-
Die Erfindung betrifft ein Ausrichtelement für einen optischen Abstandssensor, insbesondere einen optischen Abstandssensor zur Abstandsmessung in einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung. Weiter betrifft die Erfindung eine optische Sensoranordnung, insbesondere zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung sowie ein Verfahren zur Ausrichtung eines solchen optischen Abstandssensors.
-
Es sind optische Sensoren zur Abstandsmessung oder zur Messung von Winkelfehlern bekannt. So beschreibt die Veröffentlichung Probst et. al., „Messung von Winkel- und Formabweichungen an Spiegelpolygonfläche mit einem Phaseninterferometer“, PTB-Mitteilungen 103 1/93, 1993 ein sogenanntes Autokollimationsfernrohr (AKF) zur Messung von Winkelfehlern.
-
Optische Sensoren zur Abstandsmessung können z.B. einen Abstand zwischen dem Sensor und einem Zielobjekt messen. Solche optischen Sensoren können beispielsweise als sogenannte Sender-Empfänger-Sensoren ausgebildet sein, wobei ein Sender des Sensors einen Lichtstrahl erzeugt und ein Empfänger des Sensors den (reflektierten) Lichtstrahl empfängt und in Abhängigkeit des empfangenen Lichtstrahls den Abstand ermittelt.
-
Es ist auch bekannt, optische Sensoren zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung zu verwenden. Eine Drehvorrichtung bezeichnet hierbei eine Vorrichtung, wobei mindestens ein drehbarer Teil der Drehvorrichtung um eine Drehachse drehbar ist. Solche Drehvorrichtungen können beispielsweise Drehschwenkgelenke oder Drehtische sein.
-
Während einer Drehung des drehbaren Teils der Drehvorrichtung um die Drehachse können Bewegungsfehler auftreten, die aus einer Abweichung von einer idealen, reinen Drehbewegung resultieren. Derartige Abweichungen werden z.B. durch eine Lagerung des drehbaren Teils, einer Bewegungsführung des drehbaren Teils, aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder durch in oder auf die Drehachse wirkende Kräfte oder Momente verursacht. Solche Kräfte und Momente können hierbei statische oder dynamische Kräfte oder Momente sein.
-
Der Begriff Bewegungsfehler umfasst hierbei translatorische und rotatorische Bewegungsfehler. Somit können bei einer Drehung um die Drehachse Abweichungen von der idealen Drehbewegung in sechs voneinander unabhängigen Freiheitsgraden auftreten. Bei mehrstufigen Drehvorrichtungen, die also mehrere Drehachsen aufweisen, sind Bewegungsfehler einer Drehachse gegebenenfalls zusätzlich abhängig von einer Winkelposition der verbleibenden Drehachse(n).
-
Aus diesem Grund ist es üblich, Bewegungsfehler einer Drehvorrichtung zu erfassen, um beispielsweise eine Aussage über eine Genauigkeit, insbesondere Drehgenauigkeit, der Drehvorrichtung machen zu können. In Abhängigkeit von ermittelten Bewegungsfehlern der Drehvorrichtung kann auch eine Kalibrierung der Drehvorrichtung erfolgen, wobei z.B. systematische Bewegungsfehler ermittelt und anschließend rechnerisch korrigiert werden können. Insbesondere kann ein Bewegungsfehler zu bestimmten oder allen Winkelpositionen der Drehachse ermittelt werden. Somit kann später, beispielsweise im Betrieb der Drehvorrichtung, dieser Bewegungsfehler berücksichtigt werden. Wird die Drehachse zur Positionierung z.B. eines Werkstückes bei einer Bearbeitung oder Vermessung des Werkstückes genutzt, so kann der vorher ermittelte Bewegungsfehler bei der Bearbeitung oder Vermessung des Werkstückes berücksichtigt werden. Insbesondere kann der Bewegungsfehler bei der Vermessung eines Werkstückes durch ein Koordinatenmessgerät (KMG) berücksichtigt werden, um eine Vermessungsgenauigkeit zu erhöhen.
-
Die
WO 2014/108187 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung eines oder mehrerer Fehler eines Drehpositionsermittlungssystems. Hierbei wird ein Prüfkörper oder Prüfelement, insbesondere ein rotationssymmetrisches Prüfelement, und eine Sensoranordnung zur Ermittlung des vorhergehend erläuterten Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung beschrieben. In der Druckschrift wird ein Sensorhalter mit drei senkrecht zueinander stehenden Wänden beschrieben. An den Wänden sind Abstandssensoren angebracht, die einen Abstand zwischen den Abstandssensoren und dem vorhergehend erwähnten Prüfelement erfassen. In Abhängigkeit der Ausgangssignale dieser Abstandssensoren können Translationsfehler in drei voneinander unabhängigen Raumrichtungen sowie Rotationsfehler um zwei voneinander unabhängige Raumrichtungen ermittelt werden.
-
Die
WO 2013/007285 A1 offenbart eine Korrektur und/oder Vermeidung von Fehlern bei der Messung von Koordinaten eines Werkstückes. Hierin wird ein Messsystem beschrieben, welches einen Stab umfasst, der zwei kugelförmige Messkörper trägt, die in axialer Richtung in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Weiter ist ein Arm offenbart, an dem eine Anordnung von Sensoren befestigt ist. Hierbei ist ein erster Sensor in axialer Richtung auf eine obere Kugel gerichtet, um eine Relativposition in einer axialen Richtung zu messen. Ein zweiter und ein dritter Sensor sind in radialer Richtung auf die obere Kugel ausgerichtet, wobei die Sensoren in verschiedene, z.B. zueinander senkrecht stehenden, Richtungen ausgerichtet sind, um radiale Relativpositionen in zwei verschiedenen Richtungen zu messen. Ein vierter und ein fünfter Sensor sind ebenfalls in zwei zueinander senkrecht stehenden radialen Richtungen ausgerichtet, jedoch auf die untere Kugel, um zwei voneinander unabhängige radiale Relativpositionen an einer anderen axialen Position zu messen. Der Stab kann hierbei konzentrisch oder annähern konzentrisch zu der zu vermessenden Drehachse auf dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung angeordnet sein. Weiter beschreibt die Druckschrift, wie Messsignale der Sensoren genutzt werden können, um eine relative Position und/oder Ausrichtung der Kugeln zueinander zu ermitteln und/oder eine Veränderung der relativen Position und/oder Ausrichtung der Kugeln zu ermitteln und/oder zu korrigieren.
-
Die beiden Druckschriften beschreiben somit, wie Bewegungsfehler in fünf von sechs Freiheitsgraden durch die Verwendung von Abstandssensoren ermittelt werden können.
-
Die
DE 197 46 535 B4 offenbart eine Justiervorrichtung für ein Interferometer, bei dem eine Ausrichtung einer Interferometer-Referenzfläche und einer zu vermessenden Prüflingsoberfläche erforderlich ist, wobei die Justiervorrichtung ein Justierelement umfasst, welches in der Brennebene eines vor der Prüflingsoberfläche angeordneten Kollimatorobjektives angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Justierelement eine zweidimensional ausgedehnte Justiermarkierung angeordnet ist und/oder die auf dem Justierelement angeordnete Justiermarkierung eine definierte optische Wirkung aufweist.
-
Die
GB 2 117 511 A offenbart einen Laserstrahldetektor und ein Verfahren zur Ausrichtung eines Lasers.
-
Die
US 5,684,593 A offenbart eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Referenzreflektors.
-
Bei der Verwendung von optischen Abstandssensoren z.B. zur Ermittlung von Abständen zwischen den Sensoren und den Kugeln des vorhergehend erläuterten Doppelkugelnormals kann der Abstand durch Emittierung eines (Laser-)Lichtstrahls und eine Reflexion des Lichtstrahls an dem Prüfelement erfolgen. Hierbei ist die Ausrichtung eines optischen Abstandssensors relativ zu einem Zielobjekt, insbesondere dem vorhergehend erläuterten Prüfelement, wesentlich, da bei einer ungenauen Ausrichtung der reflektierte Lichtstrahl nur zum Teil oder gar nicht in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors fällt. In diesem Fall ist keine zuverlässige Abstandsmessung möglich.
-
Eine Ausrichtung des optischen Sensors relativ zum Zielobjekt derart, dass der emittierte Lichtstrahl in den Erfassungsbereich des optischen Sensors reflektiert wird, ist in der Regel sehr zeitaufwendig. Dies bedeutet, dass vor der eigentlichen Abstandserfassung zur Ermittlung von Bewegungsfehlern der Drehvorrichtung viel Zeit notwendig ist, um die entsprechenden Abstandssensoren auszurichten.
-
Insbesondere ist die Ausrichtung bei sphärischen oder zylindrischen Zielobjekten eine große Herausforderung. Weiter erschwerend kommt hinzu, dass manche optische Abstandssensoren Lichtstrahlen im nicht-sichtbaren Spektralbereich emittieren, was die visuelle gestützte Ausrichtung weiter erschwert.
-
Somit ergibt sich das technische Problem, ein Ausrichtelement für einen optischen Sensor, insbesondere für einen optischen Abstandssensor zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung, eine optische Sensoranordnung sowie ein Verfahren zur Ausrichtung eines optischen Sensors zu schaffen, welche eine zeitlich schnelle und genaue Ausrichtung des optischen Sensors relativ zu einem Zielobjekt ermöglicht.
-
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 6 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Es ist eine Grundidee der vorliegenden Erfindung, ein Ausrichtelement für einen optischen Sensor, insbesondere für einen optischen Abstandssensor zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung, zu schaffen, welches derart an dem optischen Sensor befestigt werden kann, dass der optische Sensor mit Hilfe des Ausrichtelements optimal zu einem zu empfangenden Lichtstrahl ausgerichtet werden kann. Insbesondere kann ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl nur dann in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors gelangen, wenn der von einem Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl genau auf den oder mit einer vorbestimmten geringen Abweichung von dem reflektieren Lichtstrahl reflektiert wird.
-
Vorgeschlagen wird ein Ausrichtelement für einen optischen Abstandssensor, insbesondere für einen optischen Abstandssensor. Der optische Abstandssensor kann zur Abstandsmessung bei einer Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung dienen. Dies ist insbesondere in den eingangs erläuterten Druckschriften beschrieben.
-
Der optische Abstandssensor kann einen Abstand zwischen dem optischen Sensor und einem Zielobjekt, beispielsweise einem Prüfelement oder -körper, der auf einem drehbaren Teil einer Drehvorrichtung angeordnet ist, erfassen. Dies kann beispielsweise durch eine Laufzeiterfassung erfolgen. Vorzugsweise ist jedoch der optische Sensor ein laser-interferometrischer Sensor. Hierbei wird ein Abstand zwischen dem Sensor und dem Zielobjekt mittels Interferometrie erfasst. Hierbei wird eine Phasenverschiebung eines von dem Zielobjekt reflektierten Lichtstrahls, insbesondere eines reflektierten Laserstrahls, oder dessen Modulation gegenüber einem emittierten Lichtstrahl bestimmt. Diese Phasenverschiebung ist entfernungsabhängig, sodass in Abhängigkeit der Phasenverschiebung ein Abstand zwischen dem optischen Sensor und dem Zielobjekt bestimmt werden kann.
-
Weiter weist das Ausrichtelement mindestens eine Einstrahlfläche auf oder bildet diese aus. Die Einstrahlfläche kann hierbei beispielsweise eine ebene Fläche oder eine teil- oder halbkugelförmige Fläche sein. Insbesondere ist die Einstrahlfläche eine Außenfläche des Ausrichtelements.
-
Das Ausrichtelement weist im Bereich der Einstrahlfläche eine Durchstrahlöffnung mit einem vorbestimmten Durchmesser auf. Der vorbestimmte Durchmesser wird in Abhängigkeit eines Durchmessers des emittierten Lichtstrahls bestimmt, insbesondere um ein vorbestimmtes, geringes Maß größer als der Durchmesser des emittierten Lichtstrahls, z.B. 10% größer als der Durchmesser des Lichtstrahls. Der Durchmesser des Lichtstrahls kann hierbei z.B. einen Lichtfleckdurchmesser bezeichnen, der z.B. von einem Hersteller der Lichtquelle angegeben wird. Den Durchmesser des Lichtstrahls kann insbesondere abhängig von der verwendeten Optik sein. Tritt beispielsweise ein paralleles Lichtbündel aus, so kann der Durchmesser mehrere Zentimeter betragen. Vorzugsweise kann der Durchmesser jedoch im µm- oder mm-Bereich liegen.
-
Beispielsweise kann ein Durchmesser der Durchstrahlöffnung 1 mm betragen.
-
In Bezug auf die Einstrahlfläche kann die Lichtquelle zur Erzeugung des Lichtstrahles auf einer der Einstrahlfläche abgewandten Seite des Ausrichtelements angeordnet. Auch der optische Sensor, insbesondere ein Erfassungsbereich des optischen Sensors, kann auf der der Einstrahlfläche abgewandten Seite des Ausrichtelements angeordnet sein. Somit bezeichnet die Einstrahlfläche eine äußere Oberfläche des Ausrichtelements, auf die Lichtstrahlen, die, z.B. vom Zielobjekt, hin zum optischen Sensor gestrahlt werden, auftreffen können.
-
Erfindungsgemäß weist das Ausrichtelement mindestens ein Befestigungsmittel zur Befestigung des Ausrichtelements an dem optischen Sensor auf oder bildet dieses aus. Das Befestigungsmittel dient zur mechanischen Verbindung des Ausrichtelements mit dem optischen Sensor. Insbesondere ermöglicht das Befestigungsmittel die Herstellung einer lösbaren mechanischen Verbindung, beispielsweise einer reibschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Klemmverbindung. Jedoch sind auch Befestigungsmittel vorstellbar, die eine weitere Art der mechanischen Verbindung, beispielsweise eine kraftschlüssige oder eine formschlüssige mechanische Verbindung des optischen Sensors mit dem Ausrichtelement ermöglichen. Vorzugsweise ist die Verbindung eine lösbare mechanische Verbindung.
-
Weiter ist das mindestens eine Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder relativ zu der Durchstrahlöffnung angeordnet, dass der optische Sensor eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche gerichteter Lichtstrahl zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchlassöffnung tritt.
-
Die gewünschte Ausrichtung des optischen Sensors bezeichnet hierbei eine Ausrichtung, bei der der optische Sensor derart relativ zu zu erfassenden Lichtstrahlen ausgerichtet ist, dass diese erfasst werden können, insbesondere mit einer vorbestimmten Signalqualität erfasst werden können. Beispielsweise kann in der gewünschten Ausrichtung ein Signal-Rauschverhältnis größer als -3dB sein.
-
Bevorzugt gelangt ein von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchlassöffnung tretender Lichtstrahl in einen Erfassungsbereich des Sensors. Insbesondere kann der Lichtstrahl ausschließlich dann in einen Erfassungsbereich des Sensors gelangen, wenn er von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchlassöffnung tritt. In diesem Fall ist der Lichtstrahl gleichzeitig ein zu erfassender Lichtstrahl. Hierbei ist möglich, dass das Ausrichtelement, inbesondere die Einstrahlfläche, einen Teil des Erfassungsbereichs des Sensors verdeckt.
-
Der durch den optischen Sensor zu erfassende Lichtstrahl kann jedoch auch parallel oder nahezu parallel zu dem von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchlassöffnung tretenden Lichtstrahl verlaufen. Insbesondere kann der zu erfassende Lichtstrahl in diesem Fall außerhalb der Einstrahlfläche verlaufen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Ausrichtelement einen Erfassungsbereich des Sensors nicht verdecken soll und daher derart am optischen Sensor befestigt wird, dass bei Durchtritt eines Lichtstrahls durch die Durchlassöffnung die gewünschte Ausrichtung gegeben ist, aber der Erfassungsbereich nicht verdeckt ist.
-
Der auf die Einstrahlfläche gerichtete Lichtstrahl kann hierbei von einer Lichtquelle erzeugt werden, die baulich getrennt von dem optischen Sensor ausgebildet sein kann. In diesem Fall kann die Lichtquelle mit einer vorbestimmten Lagedifferenz und Ausrichtungsdifferenz zum optischen Sensor angeordnet sein.
-
Es ist jedoch auch möglich, dass der optische Sensor die Lichtquelle umfasst. Dies wird nachfolgend näher erläutert.
-
Insbesondere kann der auf die Einstrahlfläche gerichtete Lichtstrahl ein, z.B. von einem Zielobjekt, reflektierter Lichtstrahl sein. Dies wird ebenfalls nachfolgend näher erläutert.
-
Das beschriebene Ausrichtelement ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine gewünschte Ausrichtung des optischen Sensor, indem der optische Sensor mit dem daran befestigten Ausrichtelement derart ausgerichtet wird, dass ein auf die Einstrahlfläche gerichteter und gegebenenfalls zu erfassender Lichtstrahl zumindest teilweise durch die Durchlassöffnung tritt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform tritt ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl, der von der Einstrahlfläche abgewandten Seite durch die Durchlassöffnung tritt, oder ein Anteil davon ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung, wenn der Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.
-
Dies bedeutet, dass ein durch die Durchlassöffnung gestrahlter Lichtstrahl ausschließlich dann wieder durch die Durchlassöffnung zurückgestrahlt werden kann, wenn der Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.
-
In diesem Zusammenhang bedeutet in sich reflektiert, dass eine Strahlrichtung des reflektierten Lichtstrahles entgegengesetzt zur Strahlrichtung des emittierten Lichtstrahls ist, wobei die Lichtstrahlen konzentrisch zueinander verlaufen. Dies bedeutet, dass sich (theoretische) Mittellinien des emittierten und des reflektierten Lichtstrahles überlagern. Somit wird der von einem Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl genau auf den emittierten Lichtstrahl reflektiert.
-
Nahezu in sich reflektiert bedeutet, dass der reflektierte Lichtstrahl mit einer vorbestimmten geringen Abweichung von dem emittierten Lichtstrahl reflektiert wird, wobei die Lichtstrahlen nicht mehr ideal konzentrisch zueinander verlaufen. Die vorbestimmte geringe Abweichung kann beispielsweise durch einen Winkel aus einem Winkelbereich von -1 °bis 1 ° charakterisiert sein. Somit ist es möglich, dass auch geringfügige Abweichungen der Mittellinien voneinander, beispielsweise Abweichungen kleiner als 1 °, auftreten, wobei der reflektierte Lichtstrahl oder ein vorbestimmter Anteil des reflektierten Lichtstrahls trotzdem durch die Durchstrahlöffnung tritt.
-
Vorzugsweise tritt ein von dem optischen Sensor oder der Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl, der von einer der Einstrahlfläche abgewandten Seite durch die Durchlassöffnung tritt, oder ein vorbestimmter Anteil des reflektierten Lichtstrahls ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors, wenn der Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.
-
Wird der emittierte Lichtstrahl nicht in sich reflektiert oder weicht er um mehr als ein vorbestimmtes Maß, beispielsweise um mehr als 1 °, von dem emittierten Lichtstrahl ab, so trifft der reflektierte Lichtstrahl auf die Einstrahlfläche und tritt nicht mehr mit einem ausreichend großen Anteil durch die Durchstrahlöffnung.
-
Somit tritt der reflektierte Lichtstrahl ausschließlich dann in den Erfassungsbereich oder Messbereich des optischen Sensors, wenn der emittierte Lichtstrahl in sich reflektiert wird. Insbesondere gelangt der reflektierte Lichtstrahl direkt, d.h. ohne weitere Reflexion oder Streuung an weiteren Objekten, von dem Zielobjekt in den Erfassungsbereich. Z.B. kann der reflektierte Lichtstrahl durch die Durchstrahlöffnung auf eine Sensorfläche, beispielsweise eine CCD-Sensorfläche, des optischen Sensors treffen.
-
Das vorgeschlagene Ausrichtelement ermöglicht in vorteilhafter Weise, wenn es an dem optischen Sensor befestigt wird, dass dieser durch z.B. visuelle Überwachung des auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahls derart relativ zu einem Zielobjekt ausgerichtet wird, dass ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird, wodurch sichergestellt wird, dass z.B. bei einer nachfolgenden Abstandsmessung genügend Licht in den Erfassungsbereich des optischen Sensors reflektiert wird. Dadurch, dass der Lichtstrahl im Falle einer Reflexion mit einem unerwünschten Winkel auf die Einstrahlfläche trifft, kann die Ausrichtung in vorteilhafter Weise visuell unterstützt werden. Insbesondere kann/können, wie nachfolgend noch näher erläutert, der optische Sensor und/oder das Zielobjekt derart relativ zueinander positioniert werden, dass der reflektierte Lichtstrahl oder ein vorbestimmter Anteil davon durch die Durchlassöffnung tritt, wodurch sichergestellt wird, dass der Sensor wie gewünscht ausgerichtet ist.
-
Nach Ausrichtung des optischen Sensors kann das Ausrichtelement wieder von dem optischen Sensor entfernt und eine Abstandsmessung durchgeführt werden.
-
Somit ermöglicht das Ausrichtelement ein zeitlich schnelles Ausrichten des Abstandsensors relativ zum Zielobjekt.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder relativ zu der Durchlassöffnung angeordnet, dass eine Zentralachse der Durchlassöffnung einer zentralen Symmetrieachse des Erfassungsbereichs des Sensors entspricht. Der Erfassungsbereich des optischen Sensors kann beispielsweise kegelförmig ausgebildet sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass ein durch die Durchlassöffnung reflektierter Lichtstrahl möglichst mittig in den Erfassungsbereich des optischen Sensors eintritt. Treten nach der Ausrichtung , z.B. während einer nachfolgenden Messung, (kleinere) Winkeländerungen bei der Reflexion des emittierten Lichtstrahles, beispielsweise durch eine nachträgliche Veränderung der relativen Ausrichtung zwischen optischem Sensor und Zielobjekt, auf, so wird hierdurch in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass auch in diesem Fall noch reflektiertes Licht in den Erfassungsbereich des optischen Sensors gelangen kann. Eine Änderung der relativen Ausrichtung zueinander kann beispielsweise beim Lösen des Ausrichtelements und/oder bei einer Verdrehung des Zielobjektes erfolgen. Insbesondere kann somit also sichergestellt werden, dass auch ein Lichtstrahl, der unter einem Winkel, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel ist, in den Erfassungsbereich des optischen Sensors reflektiert wird, wodurch auch in diesem Fall noch eine zuverlässige Abstandsmessung möglich ist.
-
Weiter ist vorstellbar, dass das Ausrichtelement eine zentrale Längsachse aufweist, wobei eine Zentralachse der Durchstrahlöffnung auf der zentralen Längsachse des Ausrichtelements angeordnet ist. Insbesondere kann das Ausrichtelement rotationssymmetrisch zur zentralen Längsachse ausgebildet sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ausrichtelement als Hohlzylinder ausgebildet, wobei der Hohlzylinder eine erste Stirnfläche und eine Mantelfläche aufweist. Die Durchstrahlöffnung ist hierbei in der ersten Stirnfläche angeordnet. Somit bildet die erste Stirnfläche die Einstrahlfläche aus. Weiter kann der Hohlzylinder zu der Stirnseite, die der ersten Stirnseite gegenüberliegend angeordnet ist, hin geöffnet sein.
-
Hierbei kann ein Innendurchmesser des Hohlzylinders derart gewählt werden, dass das Ausrichtelement auf den optischen Sensor, insbesondere eine Befestigungsfläche des optischen Sensors, aufsteckbar ist. Hierzu kann der Innendurchmesser um ein vorbestimmtes Maß geringer als ein Außendurchmesser eines die Befestigungsfläche bildenden Abschnitts des Sensors gewählt werden.
-
In diesem Fall ist das Ausrichtelement also als Ausrichthülse ausgebildet. Der Hohlzylinder weist hierbei ein Innenvolumen auf, wobei der optische Sensor und/oder die vorhergehend erläuterte Lichtquelle des Ausrichtelements im Innenvolumen angeordnet sein kann.
-
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise gleichzeitig zur vorhergehend erläuterten Ausrichthilfe ein mechanischer Schutz des optischen Sensors durch das Ausrichtelement bereitgestellt. Insbesondere kann das als Ausrichthülse ausgebildete Ausrichtelement den optischen Sensor vor Verschmutzung und mechanischer Beschädigung schützen. Auch das Zielobjekt kann durch die Ausrichthülse vor Beschädigung geschützt werden, falls der optische Sensor mit dem Zielobjekt, z.B. während der Ausrichtung, kollidieren sollte. Weiter ermöglicht die Ausrichthülse auch eine gefahrlose Lagerung des Sensors, wobei z.B. der Sensorkopf mit einer empfindlichen Linse auch bei Lagerung geschützt ist.
-
Das Ausrichtelement kann beispielsweise zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt sein.
-
Alternativ oder kumulativ kann das Ausrichtelement an einer Sensorhalterung und somit nicht am Sensor selbst befestigt werden.
-
Erfindungsgemäß ist die Einstrahlfläche des Ausrichtelements, die die Durchstrahlöffnung aufweist, als Reflexionsfläche ausgebildet. Es wird beschrieben, dass die Reflexionsfläche Strahlen aus einem vorbestimmten Spektralbereich reflektiert. Insbesondere umfasst der Spektralbereich der Reflexionsfläche des Ausrichtelements eine Wellenlänge oder einen Spektralbereich, mit der der Lichtstrahl von dem optischen Sensor oder der Lichtquelle des Ausrichtelements emittiert wird und/oder mit der der emittierte Lichtstrahl von dem Zielobjekt reflektiert wird. Die vorbestimmte Spektralbereich kann beispielsweise Wellenlänge in einem Bereich von 1520 nm bis 1610nm umfassen. Selbstverständlich können jedoch auch weitere Wellenlängen im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich verwendet werden.
-
Dies ermöglicht, wie nachfolgend noch näher erläutert, eine visuelle oder kamerabasierte Erfassung eines auf die Einstrahlfläche gestrahlten und somit von dieser Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahles. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise erfasst werden, ob der emittierte Lichtstrahl in sich reflektiert wird.
-
Weiter erfindungsgemäß emittiert die Reflexionsfläche unter Bestrahlung Strahlung mit einem vorbestimmten Spektralbereich. Beispielsweise kann die Reflexionsfläche eine fluoreszierende oder lumineszierende Fläche sein, die unter Bestrahlung mit dem reflektierten Lichtstrahl Strahlung mit dem vorbestimmten Spektralbereich emittiert. Hierbei kann die Reflexionsschicht insbesondere mit Bestrahlung in einem Wellenlängenbereich von 1500 nm bis 1590 nm angeregt werden. Der vorbestimmte Spektralbereich, mit welchem Strahlung von der Reflexionsfläche emittiert wird, kann hierbei von der Wellenlänge oder dem Spektralbereich, mit welchem der Lichtstrahl von dem optischen Sensor oder der Lichtquelle des Ausrichtelements emittiert wird und/oder von dem Zielobjekt reflektiert wird, verschieden sein. Insbesondere kann der vorbestimmte Spektralbereich, mit welchem die Reflexionsfläche Strahlung emittiert, zumindest einen Teilbereich des Spektralbereichs von sichtbarem Licht umfassen. Emittiert der optische Sensor oder die Lichtquelle des Ausrichtelements einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge oder einem Spektrum im nicht-sichtbaren Bereich, so kann durch die derart ausgebildete Reflexionsfläche in vorteilhafter Weise eine Umwandlung in sichtbares Lichts erfolgen, was eine visuelle Erfassung und somit eine Ausrichtung z.B. durch einen Benutzer vereinfacht.
-
In alternativen Ausführungsformen ist die Einstrahlfläche des Ausrichtelements, die die Durchstrahlöffnung aufweist, als Sensorfläche ausgebildet. Beispielsweise kann die Einstrahlfläche als CCD-Array ausgebildet sein oder ein solches CCD-Array umfassen. Selbstverständlich können auch andere, insbesondere flächig ausbildbare, Sensoren zur Erfassung von Strahlung verwendet werden.
-
Insbesondere ermöglicht die Sensorfläche eine Erfassung einer Intensität eines auf die Sensorfläche treffenden Lichtstrahls und/oder eine Position des Lichtstrahls in einem sensoreigenen Koordinatensystem. Ist auch eine Position der Durchlassöffnung im sensoreigenen Koordinatensystem bekannt, so kann ein Abstand und eine Richtung des auf die Reflexionsfläche treffenden Lichtstrahles relativ zur Durchlassöffnung bestimmt werden.
-
Die Sensorfläche kann beispielsweise Licht in einem vorbestimmten Spektralbereich erfassen, wobei der Spektralbereich eine Wellenlänge oder einen Spektralbereich umfasst, mit welchem der optische Sensor oder die Lichtquelle des Ausrichtelements Licht emittiert oder mit dem Licht vom Zielobjekt reflektiert wird.
-
Die Sensorfläche kann hierbei datentechnisch mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sein. Die Auswerteeinrichtung kann wiederum, wie vorhergehend erläutert, die Position des Lichtstrahles auf der Sensorfläche relativ zur Durchlassöffnung bestimmen. Weiter kann die Auswerteeinrichtung eine Anzeigeeinrichtung derart ansteuert, dass die vorhergehend erläuterten Informationen z.B. einem Benutzer darstellbar sind.
-
Auch kann die Auswerteeinrichtung, wie nachfolgend noch näher erläutert, eine Positioniereinrichtung des optischen Sensors und/oder des Zielobjekts derart ansteuern, dass der optische Sensor und das Zielobjekt derart relativ zueinander positioniert werden, dass der vom Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl durch die Durchlassöffnung tritt.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Ausrichtelement mindestens eine Lichtquelle. Die Lichtquelle ist hierbei derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass zumindest ein Teil des von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahls von einer der Einstrahlfläche abgewandten Seite durch die Durchstrahlöffnung hindurchtritt.
-
Der Lichtstrahl kann hierbei einen vorbestimmten maximalen Durchmesser aufweisen, der insbesondere kleiner oder gleich einem Durchmesser der Durchlassöffnung sein kann. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Durchmesser des Lichtstrahls größer als der Durchmesser der Durchlassöffnung ist.
-
Die Lichtquelle kann hierbei an dem Ausrichtelement mechanisch befestigt sein. Insbesondere kann die Lichtquelle in dem vorhergehend erläuterten Innenvolumen der Ausrichthülse angeordnet sein. Eine Strahlrichtung des mit der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahles kann hierbei parallel zur Zentralachse der Durchlassöffnung sein oder sich mit dieser überlagern.
-
In einer ersten Alternative dient die Lichtquelle einer Beleuchtung. In diesem Fall kann die Lichtquelle ein- und ausschaltbar sein. Vorzugsweise kann die Lichtquelle in diesem Fall dimmbar sein. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Ausrichtung in einer dunklen Umgebung erleichtert, da die Durchlassöffnung durch die Lichtquelle beleuchtet wird, wobei Licht durch die Durchlassöffnung nach außen tritt. Dies ermöglicht es, eine Position der Durchlassöffnung visuell, z.B. durch einen Benutzer, zu erfassen. Somit kann ein auf die Einstrahlfläche reflektierter Lichtstrahl durch relative Ausrichtung des optischen Sensors zum Zielobjekt vereinfacht hin zur Durchlassöffnung geführt werden.
-
Alternativ oder kumulativ kann die Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahles dienen, der durch die Durchlassöffnung hindurch emittiert wird, wobei die Durchlassöffnung derart relativ zur Lichtquelle angeordnet ist, dass der von einem Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl ausschließlich dann wieder durch die Durchlassöffnung hindurchtritt, wenn der emittierte Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.
-
Somit kann, wie vorhergehend bereits erläutert, der Lichtstrahl, der zur Ausrichtung des optischen Sensors genutzt wird, entweder von dem optischen Sensor selbst oder von der Lichtquelle, die baulich separat vom optischen Sensor ausgebildet ist, erzeugt werden. In diesem Fall kann das vorgeschlagene Ausrichtelement auch zur Ausrichtung von optischen Sensoren oder weiteren Sensoren verwendet werden. Beispielsweise kann das Ausrichtelement zur Ausrichtung eines optischen Sensors zur Winkelmessung, insbesondere eines sogenannten Autokollimationsfernrohrs (AKF), genutzt werden.
-
Ein Autokollimationsfernrohr kann Winkeländerungen eines Objekts messen. Dazu wird an dem Objekt ein Reflektor angebracht, beispielsweise ein Spiegel. Der Autokollimator besitzt eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl aussendet. Der Lichtstrahl wird auf den Spiegel gerichtet, vom Spiegel reflektiert und auf einen Detektor fokussiert. Verkippt das Objekt, wandert der Fokus auf dem Detektor.
-
Hierbei weisen AKF jedoch einen nur sehr geringen Winkelbereich auf, in welchem eine zuverlässige Erfassung möglich ist. Das Ausrichtelement kann somit in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, ein AKF derart relativ zu einem zu vermessenden Zielobjekt zu positionieren, dass dieses Zielobjekt in einem erfassbaren Winkelbereich zum AKF orientiert ist.
-
Beispielsweise ist es vorstellbar, dass das AKF korrespondierende Befestigungselemente aufweist, die mit den Befestigungselementen des Ausrichtelements zusammenwirken, um das Ausrichtungselement an einem AKF derart zu befestigen, dass ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle des Ausrichtelements emittiert wird, parallel zu Lichtstrahlen des AKF orientiert ist. Hierbei kann das Ausrichtelement beispielsweise auf das AKF aufgesteckt werden, wobei eine Linse des AKF zumindest teilweise verdeckt wird. In diesem Fall kann zuerst eine Ausrichtung des AKF relativ zum zu vermessenden Zielobjekt erfolgen, wobei nachfolgend erforderlich ist, das Ausrichtelement wieder zu entfernen Es ist auch möglich, dass Ausrichtelement, insbesondere die Einstrahlfläche, derart auszugestalten, dass es einen Erfassungsbereich des AKF nicht vollständig oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß verdeckt. Hierzu ist es z.B. möglich, die Einstrahlfläche kleiner als ein Durchmesser einer Linse oder eines Objektivs des AKF auszubilden. Auch vorstellbar ist, dass die Einstrahlfläche weitere Öffnungen aufweist. Z.B. kann ein die Einstrahlfläche aufweisender Abschnitt des Ausrichtelements speichenförmig ausgebildet sein. In diesem Fall erfolgt eine Ausrichtung mittels der vorhergehend erläuterten Durchlassöffnung während die weiteren Öffnungen die Messung mittels des AKF ermöglichen.
-
Weiter alternativ kann das Ausrichtelement derart an dem AKF befestigt werden, dass eine gleichzeitige Ausrichtung und Vermessung möglich ist. Hierzu kann das Ausrichtelement beispielsweise an einer Außenfläche des AKF befestigt werden.
-
Weiter vorgeschlagen wird eine optische Sensoranordnung, insbesondere zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung. Die Sensoranordnung umfasst mindestens einen optischen Sensor, insbesondere einen Abstandssensor, insbesondere einen interferometrischen Abstandssensor. Weiter umfasst die optische Sensoranordnung mindestens ein Ausrichtelement gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen.
-
Das Ausrichtelement ist hierbei mittels des mindestens einen Befestigungsmittels zur Befestigung des Ausrichtelements derart an dem optischen Sensor angeordnet, dass der optische Sensor eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche gerichteter Lichtstrahl zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchlassöffnung tritt. Insbesondere kann ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl, der von einer der Einstrahlfläche abgewandten Seite durch die Durchlassöffnung tritt, oder ein vorbestimmter Anteil davon ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchlassöffnung treten, wenn der Lichtstrahl in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.
-
Insbesondere kann in diesem Fall der reflektierte Lichtstrahl durch die Durchlassöffnung in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors treten.
-
Der optische Sensor kann hierbei korrespondierende Befestigungsmittel aufweisen, die mit dem mindestens einen Befestigungsmittel des Ausrichtelements derart zusammenwirken, dass die vorhergehend beschriebene Anordnung herstellbar ist. Insbesondere ermöglichen das Befestigungsmittel des Ausrichtelements und das korrespondierende Befestigungsmittel des optischen Sensors eine zentrische Befestigung des Ausrichtelements an dem Sensor, wobei eine Zentralachse der Durchlassöffnung einer zentralen Strahlrichtung des optischen Sensors bzw. der Lichtquelle des Ausrichtelements entspricht. Somit kann eine Strahlrichtung des optischen Sensors oder der Lichtquelle des Ausrichtelements parallel zur Zentralachse der Durchlassöffnung sein. Emittiert der optische Sensor den Lichtstrahl, insbesondere wenn der optische Sensor als Sender-Empfänger-Sensor ausgebildet ist, so ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Abstandsmessung und die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausrichtung gleichzeitig bei Benutzung des optischen Sensors erfolgen kann, da zur Abstandsmessung und zur Ausrichtung dieselbe Lichtquelle genutzt wird. Alternativ ist, wie vorhergehend erläutert, eine von dem optischen Sensor baulich getrennt ausgebildete Lichtquelle nutzbar, um den Lichtstrahl zur Ausrichtung zu emittieren.
-
Der optische Sensor kann hierbei einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge oder einer Wellenlänge aus einem vorbestimmten Spektralbereich emittieren und empfangen.
-
Hierbei kann der optische Sensor an einem Sensorhalter befestigt sein. Somit kann die vorgeschlagene optische Sensoranordnung auch einen solchen Sensorhalter umfassen.
-
Die vorgeschlagene optische Sensoranordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache und zeitlich schnelle Ausrichtung des optischen Sensors relativ zu einem Zielobjekt. Insbesondere kann durch Beobachtung der Einstrahlfläche und eines auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahles eine relative Positionierung des optischen Sensors zum Zielobjekt derart erfolgen, dass der reflektierte Lichtstrahl durch die Durchlassöffnung tritt und somit in optimaler Weise in einen Erfassungsbereich des optischen Sensors eintreten kann. Bei einer solchen Ausrichtung ist gewährleistet, dass bei einer nachfolgenden Abstandsmessung ein ausreichendes Signal zur Abstandsmessung erzeugt wird.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die optische Sensoranordnung mindestens eine Bilderfassungseinrichtung. Diese kann beispielsweise als Kamera ausgebildet sein. Die Bilderfassungseinrichtung ist derart angeordnet, dass die Einstrahlfläche in einem Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung angeordnet ist. Somit kann die Bilderfassungseinrichtung die Einstrahlfläche und insbesondere einen auf die Einstrahlfläche vom Zielobjekt reflektierten Lichtstrahl abbilden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine bildbasierte Bestimmung einer Position eines reflektierten Lichtstrahls relativ zu der Durchlassöffnung.
-
Diese Information oder das von der Bilderfassungseinrichtung erzeugte Bild kann, wie vorhergehend beschrieben, z.B. einen Benutzer auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt werden. Die Bilderfassungseinrichtung kann hierbei Licht aus einem vorbestimmten Spektralbereich abbilden. Hierbei kann der Spektralbereich, mit dem die Bilderfassungseinrichtung Objekte abbilden kann, die Wellenlänge oder den Spektralbereich umfassen, mit dem der optische Sensor oder die Lichtquelle des Ausrichtelements den Lichtstrahl emittiert oder mit dem der Lichtstrahl vom Zielobjekt reflektiert wird. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch nicht-sichtbares Licht genutzt werden kann, um den optischen Sensor relativ zum Zielobjekt auszurichten, da das nicht-sichtbare Licht durch eine entsprechende Bilderfassungseinrichtung für einen Benutzer visuell erfassbar dargestellt werden kann.
-
Alternativ oder kumulativ umfasst die Sensoranordnung mindestens ein Positioniermittel zur relativen Ausrichtung des optischen Sensors zu einem Zielobjekt. Insbesondere kann die optische Sensoranordnung ein Positioniermittel zur Ausrichtung des optischen Sensors umfassen.
-
Beispielsweise kann der optische Sensor an einer motorisch verstellbaren Positioniereinrichtung, beispielsweise einem CNC-gesteuerten Verschiebegestell, befestigt sein. Mittels des mindestens einen Positioniermittels ist der optische Sensor in mindestens einer Raumrichtung, vorzugsweise in drei voneinander unabhängigen Raumrichtungen, positionierbar. Auch kann eine Orientierung des optischen Sensors, z.B. durch Rotation um eine oder mehrere Raumrichtungen, durch das Positioniermittel einstellbar sein.
-
Alternativ oder kumulativ kann auch das Zielobjekt mittels eines Positioniermittels positionierbar sein. Für ein solches Positioniermittel gelten die gleichen Ausführungen wie für das Positioniermittel des optischen Sensors.
-
In diesem Fall kann die optische Sensoranordnung weiter eine Steuer- und Auswerteeinrichtung umfassen, wobei mittels der Auswerteeinrichtung eine Position eines vom Zielobjekt reflektierten Lichtstrahles relativ zur Durchlassöffnung bestimmbar ist, wobei in Abhängigkeit dieser relativen Position die Steuereinrichtung das mindestens eine Positioniermittel derart ansteuert, dass der vom Zielobjekt reflektierte Lichtstrahl durch die Durchlassöffnung tritt. Beispielsweise können mittels der Auswerteeinrichtung ein Abstand und eine Richtung, z.B. in Polarkoordinaten, des reflektierten Lichtstrahls oder eines geometrischen Mittelpunkts des reflektierten Lichtstrahls, von einem Zentrum der Durchlassöffnung bestimmt werden. In Abhängigkeit der Richtung und des Abstandes kann dann die Steuereinrichtung das mindestens eine Positioniermittel derart ansteuern, dass der Abstand zwischen dem Lichtstrahl und der Durchlassöffnung minimiert wird, vorzugsweise auf Null reduziert wird.
-
Der reflektierte Lichtstrahl kann hierzu insbesondere sensorbasiert erfasst werden. Beispielsweise kann der Lichtstrahl mittels einer als Sensorfläche ausgebildeten Einstrahlfläche erfasst werden. Alternativ kann der Lichtstrahl, wie vorhergehend erläutert, mittels einer Bilderfassungseinrichtung erfasst werden.
-
Ist der optische Sensor an einem Sensorhalter befestigt, so kann das Positioniermittel auch zur Positionierung des Sensorhalters verwendet werden.
-
Das Positioniermittel kann auch als KMG ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise der Sensorhalter mittels des KMG positionierbar sein.
-
Durch die Positionierbarkeit des optischen Sensors und/oder des Zielobjekts durch ein steuerbares Positioniermittel kann in vorteilhafter Weise eine geregelte Ausrichtung erfolgen, wobei eine Regeldifferenz beispielsweise durch den vorhergehend erläuterten Abstand zwischen Lichtstrahl und Durchlassöffnung gegeben ist. Hierdurch lässt sich der Ausrichtvorgang weiter beschleunigen.
-
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Ausrichtung eines optischen Sensors relativ zu einem Zielobjekt. Der optische Sensor kann hierbei insbesondere ein Sensor zur Ermittlung eines Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung sein. Hierbei wird ein Ausrichtelement gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen derart an dem optischen Sensor angeordnet, dass der optische Sensor eine gewünschte Ausrichtung aufweist, wenn ein auf die Einstrahlfläche gerichteter Lichtstrahl zumindest teilweise von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchlassöffnung tritt. Weiter wird ein Lichtstrahl erzeugt und auf die Einstrahlfläche gerichtet wird. Weiter werden der optische Sensor und/oder der Lichtstrahl in Abhängigkeit einer Position des Lichtstrahls auf der Einstrahlfläche derart relativ zueinander ausgerichtet, dass zumindest ein vorbestimmter Anteil des Lichtstrahls durch die Durchstrahlöffnung hindurchstrahlt.
-
Insbesondere kann das Ausrichtelement derart an dem optischen Sensor angeordnet werden, dass ein von dem optischen Sensor oder einer Lichtquelle des Ausrichtelements emittierter Lichtstrahl, der von einer der Einstrahlfläche des Ausrichtelements abgewandten Seite durch die Durchlassöffnung tritt, oder ein vorbestimmter Anteil davon, ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche durch die Durchstrahlöffnung tritt, wenn der Lichtstrahl in sich reflektiert wird. Insbesondere kann der reflektierte Lichtstrahl in den Erfassungsbereich des optischen Sensors treten. Weiter wird ein Lichtstrahl erzeugt und von dem Zielobjekt reflektiert. Weiter wird der optische Sensor und/oder das Zielobjekt in Abhängigkeit einer Position des reflektierten Lichtstrahles auf der Einstrahlfläche derart relativ zueinander ausgerichtet, dass ein vorbestimmter Anteil des von dem Zielobjekt reflektierten Lichtstrahls durch die Durchstrahlöffnung hindurchstrahlt. Hierbei kann sowohl der Sensor als auch das Zielobjekt ausgerichtet werden. Dies kann durch eine manuelle Positionierung, z.B. durch einen Benutzer, erfolgen. Auch kann ausschließlich das Zielobjekt oder ausschließlich der Sensor ausgerichtet werden. Die Ausrichtung kann jedoch auch durch ein Positioniermittel, insbesondere ein motorisches verstellbares Positioniermittel, erfolgen.
-
Auch kann eine sensor- oder bildbasierte Erfassung des reflektierten Lichtstrahles, eine Bestimmung der Position des Lichtstrahles relativ zur Durchlassöffnung und eine in Abhängigkeit dieser relativen Position erfolgende Ausrichtung, insbesondere mittels des vorhergehend erläuterten Positioniermittels, erfolgen. Auch kann ein Abstand und eine Richtung des auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahls von der Durchlassöffnung, beispielsweise in einem Polarkoordinatensystem, dessen Zentrum ein Mittelpunkt der Durchlassöffnung ist, bestimmt werden. Dann kann die Ausrichtung beispielsweise in Abhängigkeit des Abstandes und der Richtung erfolgen.
-
Während der sensor- oder bildbasierten Auswertung kann beispielsweise eine Intensität des auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahls bestimmt werden. Ein Ausrichtvorgang kann beispielsweise dann beendet werden, wenn der auf die Einstrahlfläche reflektierte Lichtstrahl derart relativ zur Durchlassöffnung positioniert wurde, dass die Intensität kleiner als eine vorbestimmte Intensität, vorzugsweise Null, ist. In diesem Fall kann angenommen werden, dass der gesamte oder ein vorbestimmter Anteil des reflektierten Lichtstrahls durch die Durchlassöffnung tritt.
-
Dieses Abbruchkriterium erlaubt in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Ausrichtung, da, falls der reflektierte Lichtstrahl durch die Durchlassöffnung tritt, in der Regel kein reflektierter Lichtstrahl auf der Einstrahlfläche mehr durch z.B. einen Sensor oder eine Bilderfassungseinrichtung erfassbar ist. Entsprechend kann eine Ausrichtung so lange erfolgen, wie eine Intensität des auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahles größer als oder gleich der vorbestimmten Intensität ist.
-
Selbstverständlich ist hierbei zu berücksichtigen, dass der Lichtstrahl auch neben die Einstrahlfläche reflektiert werden kann, wobei ebenfalls kein auf die Einstrahlfläche reflektierter Lichtstrahl erfassbar sein kann. Somit ist zusätzlich sicherzustellen, dass vor Beendigung des Ausrichtvorgangs z.B. der Abstand zwischen dem auf die Einstrahlfläche reflektierten Lichtstrahl und der Durchlassöffnung verringert wurde.
-
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines optischen Sensors und eines Zielobjekts bei nicht optimaler Ausrichtung,
- 2 eine schematische Seitenansicht eines optischen Sensors und eines Zielobjekts bei optimaler Ausrichtung,
- 3 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung bei nicht optimaler Ausrichtung,
- 4 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung bei optimaler Ausrichtung,
- 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen ensoranordnung,
- 6 einen Querschnitt durch eine Sensoranordnung,
- 7 einen Querschnitt durch ein Ausrichtelement,
- 8 ein schematischer Querschnitt durch eine weitere optische Sensoranordnung,
- 9 eine perspektivische Ansicht eines Sensors,
- 10 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ausrichtelements
- 11 eine perspektivische Ansicht einer Sensoranordnung und
- 12 eine optische Sensoranordnung zur Ausrichtung von fünf optischen Sensoren relativ zu einem Zielobjekt
-
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
-
In 1 ist eine schematische Seitenansicht eines optischen Sensors 1 und eines Zielobjekts 2 dargestellt. Das Zielobjekt 2 ist hierbei als sogenanntes Kugelnormal ausgebildet. Das Kugelnormal umfasst mindestens eine Kugel 3 und eine Stange 4, an deren Ende die Kugel 3 befestigt ist. Wie nachfolgend näher erläutert, dient ein solches Kugelnormal zur Ermittlung von Bewegungsfehlern bei Verdrehung eines verdrehbaren Teils einer Drehvorrichtung um eine Drehachse. Hierzu wird das Kugelnormal möglichst konzentrisch zur Drehachse auf dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung angeordnet. Konzentrisch bedeutet, dass eine Mittellinie 5 des Kugelnormals auf der Drehachse angeordnet ist.
-
Der Sensor 1 umfasst eine Lichtquelle und einen Lichtempfänger, die in einem Gehäuse 6 des Sensors 1 angeordnet sein können. In einem Sensorkopf 7 ist eine Linse 8 angeordnet. Durch diese Linse 8 wird ein von der Lichtquelle des Sensors 1 erzeugter Lichtstrahl 9 emittiert.
-
In 1 ist weiter ein Koordinatensystem dargestellt, wobei eine Vertikalrichtung z und eine erste Horizontalrichtung x dargestellt sind. Eine Strahlrichtung des Lichtstrahls 9 ist hierbei entgegengesetzt der Vertikalrichtung z orientiert. Der Lichtstrahl 9 kann hierbei einen vorbestimmten Durchmesser aufweisen. Insbesondere kann der Lichtstrahl 9 ein Laserstrahl sein.
-
In 1 ist dargestellt, dass eine Mittellinie des Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt M der Kugel 3 nicht schneidet. Somit trifft der Lichtstrahl 9 nicht auf einen Pol der Kugel 3. Dies bedeutet, dass der Lichtstrahl 9 mit einem Winkel α aus einem vorbestimmen Winkelbereich reflektiert wird. Der von der Kugel 3 reflektierte Lichtstrahl 10 wird somit nicht zurück zur Linse 8 und somit nicht in einen Erfassungsbereich 11 des optischen Sensors 1 reflektiert. In 1 ist dargestellt, dass in einer solchen nicht optimalen Ausrichtung des optischen Sensors 1 zum Zielobjekt 2 der reflektierte Lichtstrahl 10 zusätzlich gestreut wird, wobei ein Durchmesser des Lichtstrahls 10 verbreitert wird.
-
In 2 ist die in 1 dargestellte Anordnung in einer optimalen Ausrichtung dargestellt. Hierbei ist der optische Sensor 1 derart relativ zum Zielobjekt 2 angeordnet, dass eine Mittellinie des Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt M der Kugel 3 des Zielobjekts 2 schneidet. Somit überlagert die Mittellinie des Lichtstrahls 9 eine Radiallinie der Kugel 2.
-
In diesem Fall wird der Lichtstrahl 9, der von der Lichtquelle des optischen Sensors 1 durch die Linse 8 emittiert wird, in sich reflektiert. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist somit eine Strahlrichtung des reflektierten Strahls 10 in Vertikalrichtung z orientiert, wobei sich Mittellinien der Lichtstrahlen 9, 10 überlagern. Somit gelangt der reflektierte Lichtstrahl vollständig in den Erfassungsbereich 11 des optischen Sensors 1, was eine zuverlässige und genaue Bestimmung des Abstands möglich macht.
-
In 1 und 2 ist dargestellt, dass an dem optischen Sensor 1 eine Halteeinrichtung 12 zur Befestigung des optischen Sensors 1 an einem Sensorhalter 35 (siehe 12) angeordnet ist. Weiter weist der Sensorkopf 7 einen zylinderförmigen Abschnitt 13 mit einem vorbestimmten Außendurchmesser und einen konusförmigen Abschnitt 14 auf, an dessen schmalem Ende die Linse 8 angeordnet ist. Der zylinderförmige Abschnitt 13 des Sensorkopfes 7 dient als Befestigungsmittel des optischen Sensors 1 zur Befestigung eines Ausrichtelements 15 (siehe z.B. 3) an dem optischen Sensor 1.
-
In 3 ist eine schematische Seitenansicht einer optischen Sensoranordnung 16 dargestellt. Die Sensoranordnung 16 umfasst einen optischen Sensor 1, der entsprechend dem in 1 erläuterten optischen Sensor 1 ausgebildet ist. Weiter umfasst die Sensoranordnung 16 ein Ausrichtelement 15. Das Ausrichtelement 15 ist hohlzylinderförmig ausgebildet. Hierbei weist das Ausrichtelement 15 einen Mantelabschnitt 17 und eine erste Stirnseite 18 auf. Eine Außenfläche der Stirnseite 18 ist als Einstrahlfläche 19 ausgebildet. Das Ausrichtelement 15 schließt ein Innenvolumen 20 ein. Hierbei bezeichnet die Einstrahlfläche 19 die dem Innenvolumen 20 abgewandte Oberfläche der Stirnseite 18. Die Stirnseite 18 weist eine Durchstrahlöffnung 21 auf. Durch die Durchstrahlöffnung 21 ist das Innenvolumen 20 von außen zugänglich. Hierbei ist dargestellt, dass der Sensorkopf 7 und insbesondere die Linse 8 im Innenvolumen 20 angeordnet ist.
-
Der Hohlzylinder weist hierbei einen Innendurchmesser auf, der um ein vorbestimmtes Maß kleiner als ein Außendurchmesser des zylinderförmigen Abschnitts 13 des Sensorkopfes 7 ist. Somit kann das Ausrichtelement 15 auf den Sensorkopf 7 aufgesteckt und gehaltert werden. Somit ist eine reibschlüssige Verbindung zwischen Sensorkopf 7 und Ausrichtelement 15 herstellbar. Somit bilden Innenflächen des Mantelabschnitts 17 des Ausrichtelements 15 die Befestigungsmittel des Ausrichtelements 15 zur Befestigung an dem optischen Sensor 1. Es ist aber auch vorstellbar, dass der Innendurchmesser des Hohlzylinders größer als der Außendurchmesser ist und das Ausrichtelement 15 mittels eines Befestigungsmittels, z.B. einer Schraube, am Sensorkopf 7 befestigt wird.
-
Die dargestellte Befestigung des Ausrichtelements 15 an dem optischen Sensor 1 erfolgt hierbei derart, dass eine Zentralachse der Durchlassöffnung 21 einer Mittellinie des emittierten Lichtstrahls 9 entspricht, d.h. auf dieser angeordnet ist. Insbesondere ist das Ausrichtelement 15 konzentrisch zu dem Lichtstrahl 9 auf dem optischen Sensor 1 angeordnet.
-
Ein Durchmesser der Durchlassöffnung 21 ist hierbei derart gewählt, dass der Lichtstrahl 9 von einer der Einstrahlfläche 19 abgewandten Seite der Stirnseite 18 durch die Durchlassöffnung 21 tritt. Weiter ist der Durchmesser der Durchlassöffnung 21 derart gewählt und das Ausrichtelement 15 derart an dem optischen Sensor 1 befestigt, dass der vom Zielobjekt 2 reflektierte Lichtstrahl 10 ausschließlich dann von der Seite der Einstrahlfläche 19 durch die Durchstrahlöffnung 21 zurückgestrahlt wird, wenn der Lichtstrahl 9 in sich oder nahezu in sich reflektiert wird. In 3 ist, entsprechend 1, dargestellt, dass eine Mittellinie des Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt M der Kugel 3 nicht schneidet. Somit wird der Lichtstrahl 9 unter dem Winkel α reflektiert. Ein Teil des reflektierten Lichtstrahls 10 trifft somit in einem Bereich 22 auf die Einstrahlfläche 19.
-
Somit kann visuell oder, wie nachfolgend näher erläutert, auch sensor- oder kamerabasiert erfasst werden, dass der Lichtstrahl 9 nicht in sich, sondern unter einem Winkel, der größer als ein vorbestimmter gewünschter Winkel ist, von dem Zielobjekt 2 reflektiert wird.
-
In 4 ist die in 3 dargestellte Anordnung bei einer optimalen Ausrichtung dargestellt. Wie zu 2 bereits erläutert, ist hierbei der optische Sensor 1 derart relativ zum Zielobjekt 2 angeordnet, dass eine Mittellinie des emittierten Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt der Kugel 3 des Zielobjekts 2 schneidet. Somit wird der Lichtstrahl 9 in sich reflektiert und der reflektierte Lichtstrahl 10 tritt wieder von der Seite der Einstrahlfläche 19 durch die Durchlassöffnung 21 in den Erfassungsbereich des optischen Sensors 1, insbesondere auf die Linse 8. In diesem Fall trifft der reflektierte Lichtstrahl 10 nicht oder nur teilweise auf die Einstrahlfläche 19. In diesem Fall kann visuell beobachtet oder sensor- oder kamerabasiert erfasst werden, dass kein reflektierter Lichtstrahl 10 auf die Einstrahlfläche 19 trifft, woraus gefolgert werden kann, dass eine optimale relative Ausrichtung des Zielobjekts 2 zu dem optischen Sensor 1 gegeben ist.
-
In 5 ist eine weitere schematische Seitenansicht einer vorgeschlagenen optischen Sensoranordnung 16 dargestellt. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Sensoranordnung 16 einen optischen Sensor 1 und ein Ausrichtelement 15. Ein Zielobjekt 2 und der optische Sensor 1 sind hierbei derart relativ zueinander angeordnet, dass eine Mittellinie eines emittierten Lichtstrahls 9 einen Mittelpunkt M der Kugel 3 des Zielobjekts 2 nicht schneidet. Somit ist der optische Sensor 1 nicht optimal zum Zielobjekt 2 ausgerichtet. Die optische Sensoranordnung 16 umfasst im Unterschied zu der in 3 beschriebenen Sensoranordnung 16 eine Bilderfassungseinrichtung 23. Die Einstrahlfläche 19 ist hierbei in einem Erfassungsbereich 24 der Bilderfassungseinrichtung 23 angeordnet. Durch die Bilderfassungseinrichtung 23 kann somit ein auf die Einstrahlfläche 19 reflektierter Lichtstrahl 10, der auf diese Einstrahlfläche in einem Bereich 22 trifft, erfasst werden. Wird ein solcher auf die Einstrahlfläche 19 reflektierter Lichtstrahl 10 erfasst, so kann z.B. kamerabasiert detektiert werden, dass der optische Sensor 1 nicht optimal zum Zielobjekt 2 ausgerichtet ist.
-
Ausgangssignale der Bilderfassungseinrichtung 23 können zur automatischen Ausrichtung verwendet werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit des von der Bilderfassungseinrichtung 23 erzeugten Bildes ein Abstand und eine Richtung des Bereichs 22, in welchen der reflektierte Lichtstrahl 10 fällt, von der Durchlassöffnung 21 bestimmt werden. Die Richtung kann beispielsweise in einem geeigneten Koordinatensystem, beispielsweise einem Polarkoordinatensystem, bestimmt werden. Hierzu können geeignete Verfahren der Bildverarbeitung, z.B. Detektions- oder Segmentierungsverfahren, verwendet werden. Diese können z.B. intensitätsbasiert durchgeführt werden. Hierbei kann z.B. berücksichtigt werden, dass die abgebildete Einstrahlfläche 19 im Bereich 22 eine höhere Intensität aufweist als in den verbleibenden Bereichen der Einstrahlfläche 19.
-
Der bildbasiert bestimmte Abstand und die Richtung können dann zur Steuerung z.B. einer motorischen Positioniereinrichtung (nicht dargestellt) des optischen Sensors 1 und/oder des Zielobjektes 2 genutzt werden. Hierbei wird in Abhängigkeit des Abstandes und der Richtung der optische Sensor 1 derart relativ zum Zielobjekt 2 positioniert, dass der reflektierte Lichtstrahl 10 durch die Durchlassöffnung 21 in den Erfassungsbereich des optischen Sensors 1 tritt.
-
In 6 ist ein schematischer Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße optische Sensoranordnung 16 dargestellt. Die optische Sensoranordnung 16 umfasst wiederum einen optischen Sensor 1 mit einem Sensorkopf 7, auf den ein Ausrichtelement 15, welches bereits in 3 erläutert wurde, gesteckt ist. Hierbei ist dargestellt, dass auf der Stirnseite 18 des hohlzylinderförmigen Ausrichtelements 15 eine Leuchtschicht 25 angeordnet ist. Die Durchlassöffnung 21 erstreckt sich hierbei durch die Stirnseite 18 und die Leuchtschicht 25. Eine äußere Oberfläche der Leuchtschicht 25 bildet die Einstrahlfläche 19. Trifft ein Lichtstrahl auf die Leuchtschicht 25, so fluoresziert die Leuchtschicht 25 und erzeugt somit eine Strahlung, insbesondere eine Strahlung in einem Spektralbereich von sichtbarem Licht.
-
Weiter dargestellt ist, dass in einem Innenvolumen 20 des Ausrichtelements, also auf der von der Einstrahlfläche 19 abgewandten Seite des Ausrichtelements 15, eine weitere Lichtquelle 26 angeordnet ist, die durch Zuleitungen 27 mit Energie versorgbar ist. Die Lichtquelle 26 kann hierbei beispielsweise als LED ausgebildet sein. Mittels der weiteren Lichtquelle 26 ist das Innenvolumen 20 beleuchtbar. Hierbei tritt Licht von der der Einstrahlfläche 19 abgewandten Seite durch die Durchlassöffnung 21. Somit kann eine Position der Durchlassöffnung 21, insbesondere bei Dunkelheit, besser visuell oder kamera- oder sensorbasiert erfasst werden.
-
Dies ermöglicht somit eine vereinfachte Ausrichtung auch bei Dunkelheit.
-
In 7 ist ein schematischer Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausrichtelement 15 dargestellt. Auch dieses Ausrichtelement 15 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und umfasst einen Mantelabschnitt 17 und eine Stirnfläche 18. Eine äußere Oberfläche der Stirnseite 18 bildet die vorhergehend erläuterte Einstrahlfläche 19. Diese weist eine Durchlassöffnung 21 auf. Hierbei ist, wie auch in den vorhergehenden Beispielen, das hohlzylinderförmige Ausrichtelement 15 zu einer Seite hin geöffnet, die gegenüberliegend der ersten Stirnseite 18 angeordnet ist. Hierbei ist dargestellt, dass das Ausrichtelement 15 eine Lichtquelle 28 umfasst. Die Lichtquelle 28 ist hierbei von der Lichtquelle des optischen Sensors 1 verschieden.
-
Die Lichtquelle 28 ist derart innerhalb des Innenvolumens 20 des Ausrichtelements 15 angeordnet, dass ein von der Lichtquelle 28 emittierter Lichtstrahl 9 von der der Einstrahlfläche 19 abgewandten Seite durch die Durchlassöffnung 21 tritt und nur dann von der Seite der Einstrahlfläche 19 durch die Durchlassöffnung 21 zurückgestrahlt wird, wenn der emittierte Strahl 9 in sich oder nahezu in sich reflektiert wird.
-
Das in 7 dargestellte Ausrichtelement 15 kann zur Ausrichtung von Abstandssensoren genutzt werden.
-
In 8 ist ein Querschnitt durch eine weitere optische Sensoranordnung 16 dargestellt. Hierbei ist das in 7 dargestellte Ausrichtelement 15 auf ein sogenanntes Autokollimationsfernrohr 29 (AKF) aufgesteckt. Hierbei bildet das AKF 29 einen optischen Sensor. Hierbei ist der Mantelabschnitt 17 auf ein freies Ende eines Objektivs 30 des AKF aufgesteckt. Das AKF 29 dient zur Messung von Drehwinkeln, insbesondere von Spiegeln 31. Hierbei kann das AKF 29 einen Winkel nur in einem relativ geringen Winkelbereich erfassen. Daher ist es wünschenswert, vor Beginn einer Messung das AKF 29 derart auszurichten, dass das vom Spiegel 31 reflektierte Licht in den Erfassungsbereich des AKF 29 einstrahlt. Zur Ausrichtung kann der Mantelabschnitt 17 des Ausrichtelements 15 auf das Objektiv 30 aufgeschoben werden, wobei der von der Lichtquelle 28 emittierte Lichtstrahl 9 parallel zu den durch das AKF zu erfassenden Lichtstrahlen verläuft, insbesondere parallel zu einer zentralen Längsachse des Objektivs 30. Die parallele Ausrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch durch ein Ausrichten in Abhängigkeit von Markierungen erreicht werden, wobei die Markierungen auf dem Objektiv 30 und/oder dem Ausrichtelement 15 angebracht sind.
-
Die Ausrichtung kann, wie vorhergehend bereits erläutert, durch eine Positionierung des AKF 29 und/oder des Spiegels 31 zueinander erfolgen, wobei die Ausrichtung derart eingestellt wird, dass der emittierte Lichtstrahl 9 an dem Spiegelelement 31 in sich reflektiert wird. In 8 ist dargestellt, dass der reflektierte Lichtstrahl 10 nicht in den emittierten Lichtstrahl 9 reflektiert wird, sondern im Bereich 22 auf die Einstrahlfläche 19 fällt. Somit ist das AKF 29 nicht optimal relativ zum Spiegel 31 ausgerichtet.
-
In 9 ist eine perspektivische Ansicht des optischen Sensors 1 zur Abstandsmessung dargestellt. Dieser optische Sensor 1 umfasst ein Sensorgehäuse 6 und einen Sensorkopf 7, der einen zylinderförmigen Abschnitt 13 aufweist.
-
In 10 ist ein als Ausrichthülse ausgebildetes Ausrichtelement 15 dargestellt. Hierbei ist erkennbar, dass ein Mantelabschnitt 17 des Ausrichtelements 15 verschieden von einer Stirnseite 18 ausgebildet ist, wobei die Stirnseite 18 die Einstrahlfläche 19 mit der Durchlassöffnung 21 aufweist. Weiter dargestellt ist ein Durchgangsloch 32, durch welches z.B. die in 6 dargestellten Zuleitungen 27 geführt werden können.
-
In 11 ist eine optische Sensoranordnung 16 dargestellt, bei der das Ausrichtelement 15 auf den optischen Sensor 1 aufgesteckt ist. In dieser Konfiguration ist der Sensorkopf 7, insbesondere die Linse 8 (siehe z.B. 3), durch das Ausrichtelement 15 z.B. vor Umgebungseinflüssen geschützt.
-
In 12 ist eine optische Sensoranordnung 16 zur Ausrichtung von insgesamt 5 optischen Sensoren 1 relativ zu einem Zielobjekt 2 dargestellt. Das Zielobjekt 2 ist als sogenanntes Doppelkugelnormal ausgebildet. Das Doppelkugelnormal umfasst eine zylindrische Stange 4, wobei entlang einer Längsachse der zylindrischen Stange 4 eine erste Kugel 3a und eine zweite Kugel 3b angeordnet sind. In 12 ist dargestellt, dass das Doppelkugelnormal auf einem drehbaren Teil 33 eines Drehtisches 34 angeordnet ist, wobei das Doppelkugelnormal konzentrisch oder nahezu konzentrisch auf einer nicht dargestellten Drehachse des drehbaren Teils 33 angeordnet ist. Um die eingangs erläuterten Bewegungsfehler der Drehachse des drehbaren Teils 33 zu erfassen, werden Abstände der optischen Sensoren 1 von den Kugeln 3a, 3b während einer Drehung des drehbaren Teils 33 gemessen. Hierbei erfassen zwei optische Sensoren 1 Abstände in einer ersten horizontalen Richtung x und einer zweiten horizontalen Richtung y von der ersten Kugel 3a, wobei die horizontalen Richtungen x, y senkrecht zueinander orientiert sind. Zwei der fünf optischen Sensoren 1 erfassen Abstände in den zwei horizontalen Richtungen x, y von der zweiten Kugel 3b. Ein verbleibender optischer Sensor 1 erfasst einen Abstand des optischen Sensors 1 von der zweiten Kugel 3b in Vertikalrichtung z. Hierbei ist dargestellt, dass die optischen Sensoren 1 an einem Sensorhalter 35 befestigt sind. Der Sensorhalter 35 umfasst drei senkrecht zueinander stehende Wände, wobei an den Seitenwänden jeweils zwei optische Sensoren 1 und an einer Stirnwand ein optischer Sensor 1 befestigt ist. Die Befestigung der optischen Sensoren 1 kann beispielsweise mittels der in 1 beschriebenen Haltevorrichtung 12 erfolgen. Der Sensorhalter 35 ist durch ein Positioniermittel 36 motorisch in den drei Raumrichtungen x, y, z positionierbar. Auf einen nicht dargestellten Sensorkopf sind Ausrichtelemente 15 aufgesteckt. Durch das Positioniermittel 36 wird der Sensorhalter 35 und somit alle fünf Sensoren 1 derart relativ zu den Kugel 3a, 3b ausgerichtet, dass von den optischen Sensoren 1 zur Abstandsmessung emittierte Lichtstrahlen 9 (siehe z.B. 3) von den Kugeln 3a, 3b, die in diesem Fall Zielobjekte bilden, in sich oder nahezu in sich reflektiert werden.
-
Für eine nachfolgende Abstandsmessung während einer Drehung des drehbaren Teils 33 werden Ausrichtelemente 15 von den Sensorköpfen 7 (siehe z.B. 3) abgezogen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ausrichtelemente 15 während der Messung an den Sensorköpfen 7 befestigt sind. Durch die vorhergehende Ausrichtung ist somit in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass auch während einer Drehung der Kugeln 3a, 3b um die Drehachse der reflektierte Lichtstrahl 10 (siehe z.B. 4) in den Erfassungsbereich der optischen Sensoren 1 reflektiert wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- optischer Sensor
- 2
- Zielobjekt
- 3
- Kugel
- 4
- Stab
- 5
- Zentralachse
- 6
- Gehäuse
- 7
- Sensorkopf
- 8
- Linse
- 9
- Lichtstrahl
- 10
- reflektierter Lichtstrahl
- 11
- Erfassungsbereich des optischen Sensors
- 12
- Haltevorrichtung
- 13
- Zylinderabschnitt
- 14
- konusförmiger Abschnitt
- 15
- Ausrichtelement
- 16
- optische Sensoranordnung
- 17
- Mantelabschnitt
- 18
- Stirnseite
- 19
- Einstrahlfläche
- 20
- Innenvolumen
- 21
- Durchlassöffnung, Durchstrahlöffnung
- 22
- Bereich
- 23
- Bilderfassungseinrichtung
- 24
- Erfassungsbereich
- 25
- Leuchtfläche
- 26
- Lichtquelle
- 27
- Zuleitungen
- 28
- weitere Lichtquelle
- 29
- Autokollimationsfernrohr
- 30
- Objektiv
- 31
- Spiegel
- 32
- Loch
- 33
- drehbarer Teil
- 34
- Drehtisch
- 35
- Sensorhalter
- 36
- Positioniermittel
- α
- Winkel
- x
- erste Horizontalrichtung
- y
- zweite Horizontalrichtung
- z
- Vertikalrichtung
- M
- Mittelpunkt
