer 25, the luminescent layer 25 fluoresces and thus generates radiation, in particular radiation in one spectral range of visible light.

Weiter dargestellt ist, dass in einem Innenvolumen 20 des Ausrichtelements, also auf der von der Einstrahlfläche 19 abgewandten Seite des Ausrichtelements 15, eine weitere Lichtquelle 26 angeordnet ist, die durch Zuleitungen 27 mit Energie versorgbar ist. Die Lichtquelle 26 kann hierbei beispielsweise als LED ausgebildet sein. Mittels der weiteren Lichtquelle 26 ist das Innenvolumen 20 beleuchtbar. Hierbei tritt Licht von der der Einstrahlfläche 19 abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung 21. Somit kann eine Position der Durchstrahlöffnung 21, insbesondere bei Dunkelheit, besser visuell oder kamera- oder sensorbasiert erfasst werden.It is also shown that in an inner volume 20 of the alignment element, ie on the side of the alignment element 15 facing away from the irradiation surface 19, a further light source 26 is arranged, which can be supplied with energy through supply lines 27. In this case, the light source 26 can be in the form of an LED, for example. The interior volume 20 can be illuminated by means of the additional light source 26 . In this case, light passes through the transmission opening 21 from the side facing away from the irradiation surface 19. Thus, a position of the transmission opening 21, in particular in the dark, can be better detected visually or based on a camera or sensors.

Dies ermöglicht somit eine vereinfachte Ausrichtung auch bei Dunkelheit.This enables simplified alignment even in the dark.

In 7 ist ein schematischer Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausrichtelement 15 dargestellt. Auch dieses Ausrichtelement 15 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und umfasst einen Mantelabschnitt 17 und eine Stirnfläche 18. Eine äußere Oberfläche der Stirnseite 18 bildet die vorhergehend erläuterte Einstrahlfläche 19. Diese weist eine Durchstrahlöffnung 21 auf. Hierbei ist, wie auch in den vorhergehenden Beispielen, das hohlzylinderförmige Ausrichtelement 15 zu einer Seite hin geöffnet, die gegenüberliegend der ersten Stirnseite 18 angeordnet ist. Hierbei ist dargestellt, dass das Ausrichtelement 15 eine Lichtquelle 28 umfasst. Die Lichtquelle 28 ist hierbei von der Lichtquelle des optischen Sensors 1 verschieden.In 7 a schematic cross section through an alignment element 15 according to the invention is shown. This alignment element 15 is also in the form of a hollow cylinder and comprises a casing section 17 and an end face 18. An outer surface of the end face 18 forms the irradiation surface 19 explained above. Here, as in the previous examples, the hollow-cylindrical alignment element 15 is open to a side that is arranged opposite the first end face 18 . It is shown here that the alignment element 15 includes a light source 28 . In this case, the light source 28 differs from the light source of the optical sensor 1 .

Die Lichtquelle 28 ist derart innerhalb des Innenvolumens 20 des Ausrichtelements 15 angeordnet, dass ein von der Lichtquelle 28 emittierter Lichtstrahl 9 von der der Einstrahlfläche 19 abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung 21 tritt und nur dann von der Seite der Einstrahlfläche 19 durch die Durchstrahlöffnung 21 zurückgestrahlt wird, wenn der emittierte Strahl 9 in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.The light source 28 is arranged within the inner volume 20 of the alignment element 15 in such a way that a light beam 9 emitted by the light source 28 passes through the transmission opening 21 from the side facing away from the irradiation surface 19 and is only then reflected back through the irradiation opening 21 from the side of the irradiation surface 19 , when the emitted beam 9 is reflected in itself or almost in itself.

Das in 7 dargestellte Ausrichtelement 15 kann zur Ausrichtung von Abstandssensoren genutzt werden.This in 7 The alignment element 15 shown can be used to align distance sensors.

In 8 ist ein Querschnitt durch eine weitere optische Sensoranordnung 16 dargestellt. Hierbei ist das in 7 dargestellte Ausrichtelement 15 auf ein sogenanntes Autokollimationsfernrohr 29 (AKF) aufgesteckt. Hierbei bildet das AKF 29 einen optischen Sensor. Hierbei ist der Mantelabschnitt 17 auf ein freies Ende eines Objektivs 30 des AKF aufgesteckt. Das AKF 29 dient zur Messung von Drehwinkeln, insbesondere von Spiegeln 31. Hierbei kann das AKF 29 einen Winkel nur in einem relativ geringen Winkelbereich erfassen. Daher ist es wünschenswert, vor Beginn einer Messung das AKF 29 derart auszurichten, dass das vom Spiegel 31 reflektierte Licht in den Erfassungsbereich des AKF 29 einstrahlt. Zur Ausrichtung kann der Mantelabschnitt 17 des Ausrichtelements 15 auf das Objektiv 30 aufgeschoben werden, wobei der von der Lichtquelle 28 emittierte Lichtstrahl 9 parallel zu den durch das AKF zu erfassenden Lichtstrahlen verläuft, insbesondere parallel zu einer zentralen Längsachse des Objektivs 30. Die parallele Ausrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch durch ein Ausrichten in Abhängigkeit von Markierungen erreicht werden, wobei die Markierungen auf dem Objektiv 30 und/oder dem Ausrichtelement 15 angebracht sind.In 8th a cross section through a further optical sensor arrangement 16 is shown. This is in 7 The alignment element 15 shown is attached to a so-called autocollimation telescope 29 (AKF). Here, the AKF 29 forms an optical sensor. In this case, the jacket section 17 is slipped onto a free end of an objective 30 of the AKF. The AKF 29 is used to measure angles of rotation, in particular of mirrors 31. Here, the AKF 29 can only have a relatively small angle capture the angular range. It is therefore desirable, before starting a measurement, to align the AKF 29 in such a way that the light reflected by the mirror 31 radiates into the detection area of the AKF 29 . For alignment, the casing section 17 of the alignment element 15 can be pushed onto the lens 30, with the light beam 9 emitted by the light source 28 running parallel to the light beams to be detected by the AKF, in particular parallel to a central longitudinal axis of the lens 30. The parallel alignment can can alternatively or additionally be achieved by aligning as a function of markings, the markings being attached to the lens 30 and/or the alignment element 15 .

Die Ausrichtung kann, wie vorhergehend bereits erläutert, durch eine Positionierung des AKF 29 und/oder des Spiegels 31 zueinander erfolgen, wobei die Ausrichtung derart eingestellt wird, dass der emittierte Lichtstrahl 9 an dem Spiegelelement 31 in sich reflektiert wird. In 8 ist dargestellt, dass der reflektierte Lichtstrahl 10 nicht in den emittierten Lichtstrahl 9 reflektiert wird, sondern im Bereich 22 auf die Einstrahlfläche 19 fällt. Somit ist das AKF 29 nicht optimal relativ zum Spiegel 31 ausgerichtet.As already explained above, the alignment can take place by positioning the ACF 29 and/or the mirror 31 relative to one another, with the alignment being set in such a way that the emitted light beam 9 is reflected in itself by the mirror element 31 . In 8th it is shown that the reflected light beam 10 is not reflected into the emitted light beam 9, but falls on the irradiation surface 19 in the area 22. Thus, the AKF 29 is not optimally aligned relative to the mirror 31.

In 9 ist eine perspektivische Ansicht des optischen Sensors 1 zur Abstandsmessung dargestellt. Dieser optische Sensor 1 umfasst ein Sensorgehäuse 6 und einen Sensorkopf 7, der einen zylinderförmigen Abschnitt 13 aufweist.In 9 a perspective view of the optical sensor 1 for distance measurement is shown. This optical sensor 1 comprises a sensor housing 6 and a sensor head 7 which has a cylindrical section 13 .

In 10 ist ein als Ausrichthülse ausgebildetes Ausrichtelement 15 dargestellt. Hierbei ist erkennbar, dass ein Mantelabschnitt 17 des Ausrichtelements 15 verschieden von einer Stirnseite 18 ausgebildet ist, wobei die Stirnseite 18 die Einstrahlfläche 19 mit der Durchstrahlöffnung 21 aufweist. Weiter dargestellt ist ein Durchgangsloch 32, durch welches z.B. die in 6 dargestellten Zuleitungen 27 geführt werden können.In 10 an alignment element 15 designed as an alignment sleeve is shown. It can be seen here that a jacket section 17 of the alignment element 15 is designed differently from an end face 18 , the end face 18 having the irradiation surface 19 with the irradiation opening 21 . Also shown is a through hole 32 through which, for example, the 6 illustrated leads 27 can be performed.

In 11 ist eine optische Sensoranordnung 16 dargestellt, bei der das Ausrichtelement 15 auf den optischen Sensor 1 aufgesteckt ist. In dieser Konfiguration ist der Sensorkopf 7, insbesondere die Linse 8 (siehe z.B. 3), durch das Ausrichtelement 15 z.B. vor Umgebungseinflüssen geschützt.In 11 an optical sensor arrangement 16 is shown in which the alignment element 15 is plugged onto the optical sensor 1 . In this configuration, the sensor head 7, in particular the lens 8 (see e.g 3 ), Protected by the alignment element 15, for example, from environmental influences.

In 12 ist eine optische Sensoranordnung 16 zur Ausrichtung von insgesamt 5 optischen Sensoren 1 relativ zu einem Zielobjekt 2 dargestellt. Das Zielobjekt 2 ist als sogenanntes Doppelkugelnormal ausgebildet. Das Doppelkugelnormal umfasst eine zylindrische Stange 4, wobei entlang einer Längsachse der zylindrischen Stange 4 eine erste Kugel 3a und eine zweite Kugel 3b angeordnet sind. In 12 ist dargestellt, dass das Doppelkugelnormal auf einem drehbaren Teil 33 eines Drehtisches 34 angeordnet ist, wobei das Doppelkugelnormal konzentrisch oder nahezu konzentrisch auf einer nicht dargestellten Drehachse des drehbaren Teils 33 angeordnet ist. Um die eingangs erläuterten Bewegungsfehler der Drehachse des drehbaren Teils 33 zu erfassen, werden Abstände der optischen Sensoren 1 von den Kugeln 3a, 3b während einer Drehung des drehbaren Teils 33 gemessen. Hierbei erfassen zwei optische Sensoren 1 Abstände in einer ersten horizontalen Richtung x und einer zweiten horizontalen Richtung y von der ersten Kugel 3a, wobei die horizontalen Richtungen x, y senkrecht zueinander orientiert sind. Zwei der fünf optischen Sensoren 1 erfassen Abstände in den zwei horizontalen Richtungen x, y von der zweiten Kugel 3b. Ein verbleibender optischer Sensor 1 erfasst einen Abstand des optischen Sensors 1 von der zweiten Kugel 3b in Vertikalrichtung z. Hierbei ist dargestellt, dass die optischen Sensoren 1 an einem Sensorhalter 35 befestigt sind. Der Sensorhalter 35 umfasst drei senkrecht zueinander stehende Wände, wobei an den Seitenwänden jeweils zwei optische Sensoren 1 und an einer Stirnwand ein optischer Sensor 1 befestigt ist. Die Befestigung der optischen Sensoren 1 kann beispielsweise mittels der in 1 beschriebenen Haltevorrichtung 12 erfolgen. Der Sensorhalter 35 ist durch ein Positioniermittel 36 motorisch in den drei Raumrichtungen x, y, z positionierbar. Auf einen nicht dargestellten Sensorkopf sind Ausrichtelemente 15 aufgesteckt. Durch das Positioniermittel 36 wird der Sensorhalter 35 und somit alle fünf Sensoren 1 derart relativ zu den Kugel 3a, 3b ausgerichtet, dass von den optischen Sensoren 1 zur Abstandsmessung emittierte Lichtstrahlen 9 (siehe z.B. 3) von den Kugeln 3a, 3b, die in diesem Fall Zielobjekte bilden, in sich oder nahezu in sich reflektiert werden.In 12 an optical sensor arrangement 16 for aligning a total of 5 optical sensors 1 relative to a target object 2 is shown. The target object 2 is designed as a so-called double sphere standard. The double ball standard comprises a cylindrical rod 4, with a first ball 3a and a second ball 3b being arranged along a longitudinal axis of the cylindrical rod 4. In 12 it is shown that the double sphere standard is arranged on a rotatable part 33 of a turntable 34, the double sphere standard being arranged concentrically or almost concentrically on a non-illustrated axis of rotation of the rotatable part 33. In order to detect the initially explained movement errors of the axis of rotation of the rotatable part 33, distances of the optical sensors 1 from the balls 3a, 3b are measured during a rotation of the rotatable part 33. In this case, two optical sensors 1 detect distances in a first horizontal direction x and a second horizontal direction y from the first sphere 3a, the horizontal directions x, y being oriented perpendicular to one another. Two of the five optical sensors 1 detect distances in the two horizontal directions x, y from the second sphere 3b. A remaining optical sensor 1 detects a distance of the optical sensor 1 from the second ball 3b in the vertical direction z. It is shown here that the optical sensors 1 are attached to a sensor holder 35 . The sensor holder 35 comprises three walls which are perpendicular to one another, with two optical sensors 1 being fastened to the side walls and one optical sensor 1 being fastened to an end wall. The optical sensors 1 can be attached, for example, by means of the in 1 described holding device 12 take place. The sensor holder 35 can be positioned by a motor in the three spatial directions x, y, z by a positioning means 36 . Alignment elements 15 are attached to a sensor head (not shown). The positioning means 36 aligns the sensor holder 35 and thus all five sensors 1 relative to the spheres 3a, 3b in such a way that light beams 9 emitted by the optical sensors 1 for distance measurement (see, for example, 3 ) from the balls 3a, 3b, which in this case form target objects, are reflected in themselves or almost in themselves.

Für eine nachfolgende Abstandsmessung während einer Drehung des drehbaren Teils 33 werden Ausrichtelemente 15 von den Sensorköpfen 7 (siehe z.B. 3) abgezogen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ausrichtelemente 15 während der Messung an den Sensorköpfen 7 befestigt sind. Durch die vorhergehende Ausrichtung ist somit in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass auch während einer Drehung der Kugeln 3a, 3b um die Drehachse der reflektierte Lichtstrahl 10 (siehe z.B. 4) in den Erfassungsbereich der optischen Sensoren 1 reflektiert wird.For a subsequent distance measurement during a rotation of the rotatable part 33, alignment elements 15 are used by the sensor heads 7 (see e.g 3 ) subtracted. However, it is also possible for the alignment elements 15 to be attached to the sensor heads 7 during the measurement. The previous alignment thus advantageously ensures that the reflected light beam 10 (see e.g 4 ) is reflected into the detection range of the optical sensors 1.

BezugszeichenlisteReference List

11
optischer Sensoroptical sensor
22
Zielobjekttarget object
33
KugelBullet
44
StabRod
55
Zentralachsecentral axis
66
GehäuseHousing
77
Sensorkopfsensor head
88th
Linselens
99
Lichtstrahlbeam of light
1010
reflektierter Lichtstrahlreflected light beam
1111
Erfassungsbereich des optischen SensorsDetection range of the optical sensor
1212
Haltevorrichtungholding device
1313
Zylinderabschnittcylinder section
1414
konusförmiger Abschnittconical section
1515
Ausrichtelementalignment element
1616
optische Sensoranordnungoptical sensor array
1717
Mantelabschnittcoat section
1818
Stirnseiteface
1919
Einstrahlflächeirradiation surface
2020
Innenvolumeninternal volume
2121
Durchstrahlöffnungtransmission aperture
2222
Bereicharea
2323
Bilderfassungseinrichtungimage capture device
2424
Erfassungsbereichdetection range
2525
Leuchtflächeluminous surface
2626
Lichtquellelight source
2727
Zuleitungensupply lines
2828
weitere Lichtquelleanother light source
2929
Autokollimationsfernrohrautocollimation scope
3030
Objektivlens
3131
Spiegelmirror
3232
LochHole
3333
drehbarer Teilrotating part
3434
Drehtischturntable
3535
Sensorhaltersensor holder
3636
Positioniermittelpositioning means
αa
Winkelangle
xx
erste Horizontalrichtungfirst horizontal direction
yy
zweite Horizontalrichtungsecond horizontal direction
ze.g
Vertikalrichtungvertical direction
MM
MittelpunktFocus

Claims (8)

Ausrichtelement für einen optischen Abstandssensor (1), insbesondere einen optischen Abstandssensor (1) zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung, wobei das Ausrichtelement (15) mindestens eine Einstrahlfläche (19) aufweist oder ausbildet, wobei das Ausrichtelement (15) im Bereich der Einstrahlfläche (19) eine Durchstrahlöffnung (21) mit einem vorbestimmten Durchmesser aufweist, wobei das Ausrichtelement (15) mindestens ein Befestigungsmittel zur Befestigung des Ausrichtelements (15) an dem optischen Abstandssensor (1) aufweist oder ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder relativ zu der Durchstrahlöffnung (21) angeordnet ist, dass der optische Abstandssensor (1) eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche gerichteter Lichtstrahl (10) zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche (19) durch die Durchstrahlöffnung (21) tritt, wobei die Einstrahlfläche (19) des Ausrichtelements (15), die die Durchstrahlöffnung (21) aufweist, als Reflexionsfläche ausgebildet ist oder eine Reflexionsfläche aufweist, wobei die Reflexionsfläche Lichtstrahlen aus einem vorbestimmten Spektralbereich reflektiert.Alignment element for an optical distance sensor (1), in particular an optical distance sensor (1) for determining a movement error of a rotary device, the alignment element (15) having or forming at least one irradiation surface (19), the alignment element (15) in the region of the irradiation surface ( 19) has a transmission opening (21) with a predetermined diameter, wherein the alignment element (15) has or forms at least one fastening means for fastening the alignment element (15) to the optical distance sensor (1), characterized in that the at least one fastening means is designed in such a way and/or is arranged relative to the transmission opening (21) in such a way that the optical distance sensor (1) has a desired orientation when a light beam (10) directed onto the irradiation surface passes at least partially from the side of the irradiation surface (19) through the transmission opening (21 ) occurs, wherein the irradiation surface (19) of the alignment element (15), which has the transmission opening (21), is designed as a reflective surface or has a reflective surface, the reflective surface reflecting light beams from a predetermined spectral range. Ausrichtelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder relativ zu der Durchstrahlöffnung (21) angeordnet ist, dass ein von dem optischen Abstandssensor (1) oder einer Lichtquelle (28) des Ausrichtelements (15) emittierter Lichtstrahl (9), der von einer der Einstrahlfläche (19) abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung (21) tritt, oder ein Anteil davon, ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche (19) durch die Durchstrahlöffnung (21) tritt, wenn der Lichtstrahl (9) in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.alignment element claim 1 , characterized in that the at least one fastening means is designed and/or arranged relative to the transmission opening (21) in such a way that a light beam (9) emitted by the optical distance sensor (1) or a light source (28) of the alignment element (15) the side facing away from the irradiation surface (19) passes through the transmission opening (21), or a portion thereof, exclusively from the side of the irradiation surface (19) through the transmission opening (21) when the light beam (9) enters or is almost reflected in itself. Ausrichtelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder relativ zu der Durchstrahlöffnung (21) angeordnet ist, dass eine Zentralachse (5) der Durchstrahlöffnung (21) einer zentralen Symmetrieachse eines Erfassungsbereichs (11) des optischen Abstandssensors (1) entspricht.alignment element claim 1 or 2 , characterized in that the at least one fastening means is designed and/or arranged relative to the transmission opening (21) in such a way that a central axis (5) of the transmission opening (21) corresponds to a central axis of symmetry of a detection region (11) of the optical distance sensor (1). . Ausrichtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtelement (15) als Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei der Hohlzylinder eine erste Stirnseite (18) und einen Mantelabschnitt (17) aufweist, wobei die Durchstrahlöffnung (21) in der ersten Stirnseite (18) angeordnet ist, wobei der Hohlzylinder zu der Stirnseite, die der ersten Stirnseite (18) gegenüberliegend angeordnet ist, hin geöffnet ist.Alignment according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the alignment element (15) is designed as a hollow cylinder, the hollow cylinder having a first end face (18) and a jacket section (17), the transmission opening (21) being arranged in the first end face (18), the hollow cylinder to the front side, which is arranged opposite the first end face (18), is open. Ausrichtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtelement (15) mindestens eine Lichtquelle (28) umfasst, wobei die Lichtquelle (28) derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des von der Lichtquelle (28) erzeugten Lichtstrahls (9) von einer der Einstrahlfläche (19) abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung (21) hindurchtritt.Alignment according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the alignment element (15) comprises at least one light source (28), the light source (28) being designed and/or arranged in such a way that at least part of the light beam (9) generated by the light source (28) is directed by a the side facing away from the irradiation surface (19) passes through the irradiation opening (21). Optische Sensoranordnung, insbesondere zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung, wobei die Sensoranordnung (16) mindestens einen optischen Abstandssensor (1) und mindestens ein Ausrichtelement (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst, wobei das Ausrichtelement (15) mittels des mindestens einen Befestigungsmittels zur Befestigung des Ausrichtelements (15) derart an dem optischen Abstandssensor (1) befestigt ist, dass der optische Abstandssensor (1) eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche (19) gerichteter Lichtstrahl zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche (19) durch die Durchstrahlöffnung (21) tritt.Optical sensor arrangement, in particular for determining a movement error of a rotary device, the sensor arrangement (16) having at least one optical distance sensor (1) and at least one alignment element (15) according to one of Claims 1 until 5 comprises, wherein the alignment element (15) is fastened to the optical distance sensor (1) by means of the at least one fastening means for fastening the alignment element (15) in such a way that the optical distance sensor (1) has a desired alignment when a beam is projected onto the irradiation surface (19 ) directed light beam passes at least partially from the side of the irradiation surface (19) through the transmission opening (21). Optische Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung (16) mindestens eine Bilderfassungseinrichtung (23) umfasst, wobei die Bilderfassungseinrichtung (23) derart angeordnet ist, dass die Einstrahlfläche (19) in einem Erfassungsbereich (24) der Bilderfassungseinrichtung (23) angeordnet ist und/oder die optische Sensoranordnung (16) mindestens ein Positioniermittel (36) zur Ausrichtung des optischen Abstandssensors (1) zu einem Zielobjekt (2) umfasst.Optical sensor arrangement claim 6 , characterized in that the optical sensor arrangement (16) comprises at least one image capturing device (23), the image capturing device (23) being arranged in such a way that the irradiation surface (19) is arranged in a capturing area (24) of the image capturing device (23) and/ or the optical sensor arrangement (16) comprises at least one positioning means (36) for aligning the optical distance sensor (1) with a target object (2). Verfahren zur Ausrichtung eines optischen Abstandssensors (1), insbesondere eines optischen Abstandssensors (1) zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung, relativ zu einem Zielobjekt (2), wobei ein Ausrichtelement (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 derart an dem optischen Abstandssensor (1) angeordnet ist, dass der optische Abstandssensor (1) eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche (19) gerichteter Lichtstrahl (10) zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche (19) durch die Durchstrahlöffnung (21) tritt, wobei ein Lichtstrahl (9) erzeugt und auf die Einstrahlfläche (19) gerichtet wird, wobei der optische Abstandssensor (1) und/oder der Lichtstrahl (9) in Abhängigkeit einer Position des Lichtstrahls (9, 10) auf der Einstrahlfläche (19) derart relativ zueinander ausgerichtet werden, dass ein vorbestimmter Anteil des Lichtstrahls (10) durch die Durchstrahlöffnung (21) hindurchstrahlt.Method for aligning an optical distance sensor (1), in particular an optical distance sensor (1) for determining a movement error of a rotating device, relative to a target object (2), wherein an aligning element (15) according to one of Claims 1 until 5 is arranged on the optical distance sensor (1) in such a way that the optical distance sensor (1) has a desired orientation when a light beam (10) directed onto the irradiation surface (19) passes at least partially from the side of the irradiation surface (19) through the transmission opening ( 21), a light beam (9) being generated and directed onto the irradiation surface (19), the optical distance sensor (1) and/or the light beam (9) depending on a position of the light beam (9, 10) on the irradiation surface (19) are aligned relative to one another in such a way that a predetermined proportion of the light beam (10) shines through the transmission opening (21).
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