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Die
Erfindung betrifft eine Visiereinrichtung zur Erzeugung einer optisch
wahrnehmbaren Zielmarkierung auf einem Objekt, mit mindestens einer Lichtquelle
zur Bereitstellung von zwei Visierstrahlen. Des Weiteren betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung mit einer kontaktlos oder kontaktbehaftet
einsetzbaren Mess-, Arbeits- und/oder
Wirkeinrichtung, die mit einem Objekt jeglicher Art an einem vorgebbaren Zielort
wechselwirkt, wobei der Zielort mittels Visiereinrichtung peilbar
ist.
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Visiereinrichtungen
und Vorrichtungen der hier in Rede stehenden Art sind seit Längerem aus der
Praxis bekannt und finden insbesondere im Rahmen der berührungslosen
Temperaturmessung eine breite Anwendung. Vorrichtungen zur berührungslosen
Temperaturmessung umfassen im Allgemeinen einen Detektor zum Nachweis
einer von einem Messfleck auf einem Messobjekt ausgehenden Wärmestrahlung,
ein optisches System zur Abbildung der vom Messfleck ausgehenden
Wärmestrahlung
auf den Detektor sowie eine Visiereinrichtung zur Kennzeichnung
der Position des Messflecks auf dem Messobjekt mittels sichtbarem
Licht. Zudem sind Vorrichtungen bekannt, bei denen zusätzlich zur
Position des Messflecks auch die Größe des Messflecks auf dem Messobjekt
sichtbar gemacht wird.
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In
der Praxis werden zur Sichtbarmachung eines Messflecks auf einem
Objekt in überwiegender Weise
Laserstrahlen verwendet. Dabei ergibt sich jedoch eine Reihe von
Problemen: Wird der Laser beispielsweise abseits der optischen Achse
des Strahlungsdetektors angeordnet und der Laserstrahl unter einem
kleinen Winkel zur optischen Achse des Detektors ausgekoppelt, so
bilden der Laser-Visierstrahl und die optische Achse des Detektors
zwei windschiefe Geraden, die sich in einer bestimmten Entfernung
von dem Detektor schneiden. Eine derartige Visiereinrichtung liefert
folglich nur in einem einzigen festen Abstand des Messobjekts vom
Detektor eine fehlerfreie Zielmarkierung, während für alle anderen Entfernungen
eine mehr oder weniger große
Abweichung zwischen der erzeugten Zielmarkierung und dem tatsächlichen
Messfleck auftritt.
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Die
in Infrarotmessgeräten – sowohl
bei Infrarotthermometern als auch bei Infrarotkameras – eingesetzten
Optiken sind oftmals im sichtbaren Bereich nicht durchlässig. Um
eine genaue entfernungsunabhängige
Mittelpunktsanzeige mittels Laservisier zu erhalten, sind Konstruktionen
notwendig, die im Zentralbereich der Infrarotoptik auf der optischen
Achse des Infrarotdetektors Umlenkspiegel bzw. Ablenk prismen sowie
optische Fenster enthalten. Allen Konstruktionen ist gemeinsam,
dass sie recht aufwendig sind, wobei in diesem Zusammenhang lediglich
beispielhaft auf die
US 4 315
150 verwiesen sei.
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Auf
Grund der speziellen Bearbeitung der infrarotoptischen Materialien
ist die Einbringung von Zentralbohrungen in die Objektive relativ
teuer. Die Bauelemente zur Messmittelpunktsvisierung vermindern
durch ihre Baugröße die effektive Öffnung des infraroten
Messkanals. Auf Grund ihrer Eigenstrahlung stellen sie zudem insbesondere
bei Geräte-
und Objekttemperaturänderungen
eine schwer zu kompensierende Störgröße im optischen
Kanal dar. Außerdem
sorgen Beugungserscheinungen an den konstruktionsbedingt auftretenden
Kanten für
eine Verringerung der geometrischen Auflösung.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine
Visiereinrichtung sowie eine Vorrichtung mit einer kontaktlos oder
kontaktbehaftet einsetzbaren Mess-, Arbeits- und/oder Wirkeinrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, bei der einerseits eine Markierung
der Position und/oder Größe eines
Messflecks mit einfachen Mittel und mit hoher Präzision ermöglicht ist und bei der andererseits
Störeinflüsse auf
der Achse der Mess-, Arbeits- und/oder Wirkeinrichtung minimiert
sind.
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Erfindungsgemäß wird die
voranstehende Aufgabe hinsichtlich einer Visiereinrichtung zur Erzeugung
einer optischen wahrnehmbaren Zielmarkierung auf einem Objekt durch
eine Visiereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach
ist eine Visiereinrichtung zur Erzeugung einer optisch wahrnehmbaren
Zielmarkierung auf einem Objekt der eingangs genannten Art derart
ausgestaltet, dass die beiden Visierstrahlen auf jeweils ein optisches
Bauteil gerichtet sind, mittels derer die Visierstrahlen in jeweils
eine Beleuchtungsebene derart aufspaltbar sind, dass sich die beiden
Beleuchtungsebenen in einem Winkel schneiden, wobei der Schnittpunkt
die Zielmarkierung bildet.
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In
erfindungsgemäßer Weise
ist zunächst
erkannt worden, dass Bauteile einer Visiereinrichtung, die sich
auf der Achse einer Mess-, Arbeits- und/oder Wirkeinrichtung befinden,
einen Messvorgang störend
beeinflussen und einen Arbeitsvorgang unter Umständen sogar unmöglich machen.
Darüber
hinaus ist erkannt worden, dass durch die erfindungsgemäße Aufspaltung
zweier Visierstrahlen mittels optischer Bauteile in zwei sich schneidende
Beleuchtungsebenen eine sichtbare Zielmarkierung in Form eines Fadenkreuzes
erzeugbar ist. Dabei befindet sich die Zielmarkierung – unabhängig von
der Entfernung eines Messobjekts – stets exakt auf der Achse einer
Mess- bzw. Arbeitseinrichtung, ohne dass irgendwelche störenden Bauteile
auf der Achse angeordnet sind. Im Ergebnis ist folglich ein parallaxenfreies
entfernungsunabhängiges
Visieren ermöglicht.
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Im
Konkreten könnte
es sich bei der Lichtquelle um einen Laser handeln, der zur Bereitstellung von
zwei Visierstrahlen mittels eines Strahlteilers in zwei unaufgeweitete
Teilstrahlen aufgeteilt wird. Der Laser könnte dabei in vorteilhafter
Weise als ein batteriebetriebener Miniaturlaser mit geringer, für das menschliche
Auge unschädlicher
Ausgangsleistung ausgestaltet sein, beispielsweise in Form eines
Diodenlasers oder Halbleiterlasers. Die Ausgangsleistung des Lasers
könnte
typischerweise im Bereich von 1 mW liegen, wodurch sicher gestellt
ist, dass die Temperatur eines Messflecks durch die von der Visiereinrichtung
auf den Messfleck abgestrahlte Energie nicht beeinflusst wird.
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Die
beiden so erzeugten Visierstrahlen sind auf jeweils ein optisches
Bauteil gerichtet, wobei jedes der beiden optischen Bauteile jeweils
einen der beiden Visierstrahlen in eine Beleuchtungsebene, d.h.
in einen Fächerstrahl,
aufspaltet. Zur Vermeidung unnötiger
Verluste, d.h. zur Erzeugung eines möglichst hellen sichtbaren Fadenkreuzes,
könnten die
optischen Bauteile aus einem Material mit guten Transmissionseigenschaften
hergestellt sein. In vorteilhafter Weise könnten daher Materialien wie
Glas, Plexiglas oder transparente Kunststoffe Verwendung finden,
was zudem den Vorteil hat, dass die optischen Bauteile äußerst kostengünstig herstellbar sind.
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Zur
Aufspaltung des Visierstrahls beim Durchlaufen des optischen Bauteils
könnte
dieses zumindest eine – konkav
oder konvex – gekrümmte Fläche aufweisen.
Im Hinblick auf eine leichte Handhabbarkeit und einfache Justierung
bieten sich insbesondere kreisförmige
oder halbkreisförmige
Flächen an,
wobei auch elliptische oder sogar asymmetrisch gekrümmte Flächen prinzipiell
denkbar wären.
Wichtig hierbei ist lediglich, dass der Visierstrahl unter unterschiedlichen
Winkeln derart auf das optische Bauteil trifft, dass nach Durchlaufen
des optischen Bauteils eine Aufspaltung des Visierstrahls erreicht
ist.
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Damit
die Aufspaltung des Visierstrahls in einer Ebene erfolgt, könnte eine
zylinderförmige
Ausgestaltung des optischen Bauteils, beispielsweise in Form eines
Vollzylinders, vorgesehen sein. Die Visierstrahlen durchlaufen dann
sowohl beim Eintritt in das optische Bauteil als auch beim Austritt
aus dem optischen Bauteil gekrümmte
Flächen,
wodurch eine Beleuchtungsebene erzeugt wird. Es ist jedoch ebenfalls
denkbar, das optische Bauteil als Halbzylinder auszugestalten, so
dass der Visierstrahl nur auf eine gekrümmte Fläche trifft, während er – je nach
Orientierung des Halbzylinders – entweder
beim Eintritt in das optische Bauteil oder beim Austritt aus dem
optischen Bauteil eine glatte Fläche „sieht".
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Zur
Auffächerung
der Visierstrahlen könnten neben
den brechenden/beugenden Bauteilen, wie Zylindern und Prismen, auch
diffraktive optische Elemente – sogenannte
Hologramme- und/oder (mikro-)mechanische Scanner eingesetzt werden.
Dabei ist es ebenfalls denkbar, dass die Visierstrahlen zur Auffächerung
mehrere Bauteile durchlaufen, die zusammen eine Funktionseinheit
bilden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung, die sich durch eine besonders einfache
Handhabbarkeit auszeichnet und die vielfach einsetzbar ist, könnten die optischen
Bauteile an der Außenwandung
eines zylinderförmigen
Gehäuses
angeordnet sein. Das zylinderförmige
Gehäuse
könnte
dabei beispielsweise zur Aufnahme eines Strahlungsdetektors sowie
einer zugehörigen
Abbildungsoptik dienen.
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Als
Zylinder ausgeführte
optische Bauteile könnten
tangential an der Außenwandung
des Gehäuses
angebracht werden. Dabei könnte
die Zylinderachse des optischen Bauteils zudem orthogonal zur Zylinderachse
des Gehäuses
ausgerichtet sein. Eine derartige Anordnung und Ausrichtung der
optischen Bauteile an dem Gehäuse
ist mit wenig Justageaufwand realisierbar und liefert – wie weiter
unten im Detail beschrieben wird – in Kombination mit einer entsprechenden
Ausrichtung der Visierstrahlen die gewünschte Zielmarkierung.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung könnten anstelle eines einzigen
Lasers, der über einen
Strahlteiler in zwei Visierstrahlen aufgespalten wird, zwei Laser
vorgesehen sein, so dass jedem optischen Bauteil ein eigener Laser
zugeordnet ist.
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Die
Laser könnten
ebenfalls an der Außenwandung
des zylinderförmigen
Gehäuses
angeordnet sein und von der dem zu untersuchenden oder zu bearbeitenden
Objekt abgewandten Seite her auf die optischen Bauteile ausgerichtet
sein. Dabei könnten die
Laser insbesondere so ausgerichtet sein, dass die Visierstrahlen
orthogonal auf der Zylinderachse der optischen Bauteile stehen.
Dabei könnten
die Laser entweder parallel zur Achse des Gehäuses ausgerichtet sein oder
aber – wenn
dies beispielsweise aus baulichen Gründen notwendig sein sollte – unter einem
Winkel zur Gehäuseachse
auf die optischen Bauteile ausgerichtet sein. Der Abstand der Laser von
der Gehäuseachse
ist dabei grundsätzlich
beliebig wählbar.
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Bezüglich der
genauen Positionierung der Laser entlang des äußeren Gehäuseumfangs könnte vorgesehen
sein, dass die Position der Laser mit den Anlagepunkten der optischen
Bauteile an der Außenwandung
des Gehäuses übereinstimmt.
Sind die Laser zudem parallel zur Achse des Gehäuses ausgerichtet, so ist sichergestellt,
dass die sich als Schnittpunkt der beiden Beleuchtungsebenen ergebende Zielmarkierung
stets die zentrale Gehäuseachse kennzeichnet,
und zwar unabhängig
von der Entfernung des zu untersuchenden oder zu bearbeitenden Objektes.
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In
vorteilhafter Weise könnte
vorgesehen sein, dass die optischen Bauteile entlang des äußeren Gehäuseumfangs
einen Winkel kleiner als 180° miteinander
einschließen.
Würden
die beiden optischen Bauteile nämlich
exakt gegenüberliegend
positioniert, so wären
die beiden entstehenden Beleuchtungsebenen deckungsgleich und man
würde folglich
kein Fadenkreuz als Zielmarkierung erhalten. In der Praxis erweist
sich ein Winkel im Bereich von 90° als
vorteilhaft, da die beiden Beleuchtungsebenen dann nahezu senkrecht
aufeinander stehen und ein deutlich erkennbares Fadenkreuz als Zielmarkierung
bilden.
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Für den Fall,
dass Objekte bearbeitet oder untersucht werden sollen, die nur unter
einem Winkel anvisiert werden können,
könnte
der Winkel zwischen den beiden optischen Bauteilen entsprechend verkleinert
werden, so dass die Beleuchtungsebenen auf dem Objekt als senkrecht
zueinander ausgerichtet erscheinen.
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Im
Hinblick auf eine besonders komfortable und leistungsstarke Ausgestaltung
könnte
die Visiereinrichtung insgesamt vier Laser und dementsprechend vier
Visierstrahlen umfassen, wobei jeder Visierstrahl wie oben beschrieben
in eine Beleuchtungsebene, d.h. in einen Fächerstrahl aufgespalten werden
könnte.
Beim Visieren mit mehr als zwei Fächerstrahlen ergibt sich die
Möglichkeit,
Strahldichteschwankungen innerhalb einer Beleuchtungsebene auszugleichen.
In der Praxis sind die optischen Mittel zur Auffächerung der Laservisierstrahlen
nämlich
in der Regel derart beschaffen, das die Strahldichte des erzeugten
Fächerstrahls
auf einer Seite höher
ist als auf der anderen Seite. Werden die Mittel zur Auffächerung
paarweise gegenüberliegend,
d.h. um 180° versetzt
zueinander angeordnet, so überlagert
sich die Flanke geringerer Strahldichte des einen Fächerstrahls
mit der Flanke höherer
Strahldichte des anderen Fächerstrahls,
wodurch insgesamt eine homogene, rotationssymmetrische Ausleuchtung
erreicht wäre.
Auf diese Weise könnte
folglich eine möglichst hohe
Strahldichte der Laserzielmarkierung im Messfleck und damit eine
gute Sichtbarkeit realisiert werden. Zur Erzeugung eines Fadenkreuzes
bestehend aus zwei sich im Messfleckmittelpunkt schneidenden und
senkrecht zueinander verlaufenden Beleuchtungslinien könnten die
optischen Mittel zur Auffächerung
der vier Visierstrahlen jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet
sein.
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In
einer speziellen Ausführungsform,
die – wie
im Detail weiter unten beschrieben wird – besonders vorteilhaft zur
Visualisierung der Messfleckgröße in Verbindung
mit einem berührungslos
arbeitenden Temperaturmessgerät
einsetzbar ist, könnte
die Breite der in eine Beleuchtungsebene aufgespaltenen Fächerstrahlen
eine seitliche Begrenzung aufweisen. Eine derartige Breitenbegrenzung
könnte bspw.
durch eine besondere Gestaltung der strahlaufweitenden Bauelemente
oder durch Einbeziehung von Blenden realisiert werden.
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Im
Hinblick auf eine Vorrichtung einer kontaktlos oder kontaktbehaftet
einsetzbaren Mess-, Arbeits- und/oder Wirkeinrichtung ist die obige
Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
24 gelöst.
Danach ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gekennzeichnet
durch eine Visiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
23.
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Bei
der Messeinrichtung könnte
es sich beispielsweise um ein Pyrometer oder Radiometer zur berührungslosen
Temperaturmessung handeln. In an sich bekannter Weise könnte diese
Messeinrichtung einen Detektor umfassen, auf den von einem Messfleck
auf einem Objekt emittierte elektromagnetische Strahlung mittels
einer Abbildungsoptik abbildbar ist. Der Detektor könnte beispielsweise
zentriert in das zylinderförmige
Gehäuse
der Visiereinrichtung eingesetzt sein. Bei einer derartigen Anordnung
befindet sich die mittels der Visiereinrichtung in Form eines Fadenkreuzes
erzeugte Zielmarkierung stets im Zentrum des Messflecks, und ein
parallaxenfreies entfernungsunabhängiges Visieren ist realisiert.
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Neben
der genauen Lage des Mittelpunktes des Messflecks ist oftmals dessen
entfernungsunabhängige
Größendarstellung
von Interesse. Die weitaus meisten Infrarotthermometer nutzen Optiken
mit einem Scharfpunkt in endlicher Entfernung. Bei diesen Geräten entspricht
der Messfleckdurchmesser unmittelbar vor dem Gerät dem Linsendurchmesser. Mit
zunehmender Entfernung vom Messgerät verringert sich der Messfleckdurchmesser
und ist im Scharfpunkt am kleinsten. Hinter dem Scharfpunkt vergrößert sich
der Messfleckdurchmesser wieder. Zur Kennzeichnung des Messfleckdurchmessers wurde
bisher die in der Offenlegungsschrift
DE 196 54 276 A1 offenbarte
Schiefstrahltechnik benutzt, bei der die Laserstrahlen gleichsam
schräg
die hier diskutierten Beleuchtungsebenen durchstoßen. Diese Technik
benötigt
jedoch zur Mittelpunktskennzeichnung eine recht aufwendige Sonderlösung zur
Darstellung eines Zentralstrahls.
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Alternativ
zu der bekannten Schiefstrahltechnik könnte die seitliche Begrenzung
der Fächerstrahlen
derart gewählt
sein, dass die seitlichen Flanken der Fächerstrahlen zur Visualisierung
des Messfleckdurchmesser einsetzbar sind. Im Konkreten könnte die
Seitenbegrenzung so eingestellt sein, dass vom Detektor aus gesehen
bis zum Scharfpunkt die eine Flanke des Fächerstrahls und hinter dem
Scharfpunkt die andere Flanke des Fächerstrahls den äußeren Umfang
des Messflecks markiert. Im Scharfpunkt stimmt die Breite des Fächerstrahls
dann folglich exakt mit dem Messfleckdurchmesser überein.
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Anstelle
der Messeinrichtung könnte
eine Arbeits- oder Wirkeinrichtung vorgesehen sein, bei der es sich
im Konkreten beispielsweise um eine Bohrmaschine oder um ein chirurgisches
Gerät handeln könnte. Bei
Bohrmaschinen oder ähnlichen
Gerä ten besteht
im Allgemeinen das Problem, dass der Bohrvorgang in mehreren Einzelschritten
durchgeführt werden
muss. Zunächst
muss üblicherweise
manuell eine Zielmarkierung am gewünschten Zielort auf dem Objekt
erzeugt werden. Sodann wird der Bohrer – im Ruhezustand – auf die
Zielmarkierung aufgesetzt, und erst danach wird der Bohrer angetrieben
und auf Umdrehung gebracht. Beim Einsetzen der Bohrerrotation kommt
es häufig
zu einem Abrutschen des Bohrers von der Zielmarkierung, was im Ergebnis eine
unpräzise
und unsaubere Bearbeitung zur Folge hat. Bei einer Bohrmaschine
mit erfindungsgemäßer Visiereinrichtung
kann der Bohrer hingegen schon vor dem eigentlichen Aufsetzen des
Bohrers auf das zu bearbeitende Objekt in Rotation versetzt werden, da
die Zielmarkierung, d.h der voraussichtliche Aufsetzpunkt des Bohrers
auf dem Objekt, stets sichtbar ist. Durch die sichtbare Zielmarkierung
ist somit eine zügige
Vorwärtsbewegung
des Bohrkopfes auch unter Rotationsbedingungen erleichtert.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und
24 nachgeordneten Patentansprüche
und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigt
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1 in einer schematischen
Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 in einer schematischen
Draufsicht ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Visiereinrichtung
zur Erzeugung einer optisch wahrnehmbaren Zielmarkierung auf einem
Objekt.
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3 in einer perspektivischen
Ansicht, schematisch, im Wesentlichen die Vorrichtung aus 1, jedoch mit anderen optischen
Mitteln zur Strahlauffächerung,
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4 in einer perspektivischen
Ansicht, schematisch, die Vorrichtung aus 3, jedoch mit einer ins Endliche abbildenden
Abbildungsoptik,
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5 in einer perspektivischen
Ansicht, schematisch, ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit insgesamt vier Visierstrahlen und
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6 in einer schematischen
Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel
eines optischen Bauteils zur Auffächerung der Visierstrahlen.
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1 zeigt in einer schematischen
Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer kontaktlos einsetzbaren Messeinrichtung, die mit einem
Objekt jeglicher Art an einem vorgebbaren Zielort wechselwirkt, wobei
der Zielort mittels einer Visiereinrichtung peilbar ist. Die Vorrichtung
weist einen Detektor 1 auf, auf den von einem Messfleck
auf einem nicht dargestellten Objekt ausgehende elektromagnetische Strahlung
mittels einer Linse 2 abbildbar ist.
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Die
Visiereinrichtung umfasst zwei Laser 3, 4, die
abseits der optischen Achse 5 des Detektors 1 angeordnet
sind. Die Laser 3, 4 erzeugen zwei Visierstrahlen 6, 7,
die parallel zur optischen Achse 5 des Detektors 1 laufen
und auf zwei an dem äußeren Umfang
der Linse 2 angeordnete optische Bauteile 8, 9 treffen.
Der erste Laser 3 und das zugehörige optische Bauteil 8 befinden
sich – gemäß der perspektivischen
Darstellung in 1 – hinter
der optischen Achse 5, während der zweite Laser 4 und
das zugehörige
optische Bauteil 9 unterhalb der optischen Achse 5 angeordnet
sind. Bezüglich
der optischen Achse 5 schließen die beiden Laser 3, 4 und
entsprechend die beiden optischen Bauteile 8, 9 einen
Winkel von 90° miteinander
ein.
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Durch
das hintere optische Bauteil 8 wird der Visierstrahl 6 des
ersten Lasers 3 in eine senkrecht zur Bildebene orientierte
Beleuchtungsebene 10 aufgespalten. Der Visierstrahl 7 des
zweiten Lasers 4 wird hingegen durch das untere optische
Bauteil 9 in eine senkrecht zur Beleuchtungsebene 10,
d.h. parallel zur Bildebene orientierte Beleuchtungsebene 11 aufgespalten.
Insgesamt ergeben sich durch die Aufspal tung der beiden Visierstrahlen 6, 7 zwei
orthogonal zueinander ausgerichtete Beleuchtungsebenen 9, 10,
deren Schnittpunkt unabhängig
von der Entfernung vom Detektor 1 die optische Achse 5 des
Detektors 1 in Form eines Fadenkreuzes markiert.
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2 zeigt in einer schematischen
Draufsicht ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Visiereinrichtung.
Die Visiereinrichtung umfasst ein konzentrisch um die optische Achse 5 angeordnetes
Gehäuse 12,
an dem die beiden – nicht
dargestellten – Laser
sowie die beiden optischen Bauteile 8, 9 angeordnet
sind. Die beiden optischen Bauteile 8, 9 sind
als Vollzylinder ausgebildet und liegen tangential an der Außenwandung
des Gehäuses 12 an. Die
Zylinderachse 13 der optischen Bauteile 8, 9 ist dabei
orthogonal zur Achse 14 des Gehäuses 12 ausgerichtet.
Die beiden Laser sind derart parallel zur Gehäuseachse 14 ausgerichtet,
dass der Auftreffpunkt 15, 16 des Visierstrahls 6, 7 auf
dem optischen Bauteil 8, 9 auf einer in 2 gestrichelt dargestellten
Geraden liegt, die durch einen Punkt auf der Gehäuseachse 14 und dem
Anlagepunkt des optischen Bauteils 8, 9 an der
Außenwandung
des Gehäuses 12 gebildet
ist.
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Wie
in 3 angedeutet, kann
durch eine besondere Gestaltung der strahlaufweitenden Bauelemente,
insbesondere durch Einbeziehung von Blenden (nicht dargestellt),
die Breite der ausgeleuchteten Linie begrenzt werden. In der Ausführungsform
gemäß 3 sitzt der Detektor 1 im Brennpunkt
der Linse 2, wodurch sich eine ins Unendliche abbildende
Optik, d.h. eine unabhängig
von der Entfernung gleichbleibende Messfleckgröße ergibt. Die Blenden und
damit die Strahlbegrenzung sind dabei so gewählt, dass jeweils die äußeren Flanken
der seitliche begrenzten Fächerstrahlen 10, 11 entlang
des äußeren Umfangs
des Messflecks verlaufen und somit die Messfleckgröße – entfernungsunabhängig – markieren.
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4 zeigt in einer perspektivischen
Ansicht eine Vorrichtung zur berührungslosen
Temperaturmessung mit einer ins Endliche abbildenden Abbildungsoptik 2,
d.h. mit einem Scharfpunkt 17 in endlicher Entfernung,
wie sie in der Praxis sehr verbreitet ist. Während die Messfleckgröße unmittelbar
vor dem Gerät
dem Linsendurchmesser entspricht, schnürt sich die Messfleckgröße mit wachsender Entfernung
zunächst
immer weiter ein. Der Scharfpunkt 17 der Anordnung ergibt
sich an der Position der stärksten
Einschnürung
mit dem kleinsten Messfleckdurchmesser. Hinter dem Scharfpunkt 17 vergrößert sich
der Messfleckdurchmesser wieder. 4 zeigt
den Detektor 1 mit Linse 2 und den durch den eingeschnürten, schlauchförmigen Verlauf
dargestellten Durchmesser des Messobjektes in verschiedenen Entfernungen.
Durch eine Begrenzung der Fächerstrahlen 10, 11 auf
den Durchmesser des Messflecks im Scharfpunkt 17 kann entsprechend 4 eine Zielkreuzdarstellung
erreicht werden. Genauer gesagt durchlaufen die Fächerstrahlen 10, 11 den
kleinsten Messfleckdurchmesser mit einer Breite, die dem Durchmesser
entspricht. Vor dem Scharfpunkt 17 begrenzt eine Flanke 18 der
Fächerstrahlen 10, 11 den
Meßfleck,
hinter dem Scharfpunkt 17 die andere Flanke 19.
Im Scharfpunktbereich wird gleichsam ein Kreuz dargestellt, dessen
Dimension und Lage Durchmesser und Mittelpunkt des Messflecks darstellen.
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5 zeigt die Erweiterung
des Prinzips durch zwei weitere Fächerstrahlanordnungen, so dass
die Visiereinrichtung insgesamt vier Laser 20 sowie vier
Mittel 21 zur Strahlauffächerung umfasst. Jeweils zwei
Fächerstrahlanordnungen
liegen dabei einander paarweise gegenüber. Diese Anordnungen generieren
Fächerstrahlen,
die sich im Bereich des kleinsten Messflecks vollständig mit
den auf der jeweils gegenüberliegenden
Seite erzeugten Fächerstrahlen überlappen.
Hinter dem Scharfpunkt 17 kennzeichnen die jeweils äußeren Flanken
der Fächerstrahlen
die Größe des Messflecks.
Damit ergibt sich eine Anordnung, bei der die äußere Begrenzung des aus vier
Linien bestehenden Messkreuzes die Messfleckgröße exakt und in jeder Entfernung
darstellt. In der Nähe
des Scharfpunktes 17 wird das Messkreuz durch zwei durchgehende,
othogonal aufeinanderstehende Beleuchtungslinien 22, 23 dargestellt.
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Die
optischen Mittel 21 sind so gestaltet, dass die Strahldichte
entlang einer Beleuchtungslinie 22, 23 auf einer
Seite geringer ist als auf der anderen. Durch diese Maßnahmen
erreicht man eine möglichst
hohe Strahldichte der Laserzielmarkierung im Messfleck und damit
eine gute Sichtbarkeit. Die fehlende Symmetrie der Zielkreuzdarstellung
wird durch die jeweils um 180° versetzte
Anordnung von zwei Laserbeleuchtungsanordnungen entsprechend 5 kompensiert, da sich dann
die Flanke geringerer Strahldichte des einen Fächerstrahls mit der Flanke
höherer
Strahldichte des anderen Fächerstrahls überlappt.
Auf diese Weise kann die Mittelpunktskennzeichnung rotationssymmetrisch
und mit erhöhter
Helligkeit im Zentralbereich erfolgen.
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6 zeigt schließlich eine
konkrete Ausführung
eines optischen Mittels 21 zur Strahlauffächerung
eines Laservisierstrahls. Auf der Strahleintrittsseite ist das Bauteil 21 im
Sinne eines Axikons mit einer keilförmigen, abgerundeten Spitze
ausgestaltet. Der Strahl trifft folglich unter einer Vielzahl unterschiedlicher
Winkel auf das Bauteil 21, wodurch sich der gezeigte Strahlverlauf
ergibt. Beim Austritt aus dem Bauteil 21, d.h. beim Übergang
in das optische dünnere
Medium, treffen die aufgefächerten
Strahlen auf eine ebene Grenzfläche,
was zu einer weiteren Vergrößerung des
Strahlöffnungswinkels
führt.
Auf der Strahlaustrittsseite können
entsprechend der speziellen Anforderungen Blenden zur seitlichen
Begrenzung des Fächerstrahls
angebracht werden.
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Hinsichtlich
weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf
den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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Abschließend sei
ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich gewählten Ausführungsbeispiele
lediglich zur Erörterung
der erfindungsgemäßen Lehre
dienen, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränken.