DE102013102816B4 - Optical measuring device, in particular autocollimation telescope, with reduced measurement deviation - Google Patents

Optical measuring device, in particular autocollimation telescope, with reduced measurement deviation Download PDF

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Abstract

Optische Messvorrichtung (10), insbesondere Autokollimationsfernrohr, zum Messen einer Eigenschaft eines Messobjekts (12), mit einer optischen Sensoreinrichtung (16) und einem Hohlzylinderelement (18), das derart relativ zu der optischen Sensoreinrichtung (16) angeordnet ist, dass ein Messstrahlengang (34, 38) zwischen der optischen Sensoreinrichtung (16) und dem Messobjekt (12) durch das Hohlzylinderelement (18) und entlang einer Längsachse (36) des Hohlzylinderelements (18) verläuft, wobei das Hohlzylinderelement (18) ein sensornahes Ende (20) und ein sensorfernes Ende (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlzylinderelement (18) an dem sensornahen Ende (20) mindestens eine erste Fluiddurchtrittsöffnung (68) und an dem sensorfernen Ende (22) mindestens eine zweite Fluiddurchtrittsöffnung (70) aufweist, wobei an der mindestens einen ersten Fluiddurchtrittsöffnung (68) und an der mindestens einen zweiten Fluiddurchtrittsöffnung (70) eine Lichtfalle (74, 76) angeordnet ist, und wobei die Lichtfalle (74, 76) als ein das Hohlzylinderelement (18) umgebendes Ringelement (74) aus einem geschäumten Kunststoff ausgebildet ist.Optical measuring device (10), in particular autocollimation telescope, for measuring a property of a measuring object (12), having an optical sensor device (16) and a hollow cylindrical element (18), which is arranged relative to the optical sensor device (16) such that a measuring beam path (FIG. 34, 38) extends between the optical sensor device (16) and the measurement object (12) through the hollow cylinder element (18) and along a longitudinal axis (36) of the hollow cylinder element (18), the hollow cylinder element (18) having a sensor-near end (20) and a sensor remote end (22), characterized in that the hollow cylindrical element (18) at the sensor near end (20) at least a first fluid passage opening (68) and at the sensor remote end (22) at least one second fluid passage opening (70), wherein the at least one first fluid passage opening (68) and at the at least one second fluid passage opening (70) a light trap (74, 76) are arranged is, and wherein the light trap (74, 76) as a hollow cylinder member (18) surrounding ring member (74) is formed of a foamed plastic.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung, insbesondere ein Autokollimationsfernrohr, zum Messen einer Eigenschaft eines Messobjekts, mit einer optischen Sensoreinrichtung und einem Hohlzylinderelement, das derart relativ zu der optischen Sensoreinrichtung angeordnet ist, dass ein Messstrahlengang zwischen der optischen Sensoreinrichtung und dem Messobjekt durch das Hohlzylinderelement und entlang einer Längsachse des Hohlzylinderelements verläuft, und wobei das Hohlzylinderelement ein sensornahes Ende und ein sensorfernes Ende aufweist.The present invention relates to an optical measuring apparatus, in particular an autocollimation telescope, for measuring a property of a measurement object, comprising an optical sensor device and a hollow cylindrical element arranged relative to the optical sensor device such that a measurement beam path between the optical sensor device and the measurement object through the hollow cylindrical element and along a longitudinal axis of the hollow cylindrical member, and wherein the hollow cylindrical member has a sensor near end and a remote sensor end.

Derartige optische Messvorrichtungen sind im Stand der Technik bereits bekannt. Beispielsweise zeigt die Druckschrift WO 2012/037909 A2 eine solche optische Messvorrichtung.Such optical measuring devices are already known in the art. For example, the document shows WO 2012/037909 A2 such an optical measuring device.

Optische Messvorrichtungen, die auf die voranstehend benannte Weise arbeiten, können insbesondere zur hochgenauen Bestimmung von kleinen Drehwinkeln, Taumel- oder Ablauffehlern von Linearachsen oder aber zur Durchführung von Messungen bezüglich der wiederholgenauen Positionierung von Drehgelenken eingesetzt werden. Eine bevorzugte Art von optischer Messvorrichtung, die hierbei Einsatz findet, ist ein Autokollimationsfernrohr (AKF). Eine derartige optische Messvorrichtung bietet eine sehr hohe absolute Genauigkeit bei der Messung von Winkeln in einem Bereich von beispielsweise deutlich weniger als einer Bogensekunde. Des Weiteren wird eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit bereitgestellt. Folglich eignen sich diese optischen Messgeräte, insbesondere Autokollimationsfernrohre, besonders zum hochgenauen Messen von kleinsten Winkelbewegungen eines zu vermessenden Messobjekts.Optical measuring devices, which operate in the above-mentioned manner, can be used in particular for the highly accurate determination of small angles of rotation, wobble or run-off errors of linear axes or else for carrying out measurements with regard to the repetitive positioning of rotary joints. A preferred type of optical measuring device used in this case is an autocollimation telescope (AKF). Such an optical measuring device provides a very high absolute accuracy in the measurement of angles in a range of, for example, significantly less than one arc second. Furthermore, a very high repeatability is provided. Consequently, these optical measuring devices, in particular autocollimation telescopes, are particularly suitable for the high-precision measurement of the smallest angular movements of a measurement object to be measured.

Die Technik eines Autokollimationsfernrohrs an sich ist bereits seit langer Zeit im Stand der Technik bekannt. Dabei wird ein Lichtstrahl auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts gestrahlt. Der von der Oberfläche des zu vermessenden Messobjekts reflektierte Lichtstrahl fällt dann zurück in die optische Messvorrichtung auf einen Sensor, der dazu in der Lage ist, den Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf den optischen Sensor ortsaufgelöst zu erfassen. Der Weg des einfallenden Lichtstrahls und des reflektierten Lichtstrahls wird auch als Messstrahlengang bezeichnet. Steht die Oberfläche des zu vermessenden Messobjekts senkrecht zu dem auf sie einfallenden Lichtstrahl, wird deckungsgleich mit dem einfallenden Strahlengang zurück in die optische Messvorrichtung reflektiert und trifft auf einen bekannten, kalibrierten Punkt auf dem optischen Sensor. Weicht der Auftreffpunkt des reflektierten Lichtstrahls von diesem kalibrierten Punkt ab, muss die Oberfläche des zu vermessenden Messobjekts zu dem einfallenden Lichtstrahl geneigt angeordnet sein. Aufgrund der bekannten Dimensionen der optischen Messeinrichtung kann aus dem Auftreffpunkt des reflektierten Lichtstrahls auf den optischen Sensor bestimmt werden, um welchen Winkel die Oberfläche des Messobjekts zu dem einfallenden Lichtstrahl geneigt ist. Derartige Autokollimationsfernrohre sind etwa aus der Druckschrift DE 714415 C bekannt.The technique of an autocollimation telescope per se has long been known in the art. In this case, a light beam is irradiated to the surface of the object to be measured. The light beam reflected from the surface of the measurement object to be measured then falls back into the optical measurement device onto a sensor which is capable of spatially resolved detection of the point of impact of the light beam on the optical sensor. The path of the incident light beam and the reflected light beam is also referred to as measuring beam path. If the surface of the measurement object to be measured is perpendicular to the light beam incident on it, it is reflected congruently with the incident beam path back into the optical measurement device and strikes a known, calibrated point on the optical sensor. If the point of impact of the reflected light beam deviates from this calibrated point, the surface of the object to be measured must be inclined relative to the incident light beam. Due to the known dimensions of the optical measuring device can be determined from the point of impact of the reflected light beam on the optical sensor, by which angle the surface of the measuring object is inclined to the incident light beam. Such Autokollimationsfernrohre are approximately from the document DE 714415 C known.

Ein Messstrahlengang bzw. ein Abstand des optischen Sensors zu dem Messobjekt kann groß sein. Häufig weisen derartige optische Messvorrichtungen ein sich lang erstreckenden Hohlzylinderelement auf, in dem der Messstrahl zwischen einem optischen Sensor der optischen Messeinrichtung und dem Messobjekt geführt ist. Das Hohlzylinderelement ist in der Regel lichtundurchlässig ausgebildet, damit kein Streulicht auf den optischen Sensor der optischen Messeinrichtung fallen kann und so das Messergebnis beeinflussen könnte. Des Weiteren wird, um ein Abschatten des von dem Messobjekt reflektierten Lichtstrahls durch eine Lichtquelle zu vermeiden, in der Regel ein Strahlteiler verwendet, um das von einer Lichtquelle emittierte Licht in den Messstrahlengang einzukoppeln. Beispiele für derartige optische Messvorrichtungen sind etwa in der Druckschrift DE 1 207 112 A oder der eingangs erwähnten Druckschrift WO 2012/037909 A2 gezeigt.A measurement beam path or a distance of the optical sensor to the measurement object can be large. Frequently, such optical measuring devices have an elongated hollow cylindrical element, in which the measuring beam is guided between an optical sensor of the optical measuring device and the test object. The hollow cylindrical element is generally opaque, so that no stray light can fall on the optical sensor of the optical measuring device and thus could influence the measurement result. Furthermore, in order to avoid shading of the light beam reflected by the measurement object by a light source, a beam splitter is usually used in order to couple the light emitted by a light source into the measurement beam path. Examples of such optical measuring devices are approximately in the document DE 1 207 112 A or the publication mentioned above WO 2012/037909 A2 shown.

In derartigen optischen Messeinrichtungen, insbesondere Autokollimationsfernrohren neuerer Bauart wird in der Regel ein Laser als Lichtquelle verwendet. Als optischer Sensor werden in der Regel Kameras, insbesondere CCD-Kameras eingesetzt. Grundsätzlich sind jedoch als optische Sensoren auch alle anderen Arten von Arrays mit fotosensitiven Elementen denkbar. Des Weiteren sind auch analoge optische Sensoren bekannt.In such optical measuring devices, in particular Autokollimationsfernrohren more recent design, a laser is used as the light source in the rule. As an optical sensor usually cameras, especially CCD cameras are used. In principle, however, all other types of arrays with photosensitive elements are conceivable as optical sensors. Furthermore, analog optical sensors are also known.

Qualifizierungsmessungen solcher optischen Messeinrichtung haben gezeigt, dass während des Messbetriebs, beispielsweise in senkrechten Einbaulagen, in denen ein optischer Sensor unterhalb des Hohlzylinderelements angeordnet ist, periodische Messabweichungen auftreten können. In Testmessungen beliefen sich die Messabweichungen auf bis zu 0,3 Winkelsekunden und wiesen eine Periodendauer von etwa 2 Minuten auf. Abhängig von dem Typ, den optischen Eigenschaften, beispielsweise der Brennweite, und der Dimensionierung einer optischen Messeinrichtung kann die Messabweichung auch noch größere Werte annehmen und die Periodendauer im Minutenbereich variieren. Bei hochgenauen Messungen sind derartige Effekte natürlich unerwünscht, da sie das Messergebnis derart beeinflussen können, dass dem Messergebnis nicht mehr vertraut werden kann.Qualification measurements of such optical measuring device have shown that during measuring operation, for example in vertical mounting positions, in which an optical sensor is arranged below the hollow cylindrical element, periodic measurement deviations may occur. In test measurements, the measurement deviations amounted to up to 0.3 arcseconds and had a period of about 2 minutes. Depending on the type, the optical properties, for example the focal length, and the dimensioning of an optical measuring device, the measurement deviation can also assume greater values and vary the period in the minute range. For high-precision measurements, such effects are of course undesirable because they can influence the measurement result in such a way that the measurement result can no longer be trusted.

Weiteren Stand der Technik zeigen die Druckschriften US 5 875 031 A , US 2005/0007665 A1 , EP 0 949 501 A2 , GB 1 039 955 A , GB 1 246 416 A , DE 10 2005 001 102 A1 , EP 2 428 793 A1 , DE 24 25 066 C3 , US 5 552 888 A , US 6 697 162 B1 und DE 197 46 535 B4 .Further prior art show the documents US Pat. No. 5,875,031 . US 2005/0007665 A1 . EP 0 949 501 A2 . GB 1 039 955 A . GB 1 246 416 A . DE 10 2005 001 102 A1 . EP 2 428 793 A1 . DE 24 25 066 C3 . US 5 552 888 A . US Pat. No. 6,697,162 B1 and DE 197 46 535 B4 ,

Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige periodische Messungenauigkeiten in optischen Messvorrichtungen, insbesondere in Autokollimationsfernrohren, zu vermeiden.Consequently, it is an object of the present invention to avoid such periodic measurement inaccuracies in optical measuring devices, especially in autocollimation telescopes.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die eingangs genannte Messvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass das Hohlzylinderelement an dem sensornahen Ende mindestens eine erste Fluiddurchtrittsöffnung und an dem sensorfernen Ende mindestens eine zweite Fluiddurchtrittsöffnung aufweist, wobei an der mindestens einen ersten Fluiddurchtrittsöffnung und an der mindestens einen zweiten Fluiddurchtrittsöffnung eine Lichtfalle angeordnet ist, und wobei die Lichtfalle als ein das Hohlzylinderelement umgebendes Ringelement aus einem geschäumten Kunststoff ausgebildet ist.According to one aspect of the invention, it is therefore proposed to further develop the measuring device mentioned above in that the hollow cylindrical element has at least one first fluid passage opening at the sensor-near end and at least one second fluid passage opening at the sensor-distal end, wherein at least one first fluid passage opening and at least one second fluid passage opening a light trap is arranged, and wherein the light trap is formed as a surrounding the hollow cylindrical member ring member made of a foamed plastic.

Bei der optischen Messvorrichtung kann es sich insbesondere um eine optische Messvorrichtung handeln, die zum Einsatz in der industriellen Messtechnik oder in einer industrielen Anwendung geeignet ist. Des Weiteren kann es sich bei der optischen Messvorrichtung insbesondere um ein Autokollimationsfernrohr handeln.The optical measuring device may in particular be an optical measuring device which is suitable for use in industrial measuring technology or in an industrial application. Furthermore, the optical measuring device may in particular be an autocollimation telescope.

Das „Hohlzylinderelement” kann ein langgestrecktes Hohlzylinderelement. Der Zylinder des Hohlzylinderelements kann jeden beliebigen Querschnitt aufweisen. Keinesfalls muss das Hohlzylinderelement zwangsläufig einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, dieser kann auch dreieckig, viereckig oder n-eckig ausgeführt sein.The "hollow cylinder element" may be an elongate hollow cylinder element. The cylinder of the hollow cylindrical element can have any desired cross section. Under no circumstances must the hollow cylinder element necessarily have a circular cross-section, this can also be performed triangular, square or n-shaped.

Bei der Untersuchung der periodischen Messabweichungen wurde festgestellt, dass diese auf die Erwärmung der optischen Messeinrichtung zurückzuführen sind. Da beispielsweise CCD-Kameras oder aber auch Lasereinrichtungen als Lichtquellen elektrisch betrieben werden, erwärmt sich die optische Messvorrichtung aufgrund von Energiedissipation mit der Dauer des Messbetriebs. Temperaturmessungen haben ergeben, dass zwischen dem sensorfernen Ende des Hohlzylinderelements, das in der Regel Raumtemperatur von beispielsweise etwa 22°C aufweist, und dem sensornahen Ende des Hohlzylinderelements eine Temperaturdifferenz von bis zu 7°K vorliegen kann, so dass das sensornahe Ende und die dort befindlichen Elemente der optischen Messeinrichtung eine Temperatur von etwa 29°C aufweisen.The periodic measurement deviations were found to be due to the heating of the optical measuring device. Since, for example, CCD cameras or even laser devices are operated electrically as light sources, the optical measuring device heats up due to energy dissipation with the duration of the measuring operation. Temperature measurements have shown that a temperature difference of up to 7 ° K can exist between the sensor-remote end of the hollow cylindrical element, which generally has a room temperature of, for example, about 22 ° C., and the sensor-near end of the hollow cylinder element, so that the end close to the sensor and there located elements of the optical measuring device have a temperature of about 29 ° C.

Durch den dadurch vorhandenen Temperaturunterschied über das Hohlzylinderelement stellt sich in diesem mit der Zeit ein Austausch der in dem Hohlzylinderelement vorhandenen Luftmassen ein. In dem unteren Teil bzw. dem sensornahen Ende des Hohlzylinderelements erwärmte Luft steigt nach oben, um sich dort wieder abzukühlen und nach unten zu sinken. Der Effekt bzw. das Vorgehen ist in etwa mit dem einer allgemein bekannten ”Lavalampe” zu vergleichen. Aufgrund des an und für sich abgeschlossenen Systems innerhalb des Hohlzylinderelements stellt sich mit der Zeit ein Zustand einer wellenförmigen Bewegung der Luftmassen im Rohr ein, so dass regelmäßige Verwirbelungen zwischen aufsteigender warmer Luft und abfallender kalter Luft entstehen. Hierdurch wird ein durch das Hohlzylinderelement verlaufender Messstrahl verzerrt. Da der Brechungsindex von Luft von deren Dichte und damit ihrer Temperatur abhängt, entstehen im Bereich der Verwirbelungen Grenzflächen, an denen der Messstrahl gebrochen bzw. reflektiert wird. Auf diese Weise kommt es zu zwar geringen, aber dennoch das Messergebnis beeinflussenden, insbesondere refraktiven, Effekten, die zu den Messabweichungen führen. Des Weiteren können aufgrund der zyklischen Luftbewegungen auch zyklische Erwärmungen des Hohlzylinderelements auftreten. Diese können zu zyklischen Verformungen des Hohlzylinderelements führen. Aufgrund der wellenförmigen Bewegung der Luftmassen sind diese Messabweichungen zyklisch.Due to the resulting temperature difference over the hollow cylinder element, an exchange of the air masses present in the hollow cylinder element occurs over time. Air heated in the lower part or the near-sensor end of the hollow cylinder element rises upwards to cool down there and sink downwards. The effect or procedure is roughly comparable to that of a well-known "lava lamp". Due to the closed system within the hollow cylinder element, a state of wave-like movement of the air masses in the pipe arises over time, so that regular turbulence arises between rising warm air and falling cold air. As a result, a measuring beam extending through the hollow cylinder element is distorted. Since the refractive index of air depends on its density and thus on its temperature, in the region of the turbulences, boundary surfaces are formed at which the measuring beam is refracted or reflected. In this way, there are indeed small, but still affecting the measurement result, in particular refractive, effects that lead to the measurement errors. Furthermore, cyclic heating of the hollow cylinder element can also occur due to the cyclical air movements. These can lead to cyclic deformations of the hollow cylinder element. Due to the wave-like motion of the air masses, these measurement deviations are cyclical.

Erfindungsgemäß ist es möglich, durch Öffnungen am sensornahen Ende des Hohlzylinderelements und am sensorfernen Ende des Hohlzylinderelements innerhalb des Hohlzylinderelements eine Art Kamineffekt zu erzeugen, der das Entweichen der aufsteigenden Luftmassen ermöglicht. Gleichzeitig wird durch die Öffnungen am sensornahen Ende des Hohlzylinderelements ein Nachströmen von Umgebungsluft ermöglicht. Auf diese Weise können die Verwirbelungen innerhalb des Hohlzylinderelements ebenfalls vermieden werden. Des Weiteren kann dieses durch einen Ausgleich einer Temperaturdifferenz über dem Hohlzylinderelement, beispielsweise eine Kühlung des Hohlzylinderelements, insbesondere von dessen sensornahem Ende, oder eine Erwärmung des Hohlzylinderelements, insbesondere von dessen sensorfernem Ende, erzielt werden. Dadurch wird die Temperaturdifferenz über das Hohlzylinderelement verringert oder ganz ausgeglichen, was den die Verwirbelungen erzeugenden Temperaturunterschied verringert.According to the invention, it is possible to create a kind of chimney effect through openings at the sensor-near end of the hollow cylinder element and at the sensor-distal end of the hollow cylinder element within the hollow cylinder element, which allows the escape of the rising air masses. At the same time, an afterflow of ambient air is made possible by the openings at the sensor-near end of the hollow cylindrical element. In this way, the turbulence within the hollow cylindrical member can also be avoided. Furthermore, this can be achieved by compensating for a temperature difference over the hollow cylinder element, for example cooling of the hollow cylinder element, in particular its sensor-near end, or heating of the hollow cylinder element, in particular of its sensorfernem end. As a result, the temperature difference across the hollow cylinder element is reduced or completely compensated, which reduces the turbulence-generating temperature difference.

Mittels der Lichtfalle kann vermieden werden, dass Umgebungslicht in den Innenraum des Hohlzylinderelements eintritt und auf diese Weise das Messergebnis aufgrund des Streulichts verfälscht wird.By means of the light trap can be avoided that ambient light enters the interior of the hollow cylinder element and in this way the measurement result is distorted due to the scattered light.

In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung kann vorgesehen sein, dass an einer Außenseite des Hohlzylinderelements Aussteifungen angeordnet sind, die das Hohlzylinderelement gegenüber einem Atmosphärendruck oder Umgebungsdruck aussteifen. In a further embodiment of the optical measuring device can be provided that stiffeners are arranged on an outer side of the hollow cylinder element, which stiffen the hollow cylinder element relative to an atmospheric pressure or ambient pressure.

In einer Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die optische Messvorrichtung eine Temperaturausgleichseinrichtung zum Ausgleichen einer Temperaturdifferenz zwischen dem sensornahen Ende und dem sensorfernen Ende aufweist, und/oder die Temperaturausgleichseinrichtung eine Kühleinrichtung aufweist, die ein Kühlfluid entlang einer Außenseite des Hohlzylinderelements an dem sensornahen Ende fördert.In one refinement of the optical measuring device, it can be provided that the optical measuring device has a temperature compensation device for compensating a temperature difference between the end close to the sensor and the end remote from the sensor, and / or the temperature compensation device has a cooling device which supplies a cooling fluid along an outer side of the hollow cylinder element at the sensor End promotes.

Auf diese Weise kann der Temperaturdifferenz direkt an dem erwärmten sensornahen Ende entgegengewirkt werden.In this way, the temperature difference can be counteracted directly at the heated end close to the sensor.

In einer Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die optische Messvorrichtung eine Temperaturausgleichseinrichtung zum Ausgleichen einer Temperaturdifferenz zwischen dem sensornahen Ende und dem sensorfernen Ende aufweist, und/oder die Kühleinrichtung das Kühlfluid von dem sensornahen Ende in Richtung des sensorfernen Endes fördert.In one refinement of the optical measuring device, provision can be made for the optical measuring device to have a temperature compensation device for compensating for a temperature difference between the end near the sensor and the end remote from the sensor, and / or the cooling device conveying the cooling fluid from the end close to the sensor in the direction of the sensor-remote end.

Auf diese Weise wird bereitgestellt, dass das Kühlfluid an dem sensornahen Ende Wärme abführt und in Richtung des sensorfernen Endes transportiert. Abhängig von dem Temperaturniveau des Kühlfluids nach der Wärmeaufnahme an dem sensornahen Ende kann eine geringfügige Erwärmung des sensorfernen Endes erreicht werden. Auf diese Weise kann ein Temperaturausgleich über das Hohlzylinderelement weiter verbessert werden.In this way, it is provided that the cooling fluid dissipates heat at the end close to the sensor and transports it in the direction of the end remote from the sensor. Depending on the temperature level of the cooling fluid after heat absorption at the end close to the sensor, slight heating of the end remote from the sensor can be achieved. In this way, a temperature compensation over the hollow cylinder element can be further improved.

In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung derart ausgebildet ist, dass das Kühlfluid die Außenfläche des Hohlzylinderelements vollständig umgebend gefördert wird.In a further embodiment of the optical measuring device can be provided that the cooling device is designed such that the cooling fluid is conveyed to the outer surface of the hollow cylinder element completely surrounding.

Beispielsweise kann dies mittels einer Ventilatoreinrichtung bereitgestellt sein, die auf der Längsachse des Hohlzylinderelements angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine vollumfängliche gleichmäßige Kühlung des sensornahen Endes des Hohlzylinderelements bereitstellt.For example, this may be provided by means of a fan device which is arranged on the longitudinal axis of the hollow cylinder element. In this way, a full uniform cooling of the sensor near end of the hollow cylindrical member is provided.

In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Temperaturausgleichseinrichtung mindestens einen elektrothermischen Wandler, insbesondere ein Peltierelement aufweist, um das Ausgleichen der Temperaturdifferenz zu bewirken.In a further embodiment of the optical measuring device can be provided that the temperature compensation device comprises at least one electrothermal transducer, in particular a Peltier element, to effect the compensation of the temperature difference.

Die Technik eines Peltierelements ist dem Durchschnittsfachmann an sich bekannt. Es handelt sich um einen elektrothermischen Wandler, der den bekannten Peltier-Effekt nutzt. Ein Peltierelement ermöglicht es beispielsweise, durch anlegen eines elektrischen Stroms einen Wärmeübergang in einer bestimmten Richtung zu erzwingen. Dies ermöglicht es, ein Peltierelement beispielsweise zum gezielten Kühlen von Bauteilen zu verwenden, ohne notwendigerweise Fluide einsetzen zu müssen.The technique of a Peltier element is known per se to one of ordinary skill in the art. It is an electrothermal transducer that uses the well-known Peltier effect. A Peltier element makes it possible, for example, to force a heat transfer in a certain direction by applying an electric current. This makes it possible to use a Peltier element, for example, for targeted cooling of components, without necessarily having to use fluids.

In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Temperaturausgleichseinrichtung ein um das sensornahe Ende des Hohlzylinderelements gebogenes Kühlrohr aufweist, das mindestens eine Austrittsöffnung für das Kühlfluid aufweist, die in Richtung des Hohlzylinderelements weist, und wobei die Kühleinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie das Kühlmedium durch das Kühlrohr fördert.In a further refinement of the optical measuring device, it can be provided that the temperature compensation device has a cooling tube bent around the sensor-near end of the hollow cylinder element, which has at least one outlet opening for the cooling fluid, which points in the direction of the hollow cylinder element, and wherein the cooling device is designed such that she promotes the cooling medium through the cooling tube.

Auf diese Weise kann ebenfalls eine besonders effektive Kühlung des sensornahen Endes des Hohlzylinderelements bereitgestellt werden, indem durch die mindestens eine Öffnung des gebogenen Rohres austretendes Kühlfluid auf eine Außenfläche des sensornahen Endes des Hohlzylinderelements trifft, insbesondere jeweils als Prallstrahl. Ein Prallstrahl trifft senkrecht auf die Außenfläche des Hohlzylinderelements.In this way, a particularly effective cooling of the sensor-near end of the hollow cylindrical element can also be provided by cooling fluid exiting through the at least one opening of the bent tube impinges on an outer surface of the sensor-near end of the hollow cylindrical element, in particular as an impact jet. An impact jet hits perpendicular to the outer surface of the hollow cylinder element.

In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung ist vorgesehen, dass die Temperaturausgleichseinrichtung derart angeordnet ist, dass das Kühlfluid sowohl die optische Sensoreinrichtung als auch das sensornahe Ende des Hohlzylinderelements umströmt.In a further embodiment of the optical measuring device, it is provided that the temperature compensation device is arranged such that the cooling fluid flows around both the optical sensor device and the sensor-near end of the hollow cylinder element.

Auf diese Weise wird es ermöglicht, nicht nur das erwärmte sensornahe Ende des Hohlzylinderelements zu kühlen, um das die Verwirbelungen antreibende Temperaturgefälle über das Hohlzylinderelement auszugleichen, sondern auch die optische Sensoreinrichtung zu kühlen, die aufgrund der von ihr aufgenommenen elektrischen Energie die Ursache für den Temperaturanstieg darstellt.In this way, it is possible to not only cool the heated near-sensor end of the hollow cylinder member to balance the temperature gradient driving the swirls across the hollow cylinder member, but also to cool the optical sensor means which cause the temperature rise due to the electrical energy absorbed by it represents.

In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung ist vorgesehen, dass das Hohlzylinderelement mehrere erste Fluiddurchtrittsöffnungen aufweist, die über einen Umfang des Hohlzylinderelements gleichmäßig verteilt angeordnet sind, und dass das Hohlzylinderelement mehrere zweite Fluiddurchtrittsöffnungen aufweist, die über den Umfang des Hohlzylinderelements gleichmäßig verteilt angeordnet sind.In a further embodiment of the optical measuring device is provided that the hollow cylinder element has a plurality of first fluid passage openings which are arranged distributed uniformly over a circumference of the hollow cylinder member, and in that the hollow cylinder element has a plurality of second fluid passage openings which are arranged distributed uniformly over the circumference of the hollow cylinder element.

Auf diese Weise wird ein besonders guter Kamineffekt in dem Hohlzylinderelement bereitgestellt und ein umfangreicher Luftaustausch zwischen der Umgebungsluft und der innerhalb des Hohlzylinderelements erwärmten Luft ermöglicht.In this way, a particularly good chimney effect is provided in the hollow cylinder element and a substantial exchange of air between the Ambient air and the heated inside the hollow cylindrical member air allows.

In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Lichtfalle als Labyrinth ausgebildet ist.In one embodiment, it can be provided that the light trap is designed as a labyrinth.

Ein solches Labyrinth in Form von mehreren, versetzt angeordneten Wänden, die zwar einen Luftdurchtritt durch das Labyrinth ermöglichen, jedoch keine direkte Sichtlinie von einem Ausgang des Labyrinths zu einem Eingang des Labyrinths offenlassen, stellt eine besonders einfache Möglichkeit bereit, ein Luftaustausch von Umgebungsluft mit dem Innenraum des Hohlzylinderelements bereitzustellen ohne jedoch das Messergebnis aufgrund von Streulicht zu verfälschen.Such a labyrinth in the form of a plurality of staggered walls, which allow passage of air through the labyrinth, but do not leave a direct line of sight from an exit of the labyrinth to an entrance of the labyrinth, provides a particularly simple way of exchanging air with ambient air Provide interior of the hollow cylindrical member without, however, distort the measurement result due to stray light.

In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Lichtfalle aus einem im Wesentlichen lichtundurchlässigen und fluiddurchlässigen Element, insbesondere ein Element aus einem geschäumten Kunststoff, ausgebildet ist.In a further embodiment it can be provided that the light trap is formed from a substantially opaque and fluid-permeable element, in particular an element made of a foamed plastic.

Mittels eines solchen Schaumstoffelements, das beispielsweise aus einem Thermoplast, beispielsweise auf Basis von Polypropylen, Polystyrol oder Polyvinylchlorid, einem Duroplast, beispielsweise auf Basis von Polyurethan oder Nitrilkautschuk, oder einem Elastomer, beispielsweise auf Basis von Polyurethan oder einem Phenoplast, geschäumt sein kann, kann ebenfalls auf konstruktiv einfache Weise mit geringem baulichen Aufwand eine Lichtfalle erzeugt sein.By means of such a foam element, which may be foamed, for example, from a thermoplastic, for example based on polypropylene, polystyrene or polyvinyl chloride, a thermoset, for example based on polyurethane or nitrile rubber, or an elastomer, for example based on polyurethane or a phenoplast also be generated in a structurally simple manner with little structural effort a light trap.

In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Kühlfluid Umgebungsluft ist.In a further embodiment it can be provided that the cooling fluid is ambient air.

Auf diese Weise ist es nicht nötig, ein separates Kühlfluid zuzuführen und abzuführen. Die Verwendung von Umgebungsluft ermöglicht des Weiteren besonders einfach die Verwendung eines Ventilators als Kühleinrichtung. Des Weiteren kann aber auch vorgesehen sein, dass das Kühlfluid eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder ein Öl, ist.In this way it is not necessary to supply and remove a separate cooling fluid. The use of ambient air also makes it particularly easy to use a fan as a cooling device. Furthermore, however, it can also be provided that the cooling fluid is a liquid, for example water or an oil.

In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die optische Sensoreinrichtung eine elektrisch betriebene optische Sensoreinrichtung ist, wobei die optische Sensoreinrichtung insbesondere eine Kamera, eine CCD-Kamera oder ein aus fotosensitiven Elementen gebildetes Array aufweist.In a further embodiment it can be provided that the optical sensor device is an electrically operated optical sensor device, the optical sensor device in particular having a camera, a CCD camera or an array formed from photosensitive elements.

Auf diese Weise kann eine besonders gut ortsaufgelöste Bildauswertung in der optischen Messvorrichtung bereitgestellt werden. Des Weiteren wird die Verwendung einer solchen elektrisch betriebenen optischen Sensoreinrichtung weiterhin ermöglicht, ohne dass die im Stand der Technik bekannten Messabweichungen auftreten.In this way, a particularly well spatially resolved image analysis can be provided in the optical measuring device. Furthermore, the use of such an electrically operated optical sensor device continues to be possible without the measuring deviations known in the prior art occurring.

In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die optische Messvorrichtung eine Betriebsposition aufweist, in der das sensornahe Ende unterhalb des sensorfernen Endes angeordnet ist.In a further embodiment it can be provided that the optical measuring device has an operating position in which the sensor-near end is arranged below the end remote from the sensor.

In bestimmten Anwendungen kann eine derartige Anordnung der optischen Messeinrichtung notwendig sein. Bisher traten insbesondere in derartigen Anwendungen, wenn das sensornahe Ende beispielsweise senkrecht unterhalb des sensorfernen Endes angeordnet war, die eingangs beschriebenen Messabweichungen auf. Mittels der vorgeschlagenen optischen Messeinrichtung wird nun auch ein Einsatz in dieser Anordnung ohne die Messabweichungen möglich. Natürlich sind des Weiteren auch andere Anordnungen denkbar, beispielsweise dass das sensornahe Ende oberhalb des sensorfernen Endes angeordnet ist oder aber das Hohlzylinderelement eine im Wesentliche waagerechte Einbaulage aufweist.In certain applications, such an arrangement of the optical measuring device may be necessary. So far, in particular in such applications, when the near-sensor end, for example, was arranged vertically below the end remote from the sensor, the measurement deviations described above occurred. By means of the proposed optical measuring device, use in this arrangement is now possible without the measurement deviations. Of course, other arrangements are also conceivable, for example, that the near-sensor end is disposed above the sensor remote end or the hollow cylinder element has a substantially horizontal mounting position.

In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Messeinrichtung kann vorgesehen sein, dass ein Gehäuse der optischen Sensoreinrichtung und/oder des Hohlzylinderelements aus einem Material mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist, beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung. Eine Eisen-Nickel-Legierung weist einen sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, insbesondere kann sie 64% Eisen und 36% Nickel aufweisen. Eine solche Legierung hat die Werkstoffnummer 1.3912.In a further embodiment of the optical measuring device can be provided that a housing of the optical sensor device and / or the hollow cylindrical member is formed of a material having a low coefficient of thermal expansion, for example, an iron-nickel alloy. An iron-nickel alloy has a very low coefficient of thermal expansion, in particular it may have 64% iron and 36% nickel. Such an alloy has the material number 1.3912.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer optischen Messeinrichtung, insbesondere eines Autokollimationsfernrohrs, 1 a schematic representation of an optical measuring device, in particular an autocollimation telescope,

2a eine schematische Darstellung des im Rahmen der vorliegenden Erfindung identifizierten Problems, 2a a schematic representation of the problem identified in the context of the present invention,

2b ein Diagramm, das das in der 2a dargestellte Problem quantifiziert, 2 B a diagram that in the 2a quantified problem,

3a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messeinrichtung, 3a a schematic representation of an embodiment of an optical measuring device,

3b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer optischen Messeinrichtung entlang einer Linie X-X in der 3a, 3b a schematic representation of another embodiment of an optical measuring device along a line XX in the 3a .

3c ein beispielhaftes Diagramm, das die Auswirkungen der erfindungsgemäßen Maßnahmen verdeutlicht, 3c an exemplary diagram illustrating the effects of the measures according to the invention,

3d–3g schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen einer optischen Messvorrichtung mit verschiedenen Ausgestaltungen einer Temperaturausgleichseinrichtung, 3d - 3g schematic representations of further embodiments of an optical Measuring device with different configurations of a temperature compensation device,

4a eine weitere Ausführungsform einer optischen Messeinrichtung; 4a a further embodiment of an optical measuring device;

4b eine erfindungsgemäße Ausführungsformen einer optischen Messeinrichtung, 4b an embodiment of an optical measuring device according to the invention,

4c eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen einer optischen Messeinrichtung, 4c a further embodiment of an optical measuring device according to the invention,

5 nicht zur Erfindung gehörende Beispiele einer optischen Messeinrichtung 5 not belonging to the invention examples of an optical measuring device

6a und 6b noch weitere, nicht zur Erfindung gehörende Beispiele einer optischen Messvorrichtung. 6a and 6b still further, not belonging to the invention examples of an optical measuring device.

1 zeigt eine optische Messvorrichtung 10. In der Figur ist der grundsätzliche Aufbau einer solchen optischen Messeinrichtung, die in der Darstellung der 1 als Autokollimationsfernrohr ausgebildet ist, schematisch dargestellt. 1 shows an optical measuring device 10 , In the figure, the basic structure of such an optical measuring device, in the representation of 1 is designed as Autokollimationsfernrohr shown schematically.

Die optische Messvorrichtung 10 dient dazu, ein Messobjekt 12 zu vermessen. Insbesondere soll eine der optischen Messvorrichtung 10 zugewandte Oberfläche 14 des Messobjekts 12 vermessen werden. Hierzu weist die optische Messvorrichtung 10 eine optische Sensoreinrichtung 16 auf. Zwischen der optischen Sensoreinrichtung und dem Messobjekt 12 ist ein Hohlzylinderelement 18 vorgesehen, das anliegend an die optische Sensoreinrichtung 16 angeordnet ist.The optical measuring device 10 serves to a measurement object 12 to measure. In particular, one of the optical measuring device 10 facing surface 14 of the measurement object 12 be measured. For this purpose, the optical measuring device 10 an optical sensor device 16 on. Between the optical sensor device and the measurement object 12 is a hollow cylinder element 18 provided, which is adjacent to the optical sensor device 16 is arranged.

Das Hohlzylinderelement 18 ist ein langgestrecktes Hohlzylinderelement. Der Zylinder kann dabei jeden beliebigen Querschnitt aufweisen. Keinesfalls muss das Hohlzylinderelement 18 zwangsläufig einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, dieser kann auch dreieckig, viereckig oder n-eckig ausgeführt sein. Eine Außenseite des Hohlzylinderelements 18 ist mit dem Bezugszeichen 19 gekennzeichnet.The hollow cylinder element 18 is an elongated hollow cylinder element. The cylinder can have any cross section. In no case must the hollow cylinder element 18 inevitably have a circular cross section, this can also be performed triangular, square or n-shaped. An outer side of the hollow cylindrical element 18 is with the reference numeral 19 characterized.

Das Hohlzylinderelement 18 weist ein sensornahes Endes 20 auf, mit dem es anliegend an die optische Sensoreinrichtung 16 angeordnet ist. Dem sensornahen Ende 20 entgegengesetzt ist ein sensorfernes Ende 22 des Hohlzylinderelements 18 angeordnet. Das sensorferne Ende 22 ist folglich dem Messobjekt 12 zugewandt.The hollow cylinder element 18 has a sensor near end 20 on, with which it is adjacent to the optical sensor device 16 is arranged. The sensor near end 20 opposite is an end remote from the sensor 22 of the hollow cylinder element 18 arranged. The sensor-far end 22 is therefore the object to be measured 12 facing.

Innerhalb des Hohlzylinderelements 18 ist in der Regel ein Objektiv 24 vorgesehen, das in der schematischen Darstellung der 1 lediglich mittels eines einzigen optischen Elements angedeutet ist. Es kann jedoch eine Vielzahl von optischen Elementen aufweisen. Des Weiteren weist die optische Messvorrichtung in der Regel eine Lichtquelle auf, die schematisch mit dem Bezugszeichen 26 angedeutet ist. In der Regel ist vorgesehen, dass von der Lichtquelle 26 emittiertes Licht mittels eines Strahlteilers 28 eingekoppelt wird. Des Weiteren ist ein optischer Sensor 30 vorgesehen, der beispielsweise als Kamera, insbesondere CCD-Kamera, ausgebildet ist und das von dem Messobjekt 12 reflektierte Licht aufnimmt. Grundsätzlich kann des Weiteren eine Regelungseinrichtung 32 vorgesehen sein, um beispielsweise einen automatisierten Messablauf durchzuführen und sowohl die Lichtquelle 26 zu steuern als auch die Messergebnisse des optischen Sensors 30 auszuwerten.Within the hollow cylinder element 18 is usually a lens 24 provided in the schematic representation of 1 is indicated only by a single optical element. However, it may have a plurality of optical elements. Furthermore, the optical measuring device usually has a light source, which is indicated schematically by the reference numeral 26 is indicated. In general, it is intended that from the light source 26 emitted light by means of a beam splitter 28 is coupled. Furthermore, it is an optical sensor 30 provided, which is designed for example as a camera, in particular CCD camera, and that of the measurement object 12 reflects reflected light. In principle, furthermore, a control device 32 be provided to perform, for example, an automated measurement process and both the light source 26 to control as well as the measurement results of the optical sensor 30 evaluate.

Folglich geht von der Lichtquelle 26 ein Messstrahl 34 aus, der auf die Oberfläche 14 des Messobjekts 12 fällt und von dieser reflektiert wird. Er fällt dann durch das Hohlzylinderelement 18 als Rückstrahl 38 zurück durch den Strahlteiler 28 auf den optischen Sensor 30. Der Messstrahl 34 und der Rückstrahl 38 – zusammen der Messstrahlengang – verlaufen folglich entlang einer Längsachse 36 des Hohlzylinderelements 18. Dabei soll ”entlang” nicht zwingend parallel verstanden werden. Da gerade eine Verkippung der Fläche 14 relativ zu einer Sensorfläche des optischen Sensors 30 gemessen wird, ist es zwangsläufig, dass eine gewisse Verkippung des Rückstrahls 38 auf dem Weg von dem Messobjekt 12, zurück auf den optischen Sensor 30 vorliegt. Der Begriff ”entlang” ist daher dahingehend zu verstehen, dass der Messstrahl 34 und der Rückstrahl 38 entlang der Längserstreckung des Hohlzylinderelements 18 durch das Hohlzylinderelement 18 verlaufen.Consequently, it starts from the light source 26 a measuring beam 34 out, on the surface 14 of the measurement object 12 falls and is reflected by this. He then falls through the hollow cylinder element 18 as a reflex 38 back through the beam splitter 28 on the optical sensor 30 , The measuring beam 34 and the retrobeam 38 - Together, the measuring beam path - thus run along a longitudinal axis 36 of the hollow cylinder element 18 , In this case, "along" should not necessarily be understood in parallel. Since just a tilt of the area 14 relative to a sensor surface of the optical sensor 30 is measured, it is inevitable that some tilt of the return beam 38 on the way from the measurement object 12 , back to the optical sensor 30 is present. The term "along" is therefore to be understood as meaning that the measuring beam 34 and the retrobeam 38 along the longitudinal extent of the hollow cylinder element 18 through the hollow cylinder element 18 run.

Wie aus der Darstellung der 1 ersichtlich ist, würde in dem Fall, dass die Oberfläche 14 eine senkrechte Ausrichtung 40 relativ zu dem Messstrahl 34 aufweist bzw. eine Oberflächennormale der Oberfläche 12 parallel zu dem Messstrahl 34 verläuft, der Messstrahl 34 auf dem Hinweg und auf dem Rückweg von bzw. zu dem Messobjekt 12 deckungsgleich verlaufen. Ein solcher Auftreffort des Messstrahls 34 auf den optischen Sensor 30 kann entsprechend kalibriert sein und weist auf eine entsprechende Lage des Messobjekts 12 relativ zu der optischen Messeinrichtung 10 hin. Weist die Oberfläche 14 des Messobjekts 12 gegenüber dieser Ausrichtung eine Verkippung auf, wie dies mittels des Winkels 42 bezeichnet ist, weist ein von dem Messobjekt 12 auf den optischen Sensor 30 verlaufender Rückstrahl 38 ebenfalls eine Verkippung zu einer Einfallsrichtung des Messstrahls 34 auf. Hier trifft folglich derselbe Winkel 42 auf. Der Auftreffort auf dem optischen Sensor 30 variiert folglich und aus dem Auftreffort kann somit auf den Winkel 42 rückgeschlossen werden.As from the representation of 1 it would be apparent in the case that the surface 14 a vertical orientation 40 relative to the measuring beam 34 has or a surface normal of the surface 12 parallel to the measuring beam 34 runs, the measuring beam 34 on the way and on the way back from or to the test object 12 congruent. Such an impact location of the measuring beam 34 on the optical sensor 30 can be calibrated accordingly and points to a corresponding position of the DUT 12 relative to the optical measuring device 10 out. Indicates the surface 14 of the measurement object 12 tilting relative to this orientation, as by means of the angle 42 is designated, one of the measurement object 12 on the optical sensor 30 running reflex beam 38 also a tilt to an incident direction of the measuring beam 34 on. Here, therefore, the same angle applies 42 on. The place of impact on the optical sensor 30 thus varies and from the place of impact can thus on the angle 42 be inferred.

In bestimmten Anwendungen kann es notwendig sein, dass in einer Betriebsposition das sensornahe Ende 20 unterhalb des sensorfernen Endes 22 angeordnet ist, wie dies beispielsweise in der 1 durch die Richtung der Schwerkraft 43 angedeutet ist.In certain applications, it may be necessary for the sensor-near end to be in an operating position 20 below the sensor end 22 is arranged, as for example in the 1 through the direction of gravity 43 is indicated.

In der 2a ist dargestellt, welche Auswirkungen dieses im Falle einer üblichen optischen Messvorrichtung 10 haben kann. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, erwärmt sich beispielsweise aufgrund der elektronischen Komponenten der optischen Sensoreinrichtung 16 das sensornahe Ende 20 des Hohlzylinderelements 18.In the 2a is shown what effects this in the case of a conventional optical measuring device 10 may have. As already mentioned, for example, due to the electronic components of the optical sensor device heats up 16 the sensory end 20 of the hollow cylinder element 18 ,

Hierdurch steigt die an dem sensornahen Ende 20 erwärmte Luft 44 innerhalb des Hohlzylinderelements 18 nach oben. An dem sensorfernen Ende 22 kühlt sich die Luft dann wieder ab und sinkt als kalte Luft 46 wiederum herunter zu dem sensornahen Ende 20. Folglich gibt es innerhalb des geschlossenen Hohlzylinderelements 18 eine zyklische Bewegung der Luftmassen und dadurch hervorgerufene Verwirbelungen 48 innerhalb des Hohlzylinderelements 18. Aufgrund der dadurch zwangsläufig entstehenden Grenzschichten aufgrund der Verwirbelungen 48 und aufgrund der unterschiedlichen Temperatur und Dichteniveaus der Luft, welche ebenfalls unterschiedliche Brechungsindices der Luft zur Folge haben, wird das Messergebnis der optischen Messeinrichtung 10 zyklisch beeinflusst.This increases the at the sensor near end 20 heated air 44 within the hollow cylinder element 18 up. At the far end of the sensor 22 The air then cools down again and sinks as cold air 46 turn down to the near-sensor end 20 , Consequently, there is within the closed hollow cylinder member 18 a cyclic movement of the air masses and thus caused turbulence 48 within the hollow cylinder element 18 , Due to the inevitably resulting boundary layers due to the turbulence 48 and due to the different temperature and density levels of the air, which also result in different refractive indices of the air, the measurement result of the optical measuring device 10 cyclically influenced.

Die 2b zeigt ein beispielhaftes Diagramm 50, das den zeitlichen Verlauf eines erfassten Winkels in Bogensekunden wiedergibt. Da es sich bei der in dem Diagramm 50 dargestellten Aufzeichnung um ein zweidimensionales Sensorarray handelt, ist folglich ein Winkel in X-Richtung 52, ein Winkel in Y-Richtung 54 und ein Gesamtwinkel 56 aufgetragen.The 2 B shows an exemplary diagram 50 representing the time course of a detected angle in seconds of arc. As it is in the diagram 50 is thus an angle in the X direction 52 , an angle in the Y direction 54 and a total angle 56 plotted.

Erkennbar ist das über die Zeit zyklisch schwankende Messergebnis. Es wurde festgestellt, dass eine Periodendauer 58 bei etwa 2 Minuten liegt. Im dargestellten Beispiel lag die Messabweichung in der Spitze bei etwa 0,2 Bogensekunden.Recognizable is the cyclically fluctuating measurement result over time. It was found that a period 58 is about 2 minutes. In the example shown, the measurement deviation in the peak was about 0.2 arcseconds.

3a zeigt eine Ausführungsform der optischen Messeinrichtung 10. In dieser Ausführungsform ist eine Temperaturausgleichseinrichtung 61 vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Temperaturausgleichseinrichtung 61 als Kühleinrichtung 60 ausgebildet, die ein Kühlmedium 62, in dem vorliegenden Beispiel Umgebungsluft, fördert. Auf diese Weise wird das Kühlmedium 62 entlang der Außenseite 19 des Hohlzylinderelements 18 an dem sensornahen Ende 20 gefördert. 3a shows an embodiment of the optical measuring device 10 , In this embodiment, a temperature compensation device 61 intended. In the illustrated embodiment, the temperature compensation device 61 as a cooling device 60 formed, which is a cooling medium 62 , in the present example ambient air, promotes. In this way, the cooling medium 62 along the outside 19 of the hollow cylinder element 18 at the sensor near end 20 promoted.

So wird das sensornahe Ende 20 gekühlt, so dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem sensornahen Ende 20 und dem sensorfernen Ende 22 reduziert wird, was den Luftmassenaustausch und die Anzahl von Verwirbelungen 48 reduziert. Auf diese Weise können die Messabweichungen deutlich reduziert werden.This is how the sensory end is 20 cooled, leaving a temperature difference between the sensor near end 20 and the far end of the sensor 22 is reduced, what the air mass exchange and the number of turbulences 48 reduced. In this way, the measurement deviations can be significantly reduced.

Insbesondere kann die Kühleinrichtung 60 als Ventilatorelement ausgebildet sein. Eine Rotationsachse eines solchen Ventilatorelements kann mit der Längsachse 36 des Hohlzylinderelements 18 zusammenfallen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Hohlzylinderelement 18 entlang einer gesamten Außenseite 18 gleichmäßig mit dem Kühlmedium 62 umströmt wird. Das Ventilatorelement kann aber auch außerhalb der Längsachse 36 angeordnet sein, wie dies durch die Anordnung 60' in gestrichelten Linien dargestellt ist. Das Kühlmedium 62 kann dann schräg oder senkrecht zu der Längsachse 36 um das sensornahe Ende 20 strömen.In particular, the cooling device 60 be designed as a fan element. An axis of rotation of such a fan element can with the longitudinal axis 36 of the hollow cylinder element 18 coincide. In this way it is ensured that the hollow cylinder element 18 along an entire outside 18 evenly with the cooling medium 62 is flowed around. The fan element can also be outside the longitudinal axis 36 be arranged as determined by the arrangement 60 ' shown in dashed lines. The cooling medium 62 can then be oblique or perpendicular to the longitudinal axis 36 around the sensorial end 20 stream.

Insbesondere kann die Kühleinrichtung 60 auf einer dem Hohlzylinderelement 18 abgewandten Seite der optischen Sensoreinrichtung 16 angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Kühlmedium 62 sowohl entlang der optischen Sensoreinrichtung 16 als auch entlang dem sensornahen Ende 20 des Hohlzylinderelements 18 transportiert werden. Auf diese Weise wird sowohl das sensornahe Ende 20 als auch die optische Sensoreinrichtung 16 gekühlt.In particular, the cooling device 60 on a the hollow cylinder element 18 remote side of the optical sensor device 16 be arranged. In this way, the cooling medium 62 both along the optical sensor device 16 as well as along the sensor near end 20 of the hollow cylinder element 18 be transported. In this way, both the sensor-near end 20 as well as the optical sensor device 16 cooled.

In der 3b ist eine alternative Ausgestaltung gezeigt, die in der 3b dargestellte Ansicht ist ein Schnitt entlang der Linie X-X in der 3a. Die alternative Ausgestaltung der Kühleinrichtung 60 und der Temperaturausgleichseinrichtung 61, die in der 3b aufgegriffen ist, findet sich jedoch in der 3a nicht.In the 3b an alternative embodiment is shown in the 3b The view shown is a section along the line XX in the 3a , The alternative embodiment of the cooling device 60 and the temperature compensation device 61 in the 3b is taken up, however, is found in the 3a Not.

Vorgeschlagen wird demgemäß, dass ein gebogenes Rohr 64 vorgesehen ist, das ähnlich zu einem Schneckenrohr eines Turboverdichters ausgeführt ist. Das gebogene Rohr 64 ist um das Hohlzylinderelement 18 herumgeführt. Das Kühlfluid 62 wird, beispielsweise mittels eines Ventilators oder einer Pumpe, in das Rohr 64 und weist zumindest eine, vorzugsweise mehrere Öffnungen 66 auf, durch die das Kühlfluid aus dem Rohr wiederum radial in Richtung des Hohlzylinderelements 18 nach innen entweichen kann. Auf diese Weise wird ermöglicht, das Hohlzylinderelement 18 gleichmäßig in seinem gesamten Umfang beispielsweise mittels einer Prallstrahlung zu kühlen, wie dies aus der 3b hervorgeht.Accordingly, it is proposed that a bent pipe 64 is provided, which is designed similar to a screw tube of a turbocompressor. The bent pipe 64 is around the hollow cylinder element 18 led around. The cooling fluid 62 is, for example by means of a fan or a pump, in the pipe 64 and has at least one, preferably a plurality of openings 66 on, through which the cooling fluid from the tube in turn radially in the direction of the hollow cylinder element 18 can escape inside. In this way, the hollow cylinder element is made possible 18 to cool uniformly in its entire circumference, for example by means of an impact radiation, as can be seen from the 3b evident.

Die 3c zeigt die entsprechend in einem lediglich beispielhaften Testaufbau aufgezeichneten Werte für Winkelabweichungen in X-Richtung 52, Y-Richtung 54 und den Gesamtwinkel 56. Wie zu erkennen ist, kann durch eine Kühlung einer Temperaturdifferenz auf lediglich beispielsweise 2°C die Winkelabweichung in einen Bereich von maximal 0,05 Bogensekunden verringert werden, so dass diese kaum größer als das allgemeine Rauschen eines solchen Messaufbaus ist.The 3c shows the values for angle deviations in the X direction recorded correspondingly in a merely exemplary test setup 52 , Y direction 54 and the total angle 56 , As can be seen, by cooling a temperature difference to only, for example, 2 ° C, the angular deviation can be reduced within a range of 0.05 arcseconds at most, so that it hardly greater than the general noise of such a measurement setup.

Die 3d bis 3g zeigen weitere Ausgestaltungen der Temperaturausgleichseinrichtung 61.The 3d to 3g show further embodiments of the temperature compensation device 61 ,

In der 3d weist das Hohlzylinderelement 18 eine Doppelwandung auf. Zusätzlich zu der Wand an der Außenseite 19 weist das Hohlzylinderelement 18 einen Innenzylinder 84 auf, so dass ein ringförmiger Zwischenraum 82 zwischen dem Innenzylinder 84 und der Wand an der Außenseite 19 ausgebildet ist. In diesem ringförmigen Zwischenraum 82 kann ein Fluid über eine Eintrittsöffnung 86 hin zu einer Austrittsöffnung 88 strömen. Die Eintrittsöffnung 86 kann insbesondere an dem sensornahen Ende 20 und die Austrittsöffnung 88 an dem sensorfernen Ende 22 angeordnet sein. Insbesondere wird es auf diese Weise möglich, mittels eines flüssigen Kühlfluids 62 zu kühlen und größere Wärmemengen abzutransportieren. Es versteht sich, dass innerhalb des ringförmigen Zwischenraums 82 auch Lamellen oder Führungskanäle für das Kühlfluid 62 vorgesehen sein können, so dass das Kühlfluid beispielsweise auf einem Spiralweg von dem Eintritt 86 zu dem Austritt 88 strömt.In the 3d has the hollow cylinder element 18 a double wall on. In addition to the wall on the outside 19 has the hollow cylinder element 18 an inner cylinder 84 on, leaving an annular space 82 between the inner cylinder 84 and the wall on the outside 19 is trained. In this annular space 82 can be a fluid through an inlet 86 towards an exit opening 88 stream. The entrance opening 86 especially at the near-sensor end 20 and the exit opening 88 at the far end of the sensor 22 be arranged. In particular, it is possible in this way, by means of a liquid cooling fluid 62 to cool and carry away larger amounts of heat. It is understood that within the annular space 82 also lamellae or guide channels for the cooling fluid 62 may be provided, so that the cooling fluid, for example, on a spiral path from the entrance 86 to the exit 88 flows.

In der 3e ist eine Ausgestaltung der Temperaturausgleichseinrichtung 61 vorgesehen, in der diese eine sogenannte Kühlschnecke 92 aufweist. Bei der Kühlschnecke 92 handelt es sich um einen spiralförmig ausgebildeten Leiter für das Kühlfluid 62, der auf der Außenseite 19 des Hohlzylinderelements 18 anliegt. Dieser weist entsprechend den Eintritt 86 und den Austritt 88 für das Kühlfluid 62 auf. Auch auf diese Weise kann eine entsprechende Kühlung des Hohlzylinderelements 18 bereitgestellt werden, insbesondere an dem sensornahen Ende 20.In the 3e is an embodiment of the temperature compensation device 61 provided in which this a so-called cooling screw 92 having. At the cooling screw 92 it is a spiral-shaped conductor for the cooling fluid 62 on the outside 19 of the hollow cylinder element 18 is applied. This indicates accordingly the entrance 86 and the exit 88 for the cooling fluid 62 on. In this way, a corresponding cooling of the hollow cylinder element 18 be provided, in particular at the sensor near end 20 ,

In der 3f ist eine zu der 3e ähnliche Ausgestaltung vorgesehen, bei dieser ist die Kühlschnecke 92 jedoch an einer Innenseite des Hohlzylinderelements 18 angeordnet.In the 3f is one to the 3e similar embodiment provided, in this is the cooling screw 92 however, on an inner side of the hollow cylindrical element 18 arranged.

Bei den in 3d bis 3f dargestellten Ausführungsformen ist es vorteilhaft, den Eintritt 86 an dem sensornahen Ende 20 und den Austritt 88 an dem sensorfernen Ende 22 anzuordnen bzw. allgemein gesprochen den Eintritt 86 an dem wärmeren Ende und den Austritt 88 an dem kühleren Ende. Auf diese Weise kann es möglich sein, mittels des Kühlfluid 62 beispielsweise das sensornahe Ende 20 zu kühlen und dann mit dem erwärmten Kühlfluid 62 gleichzeitig das sensorferne Ende 22 zu erwärmen. Auf diese Weise kann besonders wirksam eine Temperaturdifferenz zwischen dem sensornahen Ende 20 und dem sensorfernen Ende 22 ausgeglichen werden.At the in 3d to 3f illustrated embodiments, it is advantageous to the entrance 86 at the sensor near end 20 and the exit 88 at the far end of the sensor 22 to arrange or generally speaking the entrance 86 at the warmer end and the exit 88 at the cooler end. In this way it may be possible by means of the cooling fluid 62 for example, the sensor-near end 20 to cool and then with the heated cooling fluid 62 at the same time the sensor-far end 22 to warm up. In this way, a temperature difference between the near-sensor end can be particularly effective 20 and the far end of the sensor 22 be compensated.

Selbstverständlich sind auch weitere Ausgestaltungen zur Bereitstellung des Temperaturausgleichs mittels der Temperaturausgleichseinrichtung 61 möglich. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass mindestens eine Ventilatoreinrichtung (nicht dargestellt) innerhalb des Hohlzylinderelements 18 angeordnet ist, um ein Kühlfluid 62 durch das Hohlzylinderelement 18 zu fördern. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass ein solches Ventilatorelement nicht den Messstrahl 34 stört oder verdeckt.Of course, other embodiments for providing the temperature compensation by means of the temperature compensation device 61 possible. For example, it can also be provided that at least one fan device (not shown) within the hollow cylinder element 18 is arranged to a cooling fluid 62 through the hollow cylinder element 18 to promote. However, it should be ensured that such a fan element is not the measuring beam 34 disturbs or obscures.

In der 3g ist eine weitere Ausführungsform der Temperaturausgleichseinrichtung 61 dargestellt. Dabei weist die Temperaturausgleichseinrichtung 61 mindestens einen elektrothermischen Wandler 94, insbesondere ein Peltier-Element, auf. In der dargestellten Ausführungsform sind mehrere elektrothermische Wandler 94 vorgesehen. Diese sind verteilt über das Hohlzylinderelement 18, insbesondere dessen Außenseite 19, angeordnet. Mittels eines elektrothermischen Wandlers wird es möglich, durch gezieltes Anlegen eines elektrischen Stroms einen Wärmeübergang weg von dem Hohlzylinderelement 18 zu dessen Kühlung bzw. hin zu dem Hohlzylinderelement 18 zu dessen Erwärmung zu erzwingen. Auf diese Weise wird es, beispielsweise mittels einer geeigneten Regelungseinrichtung und entsprechender Temperatursensoren, möglich, mittels der elektrothermischen Wandler und ihrer gezielten Ansteuerung den Temperaturausgleich in dem Hohlzylinderelement 18 herbeizuführen.In the 3g is another embodiment of the temperature compensation device 61 shown. In this case, the temperature compensation device 61 at least one electrothermal transducer 94 , in particular a Peltier element, on. In the illustrated embodiment, a plurality of electrothermal transducers 94 intended. These are distributed over the hollow cylinder element 18 , in particular its outside 19 arranged. By means of an electrothermal transducer, it is possible by targeted application of an electrical current, a heat transfer away from the hollow cylinder element 18 for its cooling or towards the hollow cylinder element 18 to enforce its warming. In this way it is possible, for example by means of a suitable control device and corresponding temperature sensors, by means of the electrothermal transducer and their targeted control the temperature compensation in the hollow cylinder element 18 bring about.

Die 4a zeigt eine weitere Möglichkeit, die Messabweichungen zu vermeiden. Hierzu sind an dem sensornahen Ende 20 erste Fluiddurchtrittsöffnungen 68 vorgesehen, die gleichmäßig über den Umfang des Hohlzylinderelements 18 verteilt sind. An dem sensorfernen Ende 70 sind zweite Fluiddurchtrittsöffnungen 70 vorgesehen, die ebenfalls gleichmäßig über den Umfang des Hohlzylinderelements 18 verteilt sind. Auf diese Weise kann die an dem sensornahen Ende 20 erwärmte Luft in dem Hohlzylinderelement 18 nach oben steigen, so dass ein aufsteigender Luftstrom 72 entsteht. Die Luft kann dann in dem sensorfernen Ende 22 durch die zweite Fluiddurchtrittsöffnungen 70 entweichen. Gleichzeitig ist es möglich, dass Umgebungsluft von außen durch die erste Fluiddurchtrittsöffnungen 68 nachströmt. Selbstverständlich ist diese in der 4a dargestellte Ausführungsform auch mit der beispielsweise in den 3a und 3b dargestellten Ausführungsform einer Kühleinrichtung kombinierbar.The 4a shows another way to avoid the measurement errors. These are at the sensor near end 20 first fluid passage openings 68 provided uniformly over the circumference of the hollow cylindrical member 18 are distributed. At the far end of the sensor 70 are second fluid passage openings 70 provided, which is also uniform over the circumference of the hollow cylindrical member 18 are distributed. In this way, the at the sensor near end 20 heated air in the hollow cylinder element 18 soar up, leaving a rising airflow 72 arises. The air can then be in the far end of the sensor 22 through the second fluid passage openings 70 escape. At the same time it is possible that ambient air from the outside through the first fluid passage openings 68 nachströmt. Of course, this is in the 4a illustrated embodiment with the example in the 3a and 3b illustrated embodiment of a cooling device combined.

Die 4b zeigt eine weitere Ausgestaltung. Um zu vermeiden, dass durch die erste Fluiddurchtrittsöffnung 68 und/oder die zweite Fluiddurchtrittsöffnung 70 Streulicht in das Innere des Hohlzylinderelements 18 eintritt, was wiederum das Messergebnis verfälschen könnte, kann vorgesehen sein, einen Schaumstoffring 74 bzw. einen Ring aus geschäumtem Kunststoff um die ersten Fluiddurchtrittsöffnungen 68 und/oder die zweiten Fluiddurchtrittsöffnungen 70 herum anzuordnen. Solch ein Schaumstoffring ist zwar durchlässig für das Kühlfluid 62, jedoch lichtundurchlässig. Auf diese Weise kann der Eintritt von Streulicht vermieden werden. Grundsätzlich können alle Materialien verwendet werden, die sehr gut luftdurchlässig, aber auf der anderen Seite nahezu lichtundurchlässig sind.The 4b shows a further embodiment. To avoid that through the first fluid passage opening 68 and / or the second fluid passage opening 70 Stray light in the interior of the hollow cylindrical element 18 occurs, which in turn could falsify the measurement result can be provided, a foam ring 74 or a ring foamed plastic around the first fluid passage openings 68 and / or the second fluid passage openings 70 to arrange around. Such a foam ring is permeable to the cooling fluid 62 , but opaque. In this way, the occurrence of stray light can be avoided. In principle, all materials can be used that are very well permeable to air, but on the other hand, almost opaque.

Die 4c zeigt eine weitere Möglichkeit, eine solche ”Lichtfalle” bereitzustellen, dies kann beispielsweise mittels eines Labyrinths 76 erfolgen, das ebenfalls ringförmig oder separat vor jede der ersten Fluiddurchtrittsöffnungen 68 und/oder den zweiten Fluiddurchtrittsöffnungen 70 bereitgestellt ist. Dieses Labyrinth 76 erlaubt keine direkte Sichtlinie durch den einen Eingang des Labyrinths zu einem Ausgang des Labyrinths. Jedoch ist gleichzeitig ermöglicht, dass das Kühlfluid 62 durch das Labyrinth 76 hindurchtritt.The 4c shows another way to provide such a "light trap", this can for example by means of a labyrinth 76 take place, which is also annular or separately in front of each of the first fluid passage openings 68 and / or the second fluid passage openings 70 is provided. This labyrinth 76 does not allow a direct line of sight through the one entrance of the labyrinth to an exit of the labyrinth. However, at the same time it allows the cooling fluid 62 through the labyrinth 76 passes.

Letztlich zeigt die 5 eine nicht zur Erfindung gehörende Möglichkeit, die Verwirbelungen 48 zu vermeiden. Hierbei ist das Hohlzylinderelement 18 hermetisch verschlossen. Mit anderen Worten ist das Hohlzylinderelement 18 luftdicht abgeschlossen. Des Weiteren ist ein Vakuum 80 in einem Innenraum des Hohlzylinderelements 18 erzeugt, beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Pumpenvorrichtung. Auf diese Weise befindet sich keinerlei Fluid innerhalb des Hohlzylinderelements 18. Etwaige Messabweichungen aufgrund des sich zyklisch innerhalb des Hohlzylinderelements 18 bewegenden Fluids sind somit ausgeschlossen. Die hermetische Dichtung des Hohlzylinderelements 18 ist schematisch mit dem Bezugszeichen 78 gekennzeichnet.Ultimately, the shows 5 a not belonging to the invention possibility, the turbulence 48 to avoid. Here is the hollow cylinder element 18 hermetically sealed. In other words, the hollow cylinder element 18 hermetically sealed. Furthermore, there is a vacuum 80 in an interior of the hollow cylindrical member 18 generated, for example by means of a pump device, not shown. In this way, there is no fluid within the hollow cylinder member 18 , Any errors due to the cyclical within the hollow cylinder element 18 moving fluids are thus excluded. The hermetic seal of the hollow cylinder element 18 is schematically with the reference numeral 78 characterized.

Unter ”hermetisch verschlossen” soll eine luftdichte Abdichtung des Hohlzylinderelements verstanden werden, die dazu in der Lage ist, das in dem Hohlzylinderelement vorherrschende Vakuum aufrecht zu erhalten. Unter einem ”Vakuum” soll ein Druck innerhalb des Hohlzylinderelements von weniger als 300 mbar (30.000 Pascal), vorzugsweise weniger als 10–3 mbar, weiter vorzugsweise weniger als 10–7 mbar verstanden werden. Das Hohlzylinderelement sollte insbesondere derart verschlossen sein, dass ein solches Vakuum über einen Zeitraum von zumindest einem Tag, vorzugsweise zumindest einer Woche, weiter vorzugsweise dauerhaft, erhalten werden kann.By "hermetically sealed" is meant an air-tight seal of the hollow cylinder member capable of maintaining the prevailing vacuum in the hollow cylinder member. A "vacuum" is to be understood as meaning a pressure within the hollow cylindrical element of less than 300 mbar (30,000 pascal), preferably less than 10 -3 mbar, more preferably less than 10 -7 mbar. The hollow cylinder element should in particular be closed in such a way that such a vacuum can be obtained over a period of at least one day, preferably at least one week, more preferably permanently.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass an der Außenseite 19 des Hohlzylinderelements Aussteifungen 82 vorgesehen sind. Des Weiteren können Aussteifungen 84 an einer der beiden Stirnseiten des Hohlzylinderelements 18 vorgesehen sein. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich auch die optische Sensoreinrichtung 16 mit dem Vakuum 80 beaufschlagt wird und sich die hermetische Dichtung 78 folglich auch um die optische Sensoreinrichtung 16 herum erstreckt. Auch ein Gehäuse der optischen Sensoreinrichtung 16 könnte dann mit entsprechenden Aussteifungen 82, 84 versehen sein. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass durch Atmosphärendruck von außen das Hohlzylinderelement 18 verformt wird.In particular, it can be provided that on the outside 19 of the hollow cylinder element stiffeners 82 are provided. Furthermore, stiffeners 84 on one of the two end faces of the hollow cylinder element 18 be provided. In principle, it can also be provided that in addition also the optical sensor device 16 with the vacuum 80 is applied and the hermetic seal 78 consequently, also around the optical sensor device 16 extends around. Also a housing of the optical sensor device 16 could then with appropriate stiffeners 82 . 84 be provided. In this way it can be avoided that by atmospheric pressure from the outside, the hollow cylinder element 18 is deformed.

Die 6a zeigt eine nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform der optischen Messeinrichtung 10. Statt des Vakuums 80 in dem Innenraum des Hohlzylinderelements 18 zur Vermeidung der Verwirbelungen 48 kann auch vorgesehen sein, dass innerhalb des Hohlzylinderelements 18 ein Festkörperelement 90 angeordnet ist. Das Festkörperelement 90 weist eine senkrecht zu der Längsachse 36 des Hohlkörperelements 18 verlaufende Form eines Querschnitts 96 auf, der der des Hohlzylinderelements 18 entspricht. Auf diese Weise ist der Querschnitt 96 verschlossen und es können keinerlei gasförmige Fluide innerhalb des Hohlzylinderelements 18 strömen. Insbesondere ist vorgesehen, dass nur ein einziges Festkörperelement 90 vorgesehen ist, insbesondere ein massives Zylinderelement, das aus einem Material hergestellt ist, das einen Transmissionsgrad von mehr als 80% in einem Wellenlängenbereich aufweist, mit dem die optische Messvorrichtung 10 arbeitet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die optische Messvorrichtung 10 trotz des Festkörperelements 90 arbeiten kann. Gleichzeitig ist jedoch der Innenraum des Hohlzylinderelements 18 weitestgehend ausgefüllt, so dass keine strömenden Luftmassen auftreten können. Es kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Innenraums des Hohlzylinderelements 18 freigelassen ist, beispielsweise um den Strahlteiler 28 zum Einkuppeln des Messstrahls 34 anordnen zu können. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Erstreckung entlang der Längsachse 36 des Festkörperelements 90 mindestens 50% der gesamten Längserstreckung des Hohlzylinderelements 18 beträgt. Auf diese Weise wird eine signifikante Bewegung von Luftmassen weitestgehend vermieden.The 6a shows an embodiment of the optical measuring device not belonging to the invention 10 , Instead of the vacuum 80 in the interior of the hollow cylinder element 18 to avoid turbulence 48 can also be provided that within the hollow cylindrical element 18 a solid state element 90 is arranged. The solid state element 90 has a perpendicular to the longitudinal axis 36 of the hollow body element 18 extending form of a cross section 96 on, that of the hollow cylindrical member 18 equivalent. This is the cross section 96 closed and there can be no gaseous fluids within the hollow cylinder element 18 stream. In particular, it is provided that only a single solid element 90 is provided, in particular a solid cylindrical element, which is made of a material having a transmittance of more than 80% in a wavelength range with which the optical measuring device 10 is working. In this way it is ensured that the optical measuring device 10 despite the solid state element 90 can work. At the same time, however, the interior of the hollow cylindrical element 18 largely filled, so that no flowing air masses can occur. It can be provided that a part of the interior of the hollow cylinder element 18 is released, for example, the beam splitter 28 for engaging the measuring beam 34 to be able to order. It can be provided, for example, that an extension along the longitudinal axis 36 of the solid state element 90 at least 50% of the total longitudinal extent of the hollow cylinder element 18 is. In this way, a significant movement of air masses is largely avoided.

Alternativ kann mittels mindestens eines den Querschnitt des Hohlzylinderelements verschließenden Festkörperelements ebenfalls eine Luftbewegung innerhalb des Hohlzylinderelements vermieden werden. Dabei können mehrere Festkörperelemente, beispielsweise mehrere transparente Lamellen, vorgesehen sein, die zwischen dem sensornahmen und dem sensorfernen Ende verteilt angeordnet sind, insbesondere in jeweils gleichen Abständen. Es kann aber beispielsweise auch vorgesehen sein, dass ein einziges Festkörperelement, beispielsweise ein Festköperzylinder, beispielsweise aus Glas, mit einem dem Hohlzylinderelement entsprechenden Querschnitt innerhalb des Hohlzylinderelements angeordnet ist. Der Festkörperzylinder kann dabei eine Länge von mindestens 50% der Länge des Hohlzylinderelements aufweisen. Unter „transparent” kann dabei beispielsweise verstanden werden, dass ein Material des Festkörperelements einen Transmissionsgrad von mehr als 80% in einem Wellenlängenbereich des Messstrahls aufweist.Alternatively, an air movement within the hollow cylinder element can also be avoided by means of at least one solid element closing the cross section of the hollow cylinder element. In this case, a plurality of solid state elements, for example, a plurality of transparent slats, may be provided, which are arranged distributed between the sensor and the sensor remote end, in particular at the same intervals. However, it can also be provided, for example, that a single solid element, for example a solid-state cylinder, for example made of glass, is arranged with a cross section corresponding to the hollow cylinder element within the hollow cylindrical element. The solid-state cylinder may have a length of at least 50% of the length of the hollow cylinder element. By "transparent" may be understood, for example, that a material of the solid state element has a transmittance of more than 80% in a wavelength range of the measuring beam.

Die 6b zeigt einen dem Prinzip der optischen Messeinrichtung in der 6a ähnelnden, nicht zur Erfindung gehörenden Aufbau. Es sind dabei mehrere Festkörperelemente 90, 90', 90'' vorgesehen. Jedes der Festkörperelemente 90 ist als Lamelle, d. h. als dünne Scheibe ausgebildet, insbesondere mit einer Dicke von weniger als 3 mm. Die Festkörperelemente 90, 90', 90'' sind entlang der Längsachse 36 in dem Hohlzylinderelement 18 verteilt angeordnet. Sie erstrecken sich jeweils ebenfalls über den gesamten Querschnitt 96, so dass dieser verschlossen ist und eine Bewegung von Luftmassen über das gesamte Hohlzylinderelement 18 zwischen dem sensornahen Ende 20 und dem sensorfernen Ende 22 vermieden ist. Eine Bewegung von Luftmassen kann dann nur in Teilabschnitten zwischen den Festkörperelementen 90, 90', 90'' erfolgen. Auf diese Weise können signifikante Luftbewegungen, die zu Messabweichungen führen können, vermieden werden.The 6b shows a principle of the optical measuring device in the 6a similar, not belonging to the invention construction. There are several solid state elements 90 . 90 ' . 90 '' intended. Each of the solid state elements 90 is designed as a lamella, ie as a thin disc, in particular with a thickness of less than 3 mm. The solid state elements 90 . 90 ' . 90 '' are along the longitudinal axis 36 in the hollow cylinder element 18 arranged distributed. They also extend over the entire cross section 96 , so that it is closed and a movement of air masses over the entire hollow cylindrical element 18 between the sensor near end 20 and the far end of the sensor 22 is avoided. A movement of air masses can then only in sections between the solid state elements 90 . 90 ' . 90 '' respectively. In this way, significant air movements, which can lead to measurement errors, can be avoided.

Jedes der Festkörperelemente 90, 90', 90'' ist in jeder der Ausgestaltungen nach den 6a und 6b dabei so auszubilden, dass es keinerlei optische Wirkung auf den Messstrahl 34 entfaltet. Insbesondere darf es die Kollimationseigenschaft des Messstrahls 34 nicht ändern. Insbesondere ist daher jedes der Festkörperelemente 90, 90', 90'' als eine planparallele Platte ausgebildet, wobei sich die Oberflächen der planparallelen Platte senkrecht zu der Längsachse 36 des Hohlzylinderelements 18 erstrecken.Each of the solid state elements 90 . 90 ' . 90 '' is in each of the embodiments according to the 6a and 6b in such a way that there is no optical effect on the measuring beam 34 unfolded. In particular, it may be the collimation property of the measurement beam 34 do not change. In particular, therefore, each of the solid state elements 90 . 90 ' . 90 '' formed as a plane-parallel plate, wherein the surfaces of the plane-parallel plate perpendicular to the longitudinal axis 36 of the hollow cylinder element 18 extend.

Claims (11)

Optische Messvorrichtung (10), insbesondere Autokollimationsfernrohr, zum Messen einer Eigenschaft eines Messobjekts (12), mit einer optischen Sensoreinrichtung (16) und einem Hohlzylinderelement (18), das derart relativ zu der optischen Sensoreinrichtung (16) angeordnet ist, dass ein Messstrahlengang (34, 38) zwischen der optischen Sensoreinrichtung (16) und dem Messobjekt (12) durch das Hohlzylinderelement (18) und entlang einer Längsachse (36) des Hohlzylinderelements (18) verläuft, wobei das Hohlzylinderelement (18) ein sensornahes Ende (20) und ein sensorfernes Ende (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlzylinderelement (18) an dem sensornahen Ende (20) mindestens eine erste Fluiddurchtrittsöffnung (68) und an dem sensorfernen Ende (22) mindestens eine zweite Fluiddurchtrittsöffnung (70) aufweist, wobei an der mindestens einen ersten Fluiddurchtrittsöffnung (68) und an der mindestens einen zweiten Fluiddurchtrittsöffnung (70) eine Lichtfalle (74, 76) angeordnet ist, und wobei die Lichtfalle (74, 76) als ein das Hohlzylinderelement (18) umgebendes Ringelement (74) aus einem geschäumten Kunststoff ausgebildet ist.Optical measuring device ( 10 ), in particular autocollimation telescope, for measuring a property of a test object ( 12 ), with an optical sensor device ( 16 ) and a hollow cylindrical element ( 18 ), which is so relative to the optical sensor device ( 16 ) is arranged such that a measuring beam path ( 34 . 38 ) between the optical sensor device ( 16 ) and the measurement object ( 12 ) through the hollow cylinder element ( 18 ) and along a longitudinal axis ( 36 ) of the hollow cylinder element ( 18 ), wherein the hollow cylindrical element ( 18 ) a sensor-near end ( 20 ) and a sensor-remote end ( 22 ), characterized in that the hollow cylindrical element ( 18 ) at the sensor-near end ( 20 ) at least one first fluid passage opening ( 68 ) and at the remote end ( 22 ) at least one second fluid passage opening ( 70 ), wherein at the at least one first fluid passage opening ( 68 ) and at the at least one second fluid passage opening ( 70 ) a light trap ( 74 . 76 ), and wherein the light trap ( 74 . 76 ) as the hollow cylinder element ( 18 ) surrounding ring element ( 74 ) is formed of a foamed plastic. Optische Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messvorrichtung (10) eine Temperaturausgleichseinrichtung (61) zum Ausgleichen einer Temperaturdifferenz zwischen dem sensornahen Ende (20) und dem sensorfernen Ende (22) aufweist, und wobei die Temperaturausgleichseinrichtung (61) eine Kühleinrichtung (60) aufweist, die ein Kühlfluid (62) entlang einer Außenseite (19) des Hohlzylinderelements (18) an dem sensornahen Ende (20) fördert.Optical measuring device according to claim 1, characterized in that the optical measuring device ( 10 ) a temperature compensation device ( 61 ) to equalize a temperature difference between the sensor near end ( 20 ) and the far end of the sensor ( 22 ), and wherein the temperature compensation device ( 61 ) a cooling device ( 60 ) comprising a cooling fluid ( 62 ) along an outside ( 19 ) of the hollow cylinder element ( 18 ) at the sensor-near end ( 20 ) promotes. Optische Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messvorrichtung (10) eine Temperaturausgleichseinrichtung (61) zum Ausgleichen einer Temperaturdifferenz zwischen dem sensornahen Ende (20) und dem sensorfernen Ende (22) aufweist, und wobei die Temperaturausgleichseinrichtung (61) mindestens einen elektrothermischen Wandler (92), insbesondere ein Peltierelement aufweist, um das Ausgleichen der Temperaturdifferenz zu bewirken.Optical measuring device according to claim 1, characterized in that the optical measuring device ( 10 ) a temperature compensation device ( 61 ) to equalize a temperature difference between the sensor near end ( 20 ) and the far end of the sensor ( 22 ), and wherein the temperature compensation device ( 61 ) at least one electrothermal transducer ( 92 ), in particular a Peltier element in order to effect the compensation of the temperature difference. Optische Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturausgleichseinrichtung (61) ein um das sensornahe Ende (20) des Hohlzylinderelements (18) gebogenes Kühlrohr aufweist, das mindestens eine Austrittsöffnung für das Kühlfluid (62) aufweist, die in Richtung des Hohlzylinderelements (18) weist, und wobei die Kühleinrichtung (60) derart ausgebildet ist, dass sie das Kühlmedium durch das Kühlrohr (64) fördert.Optical measuring device according to claim 2, characterized in that the temperature compensation device ( 61 ) around the sensor-near end ( 20 ) of the hollow cylinder element ( 18 ) bent cooling tube, the at least one outlet opening for the cooling fluid ( 62 ), which in the direction of the hollow cylindrical element ( 18 ), and wherein the cooling device ( 60 ) is designed such that it passes through the cooling tube ( 64 ) promotes. Optische Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturausgleichseinrichtung (61) derart angeordnet ist, dass das Kühlfluid (62) sowohl die optische Sensoreinrichtung (16) als auch das sensornahe Ende (20) des Hohlzylinderelements (18) umströmt.Optical measuring device according to claim 2 or 4, characterized in that the temperature compensation device ( 61 ) is arranged such that the cooling fluid ( 62 ) both the optical sensor device ( 16 ) as well as the sensor-near end ( 20 ) of the hollow cylinder element ( 18 ) flows around. Optische Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlzylinderelement (18) mehre erste Fluiddurchtrittsöffnungen (68) aufweist, die über einen Umfang des Hohlzylinderelements (18) gleichmäßig verteilt angeordnet sind, und dass das Hohlzylinderelement (18) mehre zweite Fluiddurchtrittsöffnungen (70) aufweist, die über den Umfang des Hohlzylinderelements (18) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.Optical measuring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hollow cylindrical element ( 18 ) several first fluid passage openings ( 68 ), which over a circumference of the hollow cylindrical element ( 18 ) are arranged evenly distributed, and that the hollow cylindrical element ( 18 ) a plurality of second fluid passage openings ( 70 ), which over the circumference of the hollow cylindrical element ( 18 ) are arranged evenly distributed. Optische Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfalle als Labyrinth (76) ausgebildet ist.Optical measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light trap as a labyrinth ( 76 ) is trained. Optische Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfalle (74, 76) aus einem im Wesentlichen lichtundurchlässigen und fluiddurchlässigen Element ausgebildet ist.Optical measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Light trap ( 74 . 76 ) is formed of a substantially opaque and fluid-permeable element. Optische Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (62) Umgebungsluft ist.Optical measuring device according to claim 2 or any one of claims 4 to 8, characterized in that the cooling fluid ( 62 ) Ambient air is. Optische Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (16) eine elektrisch betriebene optische Sensoreinrichtung (16) ist, wobei die optische Sensoreinrichtung (16) insbesondere eine Kamera (30), eine CCD-Kamera oder ein aus photosensitiven Elementen gebildetes Array aufweist.Optical measuring device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the optical sensor device ( 16 ) an electrically operated optical sensor device ( 16 ), wherein the optical sensor device ( 16 ), in particular a camera ( 30 ), a CCD camera or an array formed of photosensitive elements. Optische Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messvorrichtung (10) eine Betriebsposition aufweist, in der das sensornahe Ende (20) unterhalb des sensorfernen Endes (22) angeordnet ist.Optical measuring device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the optical measuring device ( 10 ) has an operating position in which the sensor-near end ( 20 ) below the sensor-distal end ( 22 ) is arranged.
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